3.5. ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ

Спектр электромагнитного излучения природного и техногенного происхождения, оказывающий влияние на человека как в условиях быта, так и в производственных условиях, имеет диапазон волн от тысяч километров (переменный ток) до триллионной части миллиметра (космические энергетические лучи). Характер воздействия на человека электромагнитного излучения в разных диапазонах различен. В связи с этим значительно различаются и требования к нормированию различных диапазонов электромагнитного излучения.

В производственных условиях на работающего оказывает воздействие

101

широкий спектр электромагнитного излучения. В зависимости от диапазона длин волн различают: электромагнитное излучение радиочастот (10⁷...10^-4 м), инфракрасное излучение (< 10^-4...7,5·10^-7 м), видимую область (7,5·10^-7...4·10^-4 м), ультрафиолетовое излучение (< 4·10^-7...10^-9 м), рентгеновское излучение, гамма-излучение (< 10^-9 м) и др.

Электромагнитное поле (ЭМП) диапазона радиочастот. Оно обладает рядом свойств, которые широко используются в отраслях экономики. Эти свойства (способность нагревать материалы, распространение в пространстве и отражение от границы раздела двух сред, взаимодействие с веществом) делают использование ЭМП диапазона радиочастот весьма полезным и перспективным в промышленности, науке, технике, медицине.

Источниками ЭМП этого вида являются приборы, применяемые в промышленности для индукционного нагрева металлов и полупроводников (в таких технологических процессах, как закалка и отпуск деталей, накатка твердых сплавов на режущий инструмент, плавка металлов и полупроводников, очистка полупроводников, выращивание полупроводниковых кристаллов и пленок), а также приборы диэлектрического нагрева, применяемые для сварки синтетических материалов, прессовки синтетических порошков. Свойства электромагнитных волн распространяться в пространстве и отражаться от границы раздела сред широко используют в таких областях, как радиосвязь, телевидение, радиолокация, дефектоскопия и других, поэтому телевизионные и радиолокационные станции, антенны радиосвязи являются также мощными источниками ЭМП диапазона радиочастот. Различают технологические и паразитные источники ЭМП. К последним относятся выносные согласующие трансформаторы, выносные батареи конденсаторов, фидерные линии, щели в обшивке установок.

В радиоаппаратуре всех диапазонов частот к технологическим источникам относятся антенны, петли связи, к паразитным - щели в обшивках генераторов, неплотности соединений тракт, различные отверстия и др.

Единицами ЭМП являются: частота f (Гц), напряженность электрического поля Е (В/м), напряженность fH (А/м), плотность потока энергии J (Вт/м²). В ЭМП существуют три зоны, которые различаются по расстоянию от источника ЭМП.

Зона индукции имеет радиус, равный

R =

λ

2 π

,

где λ - длина волны электромагнитного излучения. В этой зоне электромагнитная волна не сформирована и поэтому на человека действует независимо друг от друга напряженность электрического и магнитного полей.

102

Зона интерференции (промежуточная) имеет радиус, определяемый по формуле

λ

2 π

 < R < 2 πλ

В этой зоне одновременно воздействуют на человека напряженность электрического, магнитного поля, а также плотность потока энергии.

Дальняя зона характеризуется тем, что это зона сформировавшейся электромагнитной волны. В этой зоне на человека воздействуют только энергетическая составляющая ЭМП - плотность потока энергии. Если источник ЭМП имеет сверхвысокие частоты (СВЧ), то практически он создает вокруг себя зону энергетического воздействия - дальнюю зону, имеющую радиус:

R ≥ 2 πλ .

Знание длин волн ЭМП, формируемых источником, дает возможность выбора приборов контроля электромагнитного излучения. Для низкочастотных источников ЭМП (НЧ, ВЧ, УВЧ-диапазоны) необходимо использовать приборы, измеряющие электрическую и магнитную составляющие ЭМП, для СВЧ-диапазона - приборы, позволяющие измерять плотность потока энергии ЭМП.

Биологическое действие ЭМП радиочастот характеризуется тепловым действием и нетепловым эффектом. Под тепловым действием подразумевается интегральное повышение температуры тела или отдельных его частей при общем или локальном облучении. Нетепловой эффект связан с переходом электромагнитной энергии в объекте в нетепловую форму энергии (молекулярное резонансное истощение, фотохимическая реакция и др.). Чем меньше энергия электромагнитного излучения, тем выше тепловой эффект, который он производит.

По своим биофизическим свойствам ткани организма неоднородны, поэтому может возникнуть неравномерный нагрев на границе раздела с высоким и низким содержанием воды, что определяет высокий и низкий коэффициент поглощения энергии. Это может привести к образованию стоячих волн и локальному перегреву ткани, особенно с плохой терморегуляцией (хрусталик, желчный пузырь, кишечник, семенники).

