Неионизирующие излучения

К неионизирующим излучениям относят часть спектра электромагнитных колебаний и лазерные излучения. Возникновение данного фактора среды обитания человека связано с развитием радиоэлектроники, электроэнергетики, лазерной техники.

2.5.1. Электромагнитные излучения

Неионизирующими называют те электромагнитные колебания (ЭМК), энергия квантов которых недостаточна для ионизации молекул и атомов вещества. Значительную часть спектра неионизирующих излучений составляют излучения радиоволнового диапазона, меньшую часть - излучения оптического диапазона.

Электромагнитные излучения возникают при использовании электромагнитной энергии: радиосвязи, телевидения, радиолокации, радиолинейной, космической связи, радионавигации. Электромагнитная энергия нашла широкое применение в различных отраслях промышленности. В металлургии и машиностроении - для плавки, нагрева, сварки, напыления металлов; в текстильной и легкой промышленности - для сушки кожи, текстиля, бумаги, диэлектрической обработки материалов, нагрева, сварки и полимеризации пластмасс, в пищевой промышленности - для термообработки различных пищевых продуктов. Широко используется электромагнитная энергия в современной вычислительной технике, в медицине в лечебных и диагностических целях.

Основными параметрами электромагнитных колебаний являются длина волны l, частота fи скорость распространения волны V. В вакууме скорость распространения электромагнитных волн равна скорости света, а в средах она определяется

,

где e - диэлектрическая проницаемость среды; m - магнитная проницаемость среды.

Область распространения электромагнитных волн подразделяется на три зоны: ближнюю (зону индукции), промежуточную (зону интерференции) и дальнюю (волновую зону). Ближняя зона простирается на расстояние, равное примерно 1/6 длины волны ( ), где r- радиус сферы, центром которой является источник, l- длина волны. Дальняя зона начинается с расстояний, равных 6-7 длинам волн. Между этими двумя зонами располагается промежуточная зона.

Для оценки интенсивности электромагнитных полей в этих зонах используются различные параметры. В зоне индукции, где еще не сформировано электромагнитное поле и измеряемая электромагнитная энергия представляет собой определенный запас реактивной мощности, интенсивность излучений оценивается по электрической (Е) и магнитной (Н) составляющим. Единица измерения напряженности электрического поля – В/м, а магнитного поля – А/м.

Зона интерференции характеризуется наличием как поля индукции, так и поля распространяющейся электромагнитной волны. Энергетическим показателем этой зоны, как и ближней, является объемная плотность энергии, которая равна сумме плотностей электрического и магнитного полей.

Волновая зона характеризуется наличием сформированного электромагнитного поля, распространяющегося в виде бегущей волны. В этой зоне интенсивность поля оценивается величиной плотности потока энергии (ППЭ),т.е. количеством энергии, падающей на единицу поверхности. Плотность потока энергии в волновой зоне связана с напряженностью электрического и магнитного полей соотношением Р=Е Н. Единица измерения ППЭ - Вт/м².

Действие электромагнитных излучений на организм человека. Биологический эффект электромагнитных излучений определяется:

- плотностью потока энергии;

- частотой излучения;

- продолжительностью облучения;

- режимом облучения (постоянный, прерывистый, импульсный);

- размером облучаемой поверхности;

- наличием других вредных и опасных факторов среды обитания;

- индивидуальными особенностями организма.

С точки зрения взаимодействия электромагнитных полей с биологическим объектом весь спектр частот электромагнитных излучений разбивается на 5 диапазонов. К первому диапазону отнесены электромагнитные колебания с частотой от единиц до нескольких тысяч герц, ко второму - от нескольких тысяч герц до 30 МГц, к третьему - от 30 МГц до 10 ГГц, к четвертому - от 10 ГГц до 200 ГГц, к пятому - от 200 ГГц до 3000 ГГц.

