Инфракрасное и ультрафиолетовое излучение

Инфракрасное (ИКИ) и ультрафиолетовое (УФИ) излучение ограничивают по частотной оси оптическую часть спектра электромагнитных колебаний (рис. 4.12).

Рис. 4.12. Оптическая часть спектра электромагнитных колебаний

Инфракрасное (тепловое) излучение генерируется любым нагретым телом. Интенсивность и спектр излучаемой энергии зависит от температуры излучаемого тела. Тела, имеющие температуру выше 100°С, являются источником коротковолнового ИКИ. При температуре тела 50....100°С ИКИ имеет длинноволновый характер. Наибольшей проникающей способностью обладает коротковолновое излучение, которое проникает в ткани тела на глубину в несколько сантиметров. Инфракрасные лучи длинноволнового диапазона, задерживается в поверхностных слоях кожи. Воздействие ИКИ может быть общим и локальным. При длинноволновом излучении повышается температура поверхности тела, а при коротковолновом изменяется температура легких, головного мозга, почек. Наиболее сильно влияние ИКИ проявляется на внутренние органы человека. Воздействие на мозговую ткань коротковолнового излучения может вызвать «солнечный удар». При этом ощущается головная воль, учащение пульса и дыхания, потемнение в глазах, нарушение координации движений, возможна потеря сознания. При воздействии инфракрасного коротковолнового излучения на глаза велика опасность появления катаракты.

Действие УФИ зависит от характера спектра. Коротковолновые УФИ обладают бактерицидным действием. С уменьшением дайны волны проявляется сильное воздействие на кожу и слабое биологическое воздействие. Для человека опасен избыток и недостаток этого вида излучения. Воздействие на кожу УФИ большой интенсивности зазывает кожные заболевания — дерматиты. Пораженный участок имеет отечность, жжение, зуд. УФИ воздействует на ЦНС, что вызывает головную боль, тошноту, головокружение, повышение температуры тела, утомляемость, нервное возбуждение. При воздействии УФИ большой интенсивности (дуга электрической сварки) возможно поражение глаз — эелектроофтальмия, которая характеризуется резью в глазах и продолжается 2...4 дня. При многократном повторении такого облучения наступает ухудшение зрения.

Световые излучения

Световые излучения входят в оптическую часть спектра электромагнитных колебаний. В процессе жизнедеятельности человек воспринимает свет солнца, небесных светил, свет открытого небосвода, излучение от пламени, искусственных источников света. Эти источники имеют различную мощность и спектр излучения и оказывают на человека как положительное, так и негативное воздействие.

Распределение цветов по спектру световых видимых излучений показано на рис. 4.13.

Рис. 4.13. Распределение цветов в спектре световых излучений

 

Световые излучения оцениваются световым потоком Ф, силой света J, освещенностью Е и яркостью L.

Световым потоком Ф (люмен, лм) называется мощность лучистой энергии, воспринимаемая как свет, оцениваемая по действию на средний человеческий глаз, чувствительность которого стандартизирована в соответствии с кривой видности (рис. 2.2).

Сила света J (кандела, кд) — это пространственная плотность светового потока, заключенного в телесном угле Ω (стерадиан, ср), который конической поверхностью ограничивает часть пространства (рис. 4.14а)

(4.26)

где S — площадь шаровой поверхности радиусом R.

При равномерном распределении светового потока Ф в пределах телесного угла Ω

(4.27)

Освещенность Е (люкс, лк) — это поверхностная плотность светового потока, отнесенная к площади S, на которую он распределился

(4.28)

Зрительное восприятие характеризуется яркостью (L, кд/м²) равномерно светящейся собственным или отраженным светом плоской поверхности S площадью 1 м² (рис. 4.14б)

(4.29)

В общем случае яркость поверхности зависит от ее световых свойств, от степени освещенности и от угла, под которым поверхность рассматривается (рис. 4.14в)

(4.30)

Освещение — важнейший фактор, обеспечивающий жизнедеятельность человека, влияющий на его работоспособность и здоровье. Свет обеспечивает связь организма с внешней средой, обладает высоким биологическим и тонизирующим действием, оказывает благоприятное воздействие на психологическое самочувствие человека.