Влияние ЭМП на организм зависит от таких физических параметров как длина волны, интенсивность излучения, режим облучения - непрерывный и прерывистый, а также от продолжительности воздействия на организм, комбинированного действия с другими производственными факторами (повышенная температура воздуха, наличие рентгеновского излучения, шума и др.), которые способны изменять сопротивляемость организма на действие ЭМП. Наиболее биологически активен диапазон СВЧ, менее активен УВЧ и затем диапазон ВЧ

103

(длинные и средние волны), т.е. с укорочением длины волны биологическая активность почти всегда возрастает. Комбинированное действие ЭМП с другими факторами производственной среды - повышенная температура (свыше 28 °С), наличие мягкого рентгеновского излучения - вызывает некоторое усиление действия ЭМП, что было учтено при гигиеническом нормировании СВЧ-поля.

Нормирование воздействия электромагнитного излучения радиочастот. Оценка воздействия ЭМИ РЧ на человека согласно СаНПиН 2.2.4/2.1.8.055-96 осуществляется по следующим параметрам:

По энергетической экспозиции, которая определяется интенсивностью ЭМИ РЧ и временем его воздействия на человека. Оценка по энергетической экспозиции применяется для лиц, работа или обучение которых связаны с необходимостью пребывания в зонах влияния источников ЭМИ РЧ (кроме лиц, не достигших 18 лет, и женщин в состоянии беременности) при условии прохождения этими лицами в установленном порядке предварительных и периодических медицинских осмотров по данному фактору и получения положительного заключения по результатам медицинского осмотра.

По значениям интенсивности ЭМИ РЧ; такая оценка применяется для лиц, работа или обучение которых не связаны с необходимостью пребывания в зонах влияния источников ЭМИ РЧ, для лиц, не проходящих предварительных при поступлении на работу и периодических медицинских осмотров по данному фактору или при наличии отрицательного заключения по результатам медицинского осмотра; для работающих или учащихся лиц, не достигших 18 лет, для женщин в состоянии беременности; для лиц, находящихся в жилых, общественных и служебных зданиях и помещениях, подвергающихся воздействию внешнего ЭМИ РЧ (кроме зданий и помещений передающих радиотехнических объектов); для лиц, находящихся на территории жилой застройки и в местах массового отдыха.

В диапазоне частот 30 кГц...300 МГц интенсивность ЭМИ РЧ оценивается значениями напряженности электрического поля (Е, В/м) и напряженности магнитного поля (E, А/м).

В диапазоне частот 300 Мгц...300 Гц интенсивность ЭМИ РЧ оценивается значениями плотности потока энергии (ППЭ, Вт/м², мкВт/см²).

Энергетическая экспозиция (ЭЭ) ЭМИ РЧ в диапазоне частот 30 кГц...300 МГц определяется как произведение квадрата напряженности электрического или магнитного поля на время воздействия на человека.

Энергетическая экспозиция, создаваемая электрическим полем, равна ЭЭ_Е = Е²Т [(В/м)² · ч].

Энергетическая экспозиция, создаваемая магнитным полем, равна ЭЭ_H = H²T [(А/м)² · ч].

В случае импульсно-модулированных колебаний оценка проводится

104

по средней за период следования импульса мощности источника ЭМИ РЧ и, соответственно, средней интенсивности ЭМИ РЧ.

Энергетическая экспозиция за рабочий день (рабочую смену) не должна превышать значений, указанных в табл. 3.4.

Таблица 3.4. Предельно допустимые значения энергетической экспозиции

Примечание. В настоящих Санитарных нормах и правилах во всех случаях при указании диапазонов частот каждый диапазон исключает нижний и включает верхний предел частоты.

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

E_пду = (ЭЭ_ЕПД /T)^1/2 ; T = ЭЭ /E² ;

H_пду = (ЭЭ_НПД /T)^1/2, Т = ЭЭ /H² ;

ППЭ_ПДУ = ЭЭ_ППЭПД. /Т , Т = ЭЭ_ППЭПД /ППЭ .

Предельно допустимая интенсивность воздействия от антенн, работающих в режиме кругового обзора, или сканирования с частотой не более 1 Гц и скважностью не менее 20 определяется по формуле:

ППЭ_ПДУ = К

ЭЭППЭнл

T

,

где К - коэффициент ослабления биологической активности прерывистых воздействий, равный 10.

Независимо от продолжительности воздействия интенсивность не должна превышать максимальных значений (например, 1000 мкВт/см² для диапазона частот 300 МГц...300 ГГц).

Для случаев локального облучения кистей рук при работе с микрополосковыми СВЧ-устройствами предельно допустимые уровни воздействия определяются по формуле

ППЭ_ПДУ = К₁

ЭЭППЭнл

T

,

где К₁ - коэффициент ослабления биологической эффективности, равный 12,5. При этом плотность потока энергии на кистях рук не должна превышать 5000 мкВт/см².

105

Предельно допустимые уровни ЭМИ РЧ должны, как правило, определяться, исходя из предположения, что воздействие имеет место в течение всего рабочего дня (рабочей смены).

Сокращение продолжительности воздействия должно быть подтверждено технологическими распорядительными документами и (или) результатами хронометража.