Для первого диапазона характерно то, что тело человека при вза-имодействии его с низкочастотным электромагнитным полем может рассматриваться как достаточно хороший проводник, поэтому глубина проникновения силовых линий поля оказывается незначительной. Внутри тела поле практически отсутствует.

Для второго диапазона частот характерен быстрый рост величины поглощения энергии с увеличением частоты. Увеличение поглощенной энергии приблизительно пропорционально квадрату частоты.

Особенностью третьего диапазона является то, что на определенных частотах имеет место ряд максимумов поглощения телом энергии внешнего поля. Наибольшее поглощение электромагнитной энергии человеком наблюдается на частоте, близкой к 70 МГц. На более высоких и более низких частотах величина поглощенной энергии значительно меньше. При этом на меньших частотах энергия распределяется равномерно, а на больших в различных структурах тела возникают области максимума (так называемых горячих пятен).

Для четвертого диапазона характерно быстрое затухание энергии электромагнитного поля при ее проникновении внутрь ткани. Практически вся энергия поглощается в поверхностных слоях биоструктур.

Электромагнитные колебания пятого диапазона поглощаются самыми поверхностными слоями кожи.

При постоянном воздействии электромагнитных полей низких частот появляются головные боли, вялость, сонливость, раздражительность, боли в области сердца, а также функциональные нарушения центральной нервной и сердечно-сосудистой систем.

Механизм биологического действия электромагнитных полей связан с их тепловым эффектом, который является следствием поглощения энергии электромагнитного поля. Тепловое воздействие особенно вредно для тканей со слаборазвитой сосудистой системой или недостаточным кровообращением ( глаза, мозг, почки, желудок, желчный и мочевой пузыри).

Одним из специфических поражений, вызываемых воздействием электромагнитных излучений, является развитие катаракты, возникающее в результате нагрева хрусталика глаза до температур, превышающих допустимые физиологические пределы. Кроме катаракты, при воздействии электромагнитных излучений высоких частот (около 35 ГГц) могут возникать кератиты - воспаление роговицы глаз.

Воздействию электромагнитных излучений подвергаются в значительной мере операторы при работе на дисплеях. Установлено, что излучения? создаваемые выходным трансформатором строчной развертки, могут достигать 500 мВт/см , что соответствует 1300 в/м. На расстоянии 25 см от экрана электрическое поле на частоте выше 203 кГц достигает 80 В/м.

Гигиеническое нормирование электромагнитных излучений. Нормативными документами, регламентирующими воздействие электромагнитных излучений, являются:

- ГОСТ 12.1.006-84 "Электромагнитные поля радиочастот. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля";

- Санитарные нормы и правила защиты населения от воздействия электрического поля, создаваемого воздушными линиями электропередачи переменного тока промышленной частоты" N 2971-34;

- Санитарные правила и нормы СанПиН 2.2.4/2 1.8.055-96 "Электромаг- нитные излучения радиочастотного диапазона (ЭМИ РЧ).

ГОСТ 12.1.006-84 устанавливает ПДУ электромагнитных излучений на рабочих местах с учетом диапазонов частот.

В диапазоне частот 60 кГц-300 МГц интенсивность электромагнитного поля характеризуется напряженностью электрического (Е) и магнитного (Н) полей.

Предельно допустимые значения Е и Н в этом диапазоне определяют по допустимой энергетической нагрузке и времени воздействия. Энергетическая нагрузка равна произведению квадрата напряженности поля на время его воздействия. Энергетическая нагрузка, создаваемая электрическим полем, равна ЭН_Е= = Е² Т, (В/м²), магнитным - ЭН_н=Н^2.Т, (А/м² ) ч.

Расчет предельно допустимых значений Е и Н в диапазоне частот 60 кГц - 300 МГц производят по формулам

, ,

где Е_пд и Н_пд - предельно допустимые значения напряженности электрического, (В/м), и магнитного (А/м) полей; Т - время воздействия, ч; и - предельно допустимые значения энергетической нагрузки в течение рабочего дня, (В/м)²/ч и (А/м)²/ч.