Рис. 4.14. К определению силы света и яркости

Наиболее благоприятным для человека является естественный свет, который представляет собой сплошное, практически равномерное освещение во всем видимом участке спектра, причем в отличие от искусственного он содержит гораздо большую долю ультра фиолетовых лучей.

При недостаточной освещенности у человека появляется ощущение дискомфорта, снижается активность функций ЦНС, повышается утомляемость. При постоянной недостаточной освещенности развивается близорукость, ухудшается процесс аккомодации. В случае резких изменений освещенности во времени происходит частое повторение процесса аккомодации, что приводит к утомлению зрительного анализатора. В то же время при чрезмерной яркости светящейся поверхности может наступить снижение видимости объектов различения из-за слепящего эффекта.

Так как зрительное ощущение зависит от яркости рабочих поверхностей и всего поля зрения, то эта величина должна быть положена в основу оценки и нормирования светового излучения. Однако на практике это создало бы значительные трудности, так как в поле зрения одновременно находятся поверхности с разными значениями яркости и в разные моменты времени могут фиксироваться рабочие поверхности, обладающие различными свойствами. Поэтому в качестве нормируемого параметра светового излучения принята освещенность Е, которая устанавливается с учетом отражающих свойств рабочих поверхностей и вида выполняемой работы.

Для искусственного освещения нормативные значения освещенности задаются от точности зрительной работы, что характеризуется наименьшим размером объекта различения, контраста объекта с фоном и характеристики фона.

Естественное освещение непостоянно в течение суток, поэтому его оценивают относительной величиной — коэффициентом естественной освещенности (КЕО, е), который выражается в процентах

(4.31)

где — освещенность в некоторой точке заданной плоскости внутри помещения, лк;

— одновременное значение наружной горизонтальной освещенности, создаваемой светом полностью открытого небосвода, лк.

Нормативные значения естественной освещенности задаются от точности выполняемой работы и вида освещения, которое делят на боковое, верхнее, комбинированное.

Ионизирующие излучения

Человек подвергается воздействию ионизирующих излучений при работе с радиоактивными веществами, при авариях на атомных объектах, при ядерных взрывах, при действии техногенного фона излучений и естественного фона, состоящего из космического излучения и излучения природных радиоактивных веществ.

Ионизирующие излучения при взаимодействии с веществом создают в нем положительно и отрицательно заряженные атомы — ионы. В результате этого свойства вещества в значительной степени изменяются.

Распределение жестких электромагнитных ионизирующих излучений по частотной оси показано на рис. 4.15.

Рис. 4.15. спектр жестких электромагнитных ионизирующих излучений

К ионизирующим излучениям относятся также корпускулярные (неэлектромагнитные): альфа-, бета- и нейтронные излучения.

Альфа-излучение является потоком ядер гелия, испускаемых при радиоактивном распаде. Оно обладает малой проникающей способностью и высокой степенью ионизации. Бета-излучение состоит из потока электронов или позитронов, возникающих при радиоактивном распаде. Ионизирующая способность бета-излучения ниже, а проникающая способность выше, чем альфа-частиц. Нейтронное излучение является потоком электронейтральных частиц ядра — нейтронов. Это излучение имеет большую проникающую способность и создает высокую степень ионизации.

Электромагнитные гамма- и рентгеновские излучения обладают большой проникающей способностью и меньшей, чем корпускулярные излучения, степенью ионизации.

Активность А радиоактивного вещества — это число самопроизвольных ядерных превращений dN в этом веществе за малый промежуток времени dt, деленное на этот промежуток

(4.32)

Единицей измерения активности является беккерель (БК), который равен одному ядерному превращению в секунду. Внесистемная единица активности — Кюри (Ки), причем 1 Ки = 3,7∙10¹⁰ БК.

Различают следующие дозовые характеристики ионизирующих излучений.