Лазерное излучение. Это излучение формируется в оптических квантовых генераторах (лазерах) и представляет собой оптическое когерентное излучение, характеризующееся высокой направленностью и большой плотностью энергии. Главный элемент лазера, где формируется излучение, - активная среда, для образования которой используют: воздействие света нелазерных источников, электрический разряд в газах, химические реакции, бомбардировку электрическим пучком и другие методы "накачки". Активная среда (элемент), расположена между зеркалами, образующими оптический резонатор. Активной средой лазера может быть твердый материал (рубины, стекло, активированное неодимом, алюмоиттриевый гранат, пластмассы), полупроводники (Zn, S, ZnO, CaSe, Те, PbS, GaAs, и др.), жидкость (с редкоземельными активаторами или органическими красителями), газ (He-Ne, Аr, Кr, Хе, Ne, He-Cd, CO₂ и др.) и др. Существуют лазеры непрерывного и импульсного действия. Классификация лазеров представлена на рис. 3.5.

Лазеры получили широкое применение в научных исследованиях (физика, химия, биология и др.), в практической медицине (хирургия, офтальмология и др.), а также в технике (связи, локации, измерительная техника, география), при исследовании внутренней структуры вещества, разделении протонов, термоядерном синтезе, термообработке, сварке, резке, при изготовлении отверстий малого диаметра - микроотверстий и др. Области применения лазера определяются энергией используемого лазерного излучения (рис. 3.6).

Величина генерируемого лазером электромагнитного излучения составляет: в области рентгеновского диапазона 3·10^-3...3·10^-7 мкм, ультрафиолетового 0,2...0,4 мкм, видимого света 0,4...0,75 мкм, ближнего инфракрасного 0,75...1,4 мкм, инфракрасного 1,4...10² мкм, субмиллиметрового 10²...10³ мкм.

Биологическое действие лазерного излучения зависит от энергии излучения Е, энергии импульса E_и, плотности мощности (энергии) W_p (W_e), времени облучения t, длины волны λ, длительности импульса τ, частоты повторения импульсов f потока излучения Φ, поверхностной плотности излучения Е_э, интенсивности излучения I. Основные энергетические характеристики лазерного излучения приведены в табл. 3.5.

Под воздействием лазерного излучения нарушается жизнедеятельность как отдельных органов, так и организма в целом. В настоящее время установлено специфическое действие лазерных излучений на биологические объекты, отличающееся от действия других опасных

106

107

Рис. 3.6. Области применения лазеров в зависимости от требуемой мощности лазерного излучения

производственных физических и химических факторов. При воздействии лазерного излучения на сплошную биологическую структуру (например, на организм человека) различают три стадии: физическую, физико-химическую и химическую.

Таблица 3.5. Энергетические характеристики излучения

На первой стадии (физической) происходят элементарные взаимодействия излучения с веществом, характер которых зависит от анатомических, оптико-физических и функциональных особенностей ткани, а также от энергетических и пространственных характеристик излучения и, прежде всего, от длины волны и интенсивности излучения. На

108

Рис. 3.7. Факторы, определяющие биологические изменения при лазерном облучении

этой стадии происходит нагревание вещества, преобразование энергии электромагнитного излучения в механические колебания, ионизация атомов и молекул, возбуждение и переход электронов с валентных уровней в зону проводимости, рекомбинация возбужденных атомов и др. При воздействии непрерывного лазерного излучения преобладает в основном тепловой механизм действия, в результате которого происходит свертывание белка, а при больших мощностях - испарение биоткани. При импульсном режиме (с длительностью импульсов меньше 10^-2 с) механизм взаимодействия становится более сплошным и приводит к преобразованию излучения в энергию механических колебаний среды, в частности ударной волны. При мощности излучения свыше 10⁷ Вт и высокой степени фокусировки лазерного луча возможно возникновение ионизирующих излучений.

На второй стадии (физико-химической) из ионов и возбужденных молекул образуются свободные радикалы, обладающие высокой способностью к химическим реакциям.

На третьей стадии (химической) свободные радикалы реагируют с молекулами веществ, входящих в состав живой ткани, и при этом возникают те молекулярные повреждения, которые в дальнейшем определяют общую картину воздействия лазерного излучения на облучаемую ткань и организм в целом. Основные факторы, определяющие биологическое действие лазерного излучения, представлены на рис. 3.7.

Лазерное излучение представляет опасность главным образом для тканей, которые непосредственно поглощают излучение, поэтому с позиций потенциальной опасности воздействия и возможности защиты от лазерного излучения рассматривают в основном глаза и кожу.

Известна высокая чувствительность роговицы и хрусталика глаза

109

при воздействии электромагнитных излучений. Способность оптической системы глаза на несколько порядков увеличивать плотность энергии видимого и ближнего инфракрасного диапазона на глазном дне по отношению к роговице, наиболее чувствительны к воздействию лазерного излучения.