Максимальные значения , , представлены в табл.2.4.

Таблица 2.4

Параметр	Предельные значения в диапазонах частот, МГц
От 0,06 до 3	Свыше 3 до 30	Свыше 30 до 300
Е, В/м Н, А/м , (В/м)2.ч , (А/м)2.ч		-   -	-   -

Одновременное воздействие электрического и магнитного полей в диапазоне частот от 0,06 до 3 МГц считается допустимым при соблюдении следующего условия:

где ЭН_Е и ЭН_Н - энергетические нагрузки, характеризующие воздействие электрического и магнитного полей.

В диапазоне частот 300 МГц - 300 ГГц интенсивность электромагнитного поля характеризуется поверхностной плотностью потока энергии (ППЭ), энергетическая нагрузка при этом равна:

ЭН_ППЭ = ППЭ^.Т

Предельно допустимые значения ППЭ электромагнитных полей в диапазоне частот 300 МГц - 300 ГГц определяют по формуле:

где ППЭ_ПД - предельно допустимое значение плотности потока энергии, Вт/м (мВт/см, мкВТ/см ); - предельно-допустимая величина энергетической нагрузки, равная 2Вт ч/м (200 мкВт ч/м ); К- коэффициент ослабления биологической эффективности, равный: I - для всех случаев облучения, исключая облучение от вращающихся и сканирующих антенн; 10 - для случаев облучения от вращающихся и сканирующих антенн; Т - время пребывания в зоне облучения за рабочую смену, ч.

Санитарные правила и нормы СанПиН 2.2.4/2.1.8.055-96 устанавливают ПДУ воздействия на людей электромагнитных излучений в диапазоне частот 30 кГц - 300 ГГц, требования к источникам ЭМИ РЧ, к размещению этих источников, меры защиты работающих от воздействия ЭМИ РЧ.

Согласно названным правилам и нормам оценка воздействия ЭМИ РЧ на людей осуществляется по следующим параметрам:

- по энергетической экспозиции, определяемой интенсивностью ЭМИ РЧ и времени его воздействия на человека;

- по значениям интенсивности ЭМИ РЧ.

Оценка по энергетической экспозиции (ЭЭ) применяется для лиц, работа или обучение которых связаны с необходимостью пребывания в зонах влияния источников ЭМИ РЧ при условии прохождения этими лицами медицинских осмотров в установленном порядке. Оценка же по значениям интенсивности ЭМИ РЧ применяется для лиц, работа или обучение которых не связаны с необходимостью пребывания в зонах влияния источников ЭМИ РЧ, для лиц, не достигших 18 лет, для беременных женщин, для лиц, находящихся на территории жилой застройки.

В диапазоне частот 30 кГц - 300 МГц интенсивность ЭМИ РЧ оценивается значениями напряженности электрического поля Е (В/м) и напряженности магнитного поля Н (А/м). В диапазоне частот 300 МГц - 300 ГГц интенсивность ЭМИ РЧ оценивается по плотности потока энергии ППЭ (Вт/м²; мкВт/см² ).

Энергетическая экспозиция, создаваемая электрическим полем, равна ЭЭ_Е = = Е² Т (В/м²) ч, а создаваемая магнитным полем равна ЭЭ_Н =Н² Т (А/м²) ч.

Предельно допустимые значения интенсивности ЭМИ РЧ (Е_ПДУ, Н_ПДУ, ППЭ_ПДУ) в зависимости от времени воздействия в течение рабочего дня и допустимое время воздействия в зависимости от интенсивности ЭМИ РЧ определяются по формулам:

Нормативным документом, регламентирующим защиту населения от воздействия электромагнитных излучений, являются "Санитарные нормы и правила защиты населения от воздействия электрического поля, создаваемого воздушными линиями электропередачи переменного тока промышленной частоты" № 2971-34. Этим документом установлены следующие значения предельно допустимого уровня напряженности электрического поля, кВ/м: внутри жилых зданий - 0,5; на территории жилой застройки - 1; в населенной местности, вне зоны жилой застройки - 10; в ненаселенной местности - 15; в труднодоступной местности - 20.