Экспозиционная X (Ки/кг) оценивает эффект ионизации воздуха фотонным (р, γ) излучением

(4.33)

где — сумма электрических зарядов ионов одного знака, Ки;

— объем воздуха массой 1 кг.

Внесистемная единица экспозиционной дозы — 1 рентген (1Р = 0,00026 Ки/кг).

Мощность экспозиционной дозы — W_x = x/t (Р/ч, мР/ч, мкР/ч). Эта величина составляет для природного фона 15…20 мкР/ч.

Поглощенная доза D — это отношение энергии ионизирующего излучения Е (Дж) к массе вещества m (кг)

(4.34)

Единица поглощенной дозы — 1 Грей (Гр) = 1 Дж/кг = 100 рад, где рад — внесистемная единица.

Для воздуха 1 Р ≈ 0,9 рад, а для биологической ткани 1 Р = 0,95 рад, то есть экспозиционную дозу в рентгенах и поглощенную дозу в ткани в радах можно считать совпадающими.

Эквивалентная доза Н_э (зиверт, Зв) учитывает разный биологический эффект ионизирующих излучений. Она характеризуется произведением поглощенной дозы D на коэффициент качества излучения R

(4.35)

Для рентгеновского и гамма-излучения R = 1, а для альфа излучения R = 10. Внесистемная единица эквивалентной дозы — бэр (биологический эквивалент рада), 1 бэр = 0,01 Зв.

Различают внешнее и внутреннее облучение человека. Условия внешнего облучения возникают при работе с закрытыми источниками, при этом исключается попадание радиоактивных веществ в окружающую среду. Оценку влияния этого излучения производят по величинам эквивалентной дозы излучения. Контроль поступления веществ в организм (внутреннее облучение) ориентировочно оценивают по загрязнению воздуха (воды) радиоактивными веществами. Содержание радиоактивных веществ измеряется в единицах активности, отнесенных к объему воздуха или воды. В таких же единицах определяется загрязнение почвы.

Дополнительными источниками внешнего и внутреннего облучения являются загрязненные поверхности, спецодежда и кожные покровы.

Разнообразные проявления поражающего действия ионизирующих излучений на организм человека называют лучевой болезнью. Ионизация живой ткани приводит к разрыву молекулярных связей и изменению химической структуры соединений. В результате этого нормальное течение биохимических процессов и обмен веществ нарушаются. Под влиянием ионизирующих излучений в организме тормозятся функции кроветворных органов, происходит увеличение числа белых кровяных телец (лейкоцитов), расстройство деятельности желудочно-кишечного тракта, истощение организма, снижение его сопротивляемости инфекционным заболеваниям, слабость, апатия.

Однократное облучение в дозе 0,25...0,5 Зв (25...50 Р для гамма- и рентгеновского излучения) приводит к незначительным обратимым изменениям в крови, при дозах 0,8...1,0 Зв (80...100 Р) появляются начальные признаки лучевой болезни. Острая лучевая болезнь развивается при однократном облучении 2,7...3,0 Зв (270...300 Р); смертельный исход возможен в 50% случаев, а 100% летальный исход наступает при дозах 5,5...7,0 Зв (550...700 Р).

Допустимые дозы ионизирующих излучений регламентируются Нормами радиационной безопасности (НРБ). НРБ устанавливают три категории облучаемых лиц: А — персонал, который работает с ионизирующими излучениями; Б — ограниченная честь населения, которая может подвергаться воздействию радиоактивных веществ; Б — остальное население территориального образования. В качестве дозового предела для лиц категории А устанавливается предельно допустимая доза (ПДД), то есть наибольшее значение индивидуальной дозы за календарный год, при котором равномерное облучение в течение 50 лет не может вызвать неблагоприятных изменений в состоянии здоровья. Для лиц категории Б устанавливается предел дозы (ПД). Это такое наибольшее значение индивидуальной дозы за календарный год, которое при равномерном облучении в течение 70 лет не может вызвать неблагоприятных изменений в состоянии здоровья.