Длительное действие лазерного излучения видимого диапазона на сетчатку глаза (не намного меньше порога ожога) может вызвать необратимые изменения в ней, а в диапазоне близкого инфракрасного излучения может привести к помутнению хрусталика глаза. Клетки сетчатки, как и клетки центральной нервной системы, после повреждения не восстанавливаются.

Действие лазерного излучения на кожу в зависимости от первоначальной поглощенной энергии приводит к различным поражениям: от легкой эритемы (покраснения) до поверхностного обугливания и, в конечном итоге, образования глубоких дефектов кожи.

Предельнодопустимыми уровнями (ПДУ) облучения приняты энергетические экспозиции. Для ПДУ непрерывного лазерного излучения выбирают энергетическую экспозицию наименьшей величины, не вызывающей первичных и вторичных биологических эффектов (с учетом длины волны и длительности воздействия). Для импульсно-периодического излучения ПДУ облучения рассчитывают с учетом частоты повторения и воздействия серии импульсов.

Помимо лазерного излучения, возникают также и другие виды опасностей, связанных с эксплуатацией лазеров. Это - вредные химические вещества, шум, вибрация, электромагнитные поля, ионизирующие излучения и др. По степени опасности лазерного излучения лазеры подразделяются на следующие классы: 0 - безопасные (выходное излучение не представляет опасности для биологической ткани при остром и хроническом воздействии); I - малоопасные (воздействия прямого и зеркально отраженного излучения только на глаза); II - средней опасности (воздействия на глаза прямого, зеркально и диффузно отраженного излучения, а также прямого и зеркально отраженного излучения на кожу); III - опасные (воздействия на глаза, кожу прямого, зеркально и диффузно отраженного излучения; работа лазеров сопровождается возникновением других опасностей и вредных производственных факторов); IV - высокой опасности (опасности, характерные для лазеров I - III классов, а также ионизирующее излучение с уровнем, превышающим установленные допустимые пределы).

Классификацию лазеров по степени опасности осуществляют на основе временных, энергетических и геометрических (точечный или протяженный источник) характеристик источника излучения и предельно допустимых уровней лазерного излучения.

В табл. 3.6 приведены опасные и вредные производственные факторы, подлежащие контролю в зависимости от класса лазерных установок. по

110

Таблица 3.6. Контролируемые опасные и вредные производственные факторы

Инфракрасное излучение (ИКИ). Это - тепловое излучение, представляющее собой невидимое электромагнитное излучение с длиной волны от 0,76 до 420 мкм и обладающее волновыми и световыми свойствами.

По длине волны инфракрасные лучи делятся на коротковолновую ИКИ-А (менее 1,4 мкм), средневолновую ИКИ-В (1,4...3 мкм), длинноволновую ИКИ-С (3 МКМ...1 мм) область. В производственных условиях гигиеническое значение имеет более узкий диапазон (0,76...70 мкм).

Источником инфракрасного излучения является любое нагретое тело. Степень инфракрасного излучения характеризуется следующими основными законами, используемыми для оценки гигиенического нормирования.

Лучеиспускание обусловливается только состоянием излучающего тела и не зависит от окружающей среды (закон Кирхгофа). Лучеиспускательная способность любого тела пропорциональна его лучепоглощающей способности. Тело, поглощающее все падающие на него лучи (абсолютно черное тело), обладает максимальным излучением. На этом законе основано применение поглощающей защитной одежды, светофильтров, устройство приборов для измерения теплового излучения, а также окраска оборудования.

С повышением температуры излучающего тела интенсивность излучения Е (Вт/м²) увеличивается пропорционально 4-й степени его абсолютной температуры (закон Стефана - Больцмана):

111

E = σT⁴

где σ - постоянная Стефана - Больцмана, равная 5,67032·10^-8 Вт м^-2 К^-4; Т - абсолютная температура, К (Кельвин).

Таким образом, даже небольшое повышение температуры тела приводит к значительному росту отдачи теплоты излучением. Используя этот закон, можно определить величину теплообмена излучением в производственных условиях.

Количество тепловой энергии, передаваемое излучением, определяется по формуле:

Е = С₁ С₂ σ(Т₁⁴ - Т⁴₂),

где Е - теплоотдача, (Вт), C₁ и С₂ - константы излучения с поверхностей; σ - постоянная Стефана - Больцмана; Т₁ и Т₂ - температуры поверхностей (К), между которыми происходит теплообмен излучением.

При расчете теплоотдачи излучением учитывают температуру стен и других поглощающих тепловую радиацию поверхностей (среднерадиационная температура).

Произведение абсолютной температуры излучающего тела на длину волны излучения (λ_макс) с максимальной энергией - величина постоянная С (закон Вина - закон смещения)

λ_макс T = C ,

где С = 2880; Т - абсолютная температура, К; λ - длина волны, мкм. Таким образом, длина волны максимального излучения нагретого тела обратно пропорциональна его абсолютной температуре, т.е.

λ_макс = C /T .

При температуре твердого тела 400...500 °С излучение происходит главным образом в области длинных волн.