СанПин 2.2.2.542-96 регламентируют допустимые значения параметров неионизирующих электромагнитных излучений при работе с видеодисплейными терминалами (ВДТ), персональными электронно-вычислительными машинами (ПЭВМ), которые включают:

- напряженность электромагнитного поля по электрической составляющей на расстоянии 50 см от поверхности видеомонитора, В/м;

- напряженность электромагнитного поля по магнитной составляющей на расстоянии 50 см от поверхности видеомонитора, А/м;

- напряженность электростатического поля, кВ/м;

- поверхностный электростатический потенциал, В;

- плотность магнитного потока, нТл.

Кроме того, вышеупомянутым нормативным документом определены требования к микроклимату, содержанию аэроионов, вредных химических веществ в воздухе помещений, к шуму, вибрации, к организации режима труда и отдыха при работе с ВДТ и ПЭВМ.

Режим труда и отдыха установлен в зависимости от вида и категории трудовой деятельности. Виды трудовой деятельности разделены на три группы:

группа А - работа по считыванию информации с экрана ВДТ или ПЭВМ;

группа Б - работа по вводу информации;

группа В - творческая работа в режиме диалога с ЭВМ.

Категории работы с ВДТ и ПЭВМ (I,II,III) установлены для групп А и Б по суммарному числу считываемых или вводимых знаков за рабочую смену, для группы В - по суммарному времени непосредственной работы с ВДТ или ПЭВМ.

С учетом категории и группы работы с ВДТ или ПЭВМ и продолжитель- ности рабочей смены регламентируется суммарное время перерывов в минутах.

Регламентирование шума при работе с ВДТ и ПЭВМ предусмотрено в октавных полосах частот со среднегеометрическими значениями 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000.

Допустимые значения виброскорости и виброускорения в м/с, м/с² и дБ установлены для среднегеометрических частот полос 1,6; 2,0; 2,5; 3,15; 4,0; 5,0; 6,3; 8,0; 10,0; 12,5; 16,0; 20,0; 25,0; 31,5; 40,0; 50,0; 63,0; 80,0, а также в третьоктавных полосах частот.

Учтены в СанПин 2.2.2.542-96 также эргономические требования, такие как высота стола над полом, основные размеры стула для учащихся и студентов.

Защита от электромагнитных полей. Все защитные мероприятия могут быть разделены на три группы:

- организационные;

- инженерно- технические;

- лечебно-профилактические.

Организационные мероприятия предусматривают оптимальное взаимное расположение облучающих объектов и обслуживающего персонала, разработку режима труда и отдыха с целью снижения до минимума времени нахождения людей под облучением.

Основой инженерно-технических мероприятий является экранирование. Экраны могут быть выполнены плоскими и замкнутыми, в виде оболочек. Основной характеристикой экранов является эффективность экранирования, т.е. степень ослабления электромагнитного поля. Она зависит от магнитной проницаемости материала, толщины его, удельного сопротивления, а также частоты электромагнитного поля.

В качестве материала для экранов обычно используют металлы (сталь, медь, алюминий). Изготавливают экраны или сплошными или сетчатыми. Кроме металлов могут быть использованы резина, древесное волокно, поролон, радиозащитное стекло с окиснометаллической пленкой.

Лечебно-профилактические мероприятия включают:

- предварительные и периодические медосмотры;

- сокращенный рабочий день;

- дополнительные отпуска.

Защитная одежда изготавливается из металлизированной ткани в виде комбинезонов, халатов, передников, курток с капюшонами с вмонтированными в них защитными очками.