Интенсивность теплового излучения на рабочих местах может колебаться от 175 Вт/м² до 13 956 Вт/м². К горячим цехам относят цеха, в которых тепловыделение превышает 23 Дж/м².

В литейных цехах (нагрев и обработка деталей) интенсивность теплового излучения составляет 1392...3480 Вт/м².

В производственных помещениях с большим тепловыделением (горячие цеха) на долю инфракрасного излучения может приходиться до 2/3 выделяемой теплоты и только 1/3 на конвекционную теплоту.

Биологическое действие инфракрасного излучения. Лучистое тепло имеет ряд особенностей. Инфракрасное излучение помимо усиления теплового воздействия на организм работающего обладает и специфическим влиянием, зависящим от интенсивности энергии излучения отдельных участков его спектра. Существенное влияние на теплообмен организма оказывают оптические

112

свойства кожного покрова с его избирательной характеристикой коэффициентов отражения, поглощения и пропускания инфракрасной радиации.

Воздействие ИКИ на организм человека проявляется как общими, так и местными реакциями. Местная выражается сильнее при длинноволновом облучении, поэтому при одной и той же интенсивности облучения время переносимости в этом случае меньше, чем при коротковолновой радиации. За счет большой глубины проникновения в ткани тела коротковолновая область спектра ИКИ вызывает повышение температуры глубоколежащих тканей. Например, длительное облучение глаза может привести к помутнению хрусталика (профессиональная катаракта).

Под влиянием ИКИ в организме человека возникают биохимические сдвиги и изменения функционального состояния центральной нервной системы: образуются специфические биологически активные вещества типа гистамина, холина, повышается уровень фосфора и натрия в крови, усиливается секреторная функция желудка, поджелудочной и слюнной желез, в центральной нервной системе развиваются тормозные процессы, уменьшается нервно-мышечная возбудимость, понижается общий обмен веществ.

При инфракрасном облучении кожи повышается ее температура, изменяется тепловое ощущение. При интенсивном облучении возникают ощущения жжения, боль. Время переносимости тепловой радиации уменьшается с увеличением длины волны и ее интенсивности (табл. 3.7).

Таблица 3.7. Время переносимости (с) инфракрасной радиации в зависимости от ее интенсивности и длины волны

С увеличением периода облучения организм приспосабливается, т.е. происходит адаптация, сохраняющаяся довольно длительное время.

Видимая область электромагнитного излучения. Наиболее важной областью оптического спектра электромагнитных излучений является видимый свет (излучение с длиной волны от 0,38...0,4 до 0,75...0,78 мкм). Он обеспечивает зрительное восприятие, дающее около 90 % информации об окружающей среде, влияет на тонус центральной и периферической нервной системы, на обмен веществ в организме, его иммунные и аллергические реакции, на работоспособность и самочувствие человека. Оптимальные параметры видимого света по интенсивности,

113

спектральному составу и режиму освещения зависят от требований организма к условиям конкретной деятельности, а также от характера и интенсивности одновременно воздействующих других факторов среды - акустических, цветовых, пространственно-планировочных и др.

Недостаточное освещение рабочего места затрудняет длительную работу, вызывает повышенное утомление и способствует развитию близорукости. Слишком низкие уровни освещенности вызывают апатию и сонливость, а в некоторых случаях способствуют развитию чувства тревоги. Длительное пребывание в условиях недостаточного освещения сопровождаются снижением интенсивности обмена веществ в организме и ослаблением его реактивности. К таким же последствиям приводит длительное пребывание в световой среде с ограниченным спектральным составом света и монотонным режимом освещения.

Излишне яркий свет слепит, снижает зрительные функции, приводит к перевозбуждению нервной системы, уменьшает работоспособность, нарушает механизм сумеречного зрения. Воздействие чрезмерной яркости может вызывать фотоожоги глаз и кожи, кератиты, катаракты и другие нарушения.

Световую среду формируют следующие составляющие:

Лучистый поток Φ - это мощность лучистой энергии электромагнитного поля в оптическом диапазоне волн, Вт.

Световой поток F - это мощность световой энергии, оцениваемой по зрительному восприятию, т.е. величина F является не только физической, но и физиологической, лм.

Видность В - отношение светового потока к лучистому. Максимальная видность B_mах (при длине 554 Нм) составляет 683 лм/Вт. Видность излучения характеризует чувствительность глаза к различным составляющим светового спектра.

Сила света J - пространственная объективная плотность светового потока в пределах телесного угла, кд.

Освещенность Е - плотность светового потока на освещаемой поверхности, л к.

Яркость поверхности L_α в данном направлении а определяется из отношения силы света Dlα, излучаемой поверхностью dS в этом направлении, к проекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную данному направлению:

L_α =

dJ α

dS cos α

Коэффициент отражения ρ характеризует способность поверхности отражать падающий на нее световой поток; определяется по формуле:

114

ρ =

Fотр

Fпад

где F_отр - отраженный световой поток, лм; F_пад - световой поток, падающий на поверхность, лм.

Качественные показатели систем производственного освещения являются комплексными и определяют условия зрительной работы. К ним относятся:

Фон - поверхность, непосредственно прилегающая к объекту различения. Под объектом различения понимается минимальный элемент рассматриваемого предмета, который необходимо выделить для зрительной работы.

Контраст объекта с фоном К - определяется из соотношения яркостей рассматриваемого объекта и фона

K =

Lф - Lо

Lф

.

Видимость V - величина, комплексно характеризующая зрительные условия работы. Зависит от освещенности, размера объекта, его яркости, контраста объекта с фоном и др. Оценивается видимость числом пороговых контрастов K_пор, содержащихся в действительном К _д контрасте:

V =

Kд

Kпор

.

Пороговый контраст - наименьший различимый глазом контраст, при небольшом уменьшении которого объект становится неразличимым.

Показатель ослепленности Р - это критерий оценки слепящего действия источников света, вычисляемый по формуле:

P = (

V1

V2

- 1) · 1000 ,

где V₁ - видимость объекта различения при экранированном источнике света; V₂ - видимость при разэкранированном источнике света.

При отсутствии экрана (плафона) на источнике искусственного света яркость объекта и фона увеличивается за счет появления бликов L_б, что приводит к снижению показателей контрастности:

К = [(L_ф + L_Б) - (L_О + L_Б)] /(L_Ф + L_Б),

а значит и к уменьшению показателя видимости.

Коэффициент пульсации освещенности К_п - критерий оценки изменения освещенности поверхности вследствие периодического изменения во времени светового потока источника света

115

Рис. 3.8. График изменения светового потока газоразрядной лампы

K_п =

Еmах - Еmin

2 Eср

· 100% ,

где Е_mах, Е_min и E_ср максимальное, минимальное и среднее значение освещенности за период ее колебания.

Необходимость в показателе К_п вызвана широким применением газоразрядных ламп. При питании их переменным током наблюдается пульсация во времени величины светового потока таких источников с частотой, вдвое большей частоты питающей сети (рис. 3.8).

По типу источника света производственное освещение бывает: естественное - за счет солнечного излучения (прямого и диффузно-рассеянного света небесного купола); искусственное - за счет источников искусственного света; совмещенное.

Естественное освещение имеет положительные и отрицательные стороны. Более благоприятный спектральный состав (наличие ультрафиолетовых лучей), высокая диффузность (рассеянность) света способствуют улучшению зрительных условий работы. В то же время при естественном освещении освещенность во времени и пространстве непостоянна, зависит от погодных условий, возможно тенеобразование, ослепление при ярком солнечном свете.

Искусственное освещение помогает избежать многие недостатки, характерные для естественного освещения, и обеспечить оптимальный световой режим. Однако условия гигиены труда требуют максимального использования естественного освещения, так как солнечный свет оказывает оздоровляющее действие на организм. Оно не используется только там, где это противопоказано технологическими условиями производства, где хранятся светочувствительные химикаты, материалы и изделия.

При недостаточном естественном освещении в светлое время суток используют и искусственный свет. Такое освещение называется совмещенным. Оно предусмотрено существующими нормами.

Естественное освещение по конструктивному исполнению бывает: боковое, осуществляемое через оконные проемы; верхнее, когда свет проникает в помещение через аэрационные и зенитные фонари, проемы в перекрытиях; комбинированное, когда к верхнему освещению добавляется боковое. Наиболее эффективно комбинированное естественное освещение, обеспечивающее более равномерное распределение внутри производственного помещения.

116

Искусственное освещение по конструктивному исполнению бывает двух видов: общее и комбинированное, когда к общему освещению добавляется местное, концентрирующее световой поток непосредственно на рабочих местах. Общее освещение подразделяется на общее равномерное и общее локализованное (например, вдоль сборочного конвейера). Общее освещение может быть рабочим и аварийным. Рабочее освещение является обязательным во всех помещениях и на освещаемых территориях для обеспечения нормальной работы, прохода людей и движения транспорта. Аварийное освещение предусматривается для обеспечения минимальной освещенности в производственном помещении на случай внезапного отключения рабочего освещения.

Существуют также специальные виды искусственного освещения: бактерицидное и эритемное. Бактерицидное освещение применяется для обеззараживания воздуха внутри производственных помещений, питьевой воды, продуктов питания. Наибольшей бактерицидной эффективностью обладает ультрафиолетовое излучение длиной волны 254...257 нм, создаваемое специальными лампами. Эритемное (искусственное ультрафиолетовое) излучение оказывает положительное биологическое действие на обмен веществ, дыхательные процессы, активизирует кровообращение.

Гигиеническое нормирование искусственного и естественного освещения. Нормируемыми параметрами для систем искусственного освещения являются: величина минимальной освещенности E_min, допустимая яркость в поле зрения L_доп, а также показатель ослепленности Р и коэффициент пульсации К_п (СНиП 23-05-95).