В качестве профилактических мер при работах с ВДТ и ПЭВМ должны предусматриваться:

- проведение упражнений для глаз каждые 20-25 минут работы;

- проведение сквозного проветривания помещений во время перерывов;

- проведение физкультурной паузы во время перерывов;

- подключение таймера к ВДТ и ПЭВМ или централизованное отключение свечения информации на экранах видеомониторов с целью обеспечения нормируемого времени работы.

2.5.2. Лазерные излучения

Лазер - аббревиатура, состоящая из начальных букв английской фразы: Light Amplification by stimulated Emission of Radiation, что в переводе означает усиление света за счет создания стимулированного излучения. Лазерами называют устройства, основанные на принципе вынужденного индуцированного излучения атомов и молекул. В основе работы лазера лежит усиление светового излучения за счет энергии, накопленной атомами и молекулами лазерной среды в процессе накачки. Накачкой называют создание избытка атомов, находящихся в возбужденном состоянии. Способы накачки могут быть различными: оптическими, электрическими, электронными, химическими.

Лазерные установки нашли широкое применение во всех отраслях промышленности: в машиностроении для резки, сварки и упрочения металлов, в приборостроении - для обработки твердых и сверхтвердых сплавов, в радиоэлектронике - для точечной сварки, для производства печатных схем, микросварки, в текстильной промышленности - для раскроя тканей, в часовой промышленности - для прошивки отверстий в камнях и т.д. Растет применение лазеров в медицине: в офтальмохирургии, нейрохирургии. Большие перспективы открывает использование лазеров в области связи, в качестве источников света, для контроля за химическими процессами.

Общая и гигиеническая характеристика лазеров. Основными параметрами, характеризующими лазерные излучения с гигиенической точки зрения, являются: длина волны - l, мкм; энергетическая освещенность – W_u, Вт/см²; длительность импульса - t_н,с; частота повторения импульсов – f_u, Гц; длительность воздействия - t, с.

Согласно "ГОСТ 12.1.040-83 Лазерная безопасность. Общие положения" все лазеры по степени опасности генерируемого излучения подразделяют на 4 класса. Лазеры 1 класса - выходное излучение их не представляет опасности для глаз и кожи.

Лазеры 2 класса - выходное излучение опасно для глаз при облучении прямым или зеркально отраженным излучением.

Лазеры 3 класса - их выходное излучение представляет опасность при облучении глаз прямым, зеркально отраженным, а также диффузно отраженным излучением на расстоянии 10 см от диффузно отражающей поверхности и при облучении кожи прямым и зеркально отраженным излучением.

Лазеры 4 класса - выходное излучение их представляет опасность при облучении кожи диффузно отраженным излучением на расстоянии 10 см от диффузно отражающей поверхности.

Зеркально отраженным называют лазерное излучение, отраженное под углом, равным углу падения. Диффузно отраженное лазерное излучение - излучение, отраженное от поверхности, соизмеримой с длиной волны по всевозможным направлениям в пределах полусферы.

В зависимости от режима излучения различают два типа лазеров: непрерывного и импульсного действия.

По активному элементу, в котором энергия накачки преобразуется в излучение, различают лазеры газовые, жидкостные, полупроводниковые, твердотельные. По способу отвода тепла лазеры могут быть с естественным охлаждением и с принудительным воздушным или жидкостным.

При эксплуатации лазерных установок могут возникнуть следующие вредные и опасные факторы:

- лазерные излучения;

- повышенное значение напряжения в источниках электропитания лазеров;

- повышенная запыленность и загазованность воздуха рабочей зоны;

- повышенный уровень ультрафиолетовой радиации;

- повышенная яркость света;

- повышенный уровень шума и вибрации на рабочем месте;

- повышенный уровень электромагнитного излучения;

- повышенный уровень инфракрасной радиации;

- повышенная температура поверхности оборудования;

- взрывоопасность в системах накачки лазеров.