Величина минимальной освещенности задается для наиболее темного участка рабочей поверхности. Под рабочей поверхностью понимается условная горизонтальная плоскость, расположенная на расстоянии 0,8 м от уровня пола производственного помещения. Нормируемое значение E_min выбирается (табл. 3.8) в зависимости от точности зрительной работы, коэффициента отражения рабочей поверхности, продолжительности напряженной зрительной работы в общем бюджете времени, характеристики качества освещения и технико-экономических показателей применяемой системы освещения.

Степень точности зрительных работ определяется угловыми размерами и яркостным контрастом K объекта различения с фоном.

Угловые размеры объекта различения, выраженные в угловых минутах, группируются по их линейным размерам, расстояние от объекта до глаза принимается равным 0,35...0,5 м. Это позволяет линейный размер 0,1 м принять эквивалентным угловому размеру в одну угловую минуту. Объекты различения классифицируются по размерам на шесть разрядов: от I наивысшей точности (< 0,15 мм) до VI - грубые работы (> 5 мм). Последние VII, VIII, IX разряды не учитывают размеры объекта различения, поскольку к ним относятся работы, требующие

117

общего наблюдения за ходом производственного процесса, а также работа с самосветящимися объектами.

Контраст объекта с фоном K принято считать малым, если К < 0,2, средним при 0,2 < К ≤ 0,5 и большим при К > 0,5. Рабочие поверхности, являющиеся фоном, на котором объект зрительно обнаруживается и опознается, классифицируют по значению коэффициента отражения ρ: если ρ < 0,2 - фон считается темным; если 0,2 < ρ ≤ 0,4 - средним; при ρ > 0,4 - светлым.

Если работа связана с повышенной опасностью травматизма, размещением деталей на движущихся поверхностях и напряженная зрительная работа проводится непрерывно в течение рабочего дня или различаемые объекты расположены от глаз далее чем на 0,5 м, то нормы освещенности повышаются на одну степень согласно специальной шкале освещенностей.

Также нормируются показатель ослепленности (табл. 3.9) и коэффициент пульсации (табл. 3.10).

Таблица 3.9. Допустимый показатель ослепленности в производственных и вспомогательных помещениях (СНиП 23-05-95)

Таблица 3.10. Допустимый коэффициент пульсации освещенности для производственных помещений (СНиП 23-05-95)

В нормах (табл. 3.8) приведены значения освещенности для газоразрядных ламп. Для ламп накаливания эти нормы снижаются по шкале освещенности.

Для систем естественного освещения нормируемым параметром является коэффициент естественного освещения КЕО, е_н, %. КЕО - отношение измеренной в данной точке рабочей поверхности освещенности (внутри помещения) к значению освещенности, измеренной на горизонтальной площадке в точке, расположенной вне производственного здания и освещенной рассеянным светом всего купола небосвода.

122

Рис. 3.9. Схемы распределения КЕО по характерному разрезу помещения:
а - одностороннее боковое освещение; б - двустороннее боковое освещение; в - верхнее освещение; г - комбинированное освещение; 1 - уровень рабочей поверхности

При боковом освещении нормируется минимальное значение е_min. При одностороннем - в точке, расположенной на расстоянии 1 м от стены, наиболее удаленной от световых проемов (рис. 3.9, а), при двустороннем - в точке посередине помещения (рис. 3.9, б). При верхнем и комбинированном освещении нормируется среднее значение КЕО (рис. 3.9, в и г).

Таблица 3.11. Коэффициент светового климата

Таблица 3.12. Группы административных районов по ресурсам светового климата

123

Продолжение табл. 3.12

e_ср =

1

n - 1

(

e1

2

+ e₂ + e₃ + +

en

2

) ,

где п - количество точек; е_i - соответствующее значение КЕО в точках, расположенных на линии пересечения плоскости характерного разреза и рабочей плоскости.

В СНиП 23-05-95 приведены (см. табл. 3.8) нормативные значения КЕО, е_H^III, для зданий, расположенных в III поясе светового климата РФ (Москва, Екатеринбург, Челябинск, Якутск и др.). Для зданий, расположенных в I, II, IV и V поясах светового пояса РФ, нормированные значения КЕО определяются по формуле:

e_N = e_H m_N ,

где т - коэффициент светового климата (табл. 3.11); N - номер группы обеспеченности естественным светом для административного района (табл. 3.12).

Кроме количественного показателя КЕО, нормируется также качественная характеристика - неравномерность естественного освещения, т.е. величина, характеризующая отношение наибольшего и наименьшего КЕО в пределах характерного разреза помещения. Неравномерность не должна превышать 2:1 для работ I и II разрядов и 3:1 для работ III и IV разрядов.

При определении достаточности естественного освещения в производственном помещении при правильной расстановке оборудования и распределении рабочих мест с различной степенью зрительного

124

напряжения используются методы аналитического определения КЕО (СНиП 23-05-95).

Ультрафиолетовое излучение (УФИ). Это оптическое излучение с длинами волн, меньшими 400 нм. Для биологических целей различают следующие спектральные области: УФИ-С - от 200 до 280 нм; УФИ-В - от 280 до 315 нм; УФИ-А - от 315 до 400 нм. Исходя из специфической биологической эффективности, область УФИ-С также называют бактерицидной областью спектра; УФИ-В - эритемной и УФИ-А - общеоздоровительной (последнее определение в меньшей степени, чем первые два отражают специфику биологического действия УФИ). В научно-технической литературе используются и другие синонимы названий указанных областей спектра, например, коротковолновое, длинноволновое УФИ и др.

Величины и единицы измерения УФИ. Эритемный поток (Ф_эр) - мощность эритемного излучения - эффективная величина, характеризующая УФИ по его полезному (в малых дозах) действию на человека и животных. Единица измерения - эр - эритемный поток, соответствующий потоку излучения с длиной волны 297 нм и мощностью 1 Вт. Эритемная освещенность (эритемная облученность) в точке поверхности (Е_эр) - отношение эритемного потока, падающего на элемент поверхности, содержащий данную точку, к площади этого элемента. Единица измерения эр на квадратный метр (эр/м²) - эритемная освещенность поверхности площадью 1 м² при эритемном потоке падающего на него излучения 1 эр. Эритемная доза (эритемная экспозиция Н_эр) - отношение эритемной энергии излучения, падающего на элемент поверхности, к площади этого элемента. Единица измерения - эр·ч/м² - эритемная доза, получаемая поверхностью с площади 1 м , на которое падает излучение с эритемной энергией 1 эр·ч. Для удобства пользования предлагаем табл. 3.13 пересчета физических и биологически взвешенных единиц измерения дозы УФИ в области В. Единицы измерения бактерицидного потока, приведенного к длине волны 254 нм, - бк, бк/м² и Бк·ч/м².

Таблица 3.13. Взаимосвязь физических и биологически взвешенных единиц измерения дозы УФИ в области

Основные типы ультрафиолетовых измерительных приборов приведены в табл. 3.14.

125

Таблица 3.14. Основные типы ультрафиолетовых измерительных приборов

Источники УФИ можно разделить на две большие группы: естественные и искусственные. Главным естественным источником УФИ является солнце. На интенсивность УФИ на поверхности Земли оказывает влияние длина пути лучей, географическая широта, высота над уровнем моря и время года. Имеет также значение рассеивание и поглощение УФИ пылью, туманом, различными химическими веществами, находящимися в атмосфере, и дождем. Практически наиболее короткая волна, достигающая поверхности Земли, находится на уровне 295 нм. Общий поток УФИ в области А + В составляет 3...4 % от общей энергии солнечных лучей.

Искусственные источники УФИ можно классифицировать следующим образом: газоразрядные источники - ртутные лампы низкого давления, ртутные лампы высокого давления, металлические галогеновые высокого давления, водородные и дейтериевые лампы, дуговая сварка; флюоресцентные лампы; источники накаливания - углеродная дуга, оксиацетиленовое пламя.

В промышленности одним из источников УФИ являются электрические дуги. Они могут применяться без арматуры (сварочные работы) или с арматурой в виде различных экранов с отверстиями (фотоцинкография, светокопировальные работы). Интенсивность и спектр УФИ от электрической дуги зависит от диаметра электрода, силы тока, состава электрода, а также от вида обмазки (при сварочных работах).

Биологическое действие УФИ связано как с одноразовым, так и с систематическим облучением поверхности кожи и глаз. Острые поражения глаз при УФИ-облучении обычно проявляются в виде кератитов роговицы и катаракты хрусталика. Фотокератит имеет латентный период, длительность которого зависит от дозы облучения (от 30 мин до 24 ч), чаще всего латентный период составляет 6...12 ч. Проявляется фотокератит в виде ощущений постороннего тела или песка в глазах, светобоязни, слезотечения. Нередко можно обнаружить эритему кожи лица и век. Обычно явления фотокератита заканчиваются через 48 ч

126

127

без каких-либо осложнений. Повторные воздействия УФИ на глазные среды могут приводить к развитию катаракты - заболеванию, сопровождающемуся частичной или полной потерей проводимости света зрачком.

Механизм развития рака кожи связывают со способностью УФИ повреждать ДНК и ее репарирующую систему. Канцерогенное действие УФИ может заключаться в одном из трех основных элементов повреждения: увеличения частоты хромосомных аберраций и степени мутации, увеличения степени трансформации нормальных клеток в раковые клетки.

Вероятность развития опухолей при УФИ-облучении зависит как от суммарной дозы УФИ, которая, как правило, должна быть в тысячи раз больше эритемной, так и спектра излучения, длительности экспозиции, интервалов между облучениями, индивидуальной чувствительности организма и др.

Согласно действующему гигиеническому нормированию УФИ установлено, что максимальная облученность не должна превышать 7,5 мэр·ч/м², а максимальная суточная доза - 60 мэр·ч/м² для диапазона УФИ с длиной волны больше 280 нм.

На рис. 3.10 приведена гигиеническая характеристика электромагнитных излучений оптического спектра.

128