Действие лазерных излучений на организм человека. Биологическое действие лазерных излучений зависит от мощности излучения, длины волны, характера импульса, частоты следования, продолжительности облучения, величины облучаемой поверхности и от анатомических и функциональных особенностей облучаемых тканей.

Для непрерывного лазерного излучения характерен тепловой механизм действия, следствием которого является коагуляция (свертывание) белка, а при больших мощностях - испарение биоткани.

При действии импульсного лазерного излучения с длительностью импульсов менее 10^-2 с происходит преобразование энергии излучения в энергию механических колебаний, в частности, ударной волны.

Облучение брюшной стенки таким излучением может привести к повреж- дению печени, кишечника и других органов брюшной полости, а облучение головы - к внутриклеточным и внутримозговым кровоизлияниям.

Большую опасность представляют лазерные излучения для глаз и кожи. Наиболее уязвимым органом являются глаза. Хотя чувствительность тканей глаза мало отличается от чувствительности других тканей, но фокусирующая способность оптической системы глаза резко увеличивает плотность энергии лазерного излучения и поэтому глаза, особенно сетчатая оболочка, рассматриваются как критический орган по отношению к лазерным излучениям. Степень поглощения лазерной энергии зависит от пигментации глазного дна: большему воздействию подвержены голубые и зеленые глаза, меньшему - карие. Попадая в глаз, энергия лазера абсорбируется пигментным слоем и повышает температуру, вызывая ожог.

Лазерные излучения вызывают также повреждения кожи от покраснения до поверхностного обугливания. Степень воздействия при этом определяется как параметрами излучения лазера, так и пигментацией кожи, состоянием кровообращения. Пигментированная кожа поглощает значительно больше лазерных лучей, чем светлая кожа.

Кроме этого, под воздействием лазерных излучений возможны функ-циональные расстройства в деятельности центральной нервной системы, сердечно-сосудистой системы, снижение работоспособности, быстрая утомляемость, нарушение мозгового кровообращения.

Гигиеническое нормирование лазерных излучений. Предельно допустимые уровни (ПДУ) лазерного излучения устанавливаются в соответствии с требованиями "Санитарных норм и правил устройства и эксплуатации лазеров" № 2392-81. ПДУ лазерных излучений для конкретных условий воздействия рассчитываются с помощью соответствующих формул с учетом длины волны l, длительности воздействия t, энергетической экспозиции Н, диаметра зрачка глаза d₃, фоновой освещенности роговицы, а также ряда поправочных коэффициентов на частоту повторения импульсов, длительность воздействия серии импульсов.

Рассчитанные для различных биологических эффектов величины ПДУ сравниваются между собой и в качестве определяющего принимается наимень- шее значение ПДУ.

При одновременном воздействии лазерных излучений различных параметров, но обладающих сходством биологического действия должно соблюдаться следующее условие:

£ 1,

где Н_(1,2...) - энергетические экспозиции, создаваемые различными источниками лазерного излучения; Н_ПДУ - ПДУ энергетической экспозиции для соответствующего источника излучения.

Защита от лазерных излучений. При разработке защитных мер руководствуются классом опасности лазеров. Все меры защиты могут быть разделены на организационные, технические и лечебно-профилактические.

Лазеры 3 и 4 классов опасности должны применяться только в установках закрытого типа, в которых зона взаимодействия лазерного излучения с мишенью и луч лазера на всем его протяжении изолированы от работающих. Помещения, где эксплуатируются лазерные установки, должны удовлетворять требованиям санитарных норм. Стены помещений должны иметь матовую поверхность, обеспечивающую максимальное рассеяние излучения. Для окраски стен рекомендуется использовать клеевые краски на основе мела.

В зависимости от длины волны излучения выбирают методы защиты:

- снижение времени контакта с излучением;

- увеличение расстояния до источника излучения;

- ослабление излучения с помощью светофильтров.

Марки стекол, используемые в средствах защиты от лазерного излучения, выбирают с учетом типа лазера и длины волны.