4. Види теплового випромінювання, нормування і контроль

На підприємствах промисловості України достатня кількість приміщень виробничих цехів та дільниць, де встановлене технологічне обладнання, яке живиться тепловою або електричною енергією. При цьому випромінюється тепло в повітря приміщення, що створює несприятливі умови для людей.

Теплове опромінення працюючих, що надходить від нагрітого обладнання, освітлювальних приладів, завдяки інсоляції на постійних і непостійних робочих місцях не повинно перевищувати:

-35 Вт/м² при опроміненні 50% і більше поверхні тіла;

- 70 Вт/м² при опроміненні від 25 до 50% поверхні тіла;

- 100 Вт/м² – при опроміненні до 25% поверхні тіла людини.

Інтенсивність опромінювання робітників від відкритих джерел тепла (відкрите полум’я), не повинно перевищувати 140 Вт/м² при опроміненні не більше 25% поверхні тіла. При цьому обов’язкове застосування засобів індивідуального захисту, в тому числі обличчя та очей.

Інтенсивність теплових випромінювань визначають актинометром.

Одна з його конструкцій представляє декілька зігнуту пластинку з константана, покриту платиновою черню і закріплену на основі з інвару, який володіє незначним коефіцієнтом розширення. Під впливом теплового випромінювання пластинка прогинається і зв’язана з нею стрілка відхиляється. Шкала відградуйована у кДЖ/м∙с².

Електромагнітні поля (ЕМП) невидимі, їх дія не виявляється органами чуття, що може привести до небажаного опромінення робітника. Первинним проявом дії електромагнітного випромінювання на організм людини є нагрівання тканин та органів, що є функцією інтенсивності частоти поля, а також тривалістю опромінювання. Біологічна активність ЕМП зростає із збільшенням коливань і є найбільшою в області надвисокої частоти.

Функціональні зміни проявляються в передчасній втомлюваності, порушенні сну, нервових та серцево-судинних захворюваннях.

Інтенсивність дії ЕМП з частотами від 60 кГц до 300 МГц оцінюється напруженістю їх електричних та магнітних складових, відповідно у вольтах на метр (В/м) та ампер на метр (А/м), а в діапазоні 300 МГц-300 ГГЦ – щільністю потоку енергії у ватах на квадратний метр (Вт/м²).

Електромагнітні чинники володіють запасом електромагнітної енергії, величина якої залежить від довжини електромагнітних хвиль:

Е=hv=hc/λ (4.1),

де h – постійна Планка; v і λ – частота і довжина хвилі електро-магнітного випромінювання відповідно; с – швидкість світла.

Енергетичний спектр електромагнітного випромінювання наведено на рис. 14.

Електромагнітні випромінювання поділяються на три діапазони:

- радіочастотний діапазон (радіохвилі);

- оптичний діапазон (інфрачервоне, ультрафіолетове, лазерне випромінювання, видиме світло).

Електромагнітні випромінювання радіочастотного діапазону охоплюють широкий спектр частот. Навколо джерела електромагнітного випромінювання радіочастотного діапазону виділяють три області: ближню, проміжну і дальню.

Рисунок 14 – Енергетичний спектр електромагнітних випромінювань:РХ – радохвилі; ІЧ – інфрачервоне випромінювання; ВС – видиме світло; УФ – ультрафіолетове випромінювання; РВ – рентгенівське випромінювання; ГВ – гамма-випрмінювання

Такий поділ на області зумовлений тим, що з відстанню від джерела змінюються закономірності затухання електромагнітного поля. В ближній області амплітуда електричної складової зменшується обернено кубу відстані від джерела, а магнітної складової – обернено пропорційно квадрату відстані від джерела. В дальній області амплітуда обох складових зменшується обернено пропорційно відстані від джерела.

На характер розподілу електромагнітного поля впливає також обладнання, що знаходиться в приміщенні, металоконструкції будівель. Присутність людей також зумовлює деформацію електромагнітного поля. Тому оцінити інтенсивність електромагнітного випромінювання радіочастотного діапазону за допомогою теоретичних розрахунків дуже важко. Її необхідно вимірювати в кожному конкретному випадку.

У характері біологічної дії ЕМП радіочастотного діапазону розрізняють теплові і нетеплові ефекти. Теплові ефекти можуть виражатися в інтегральному підвищенні температури тіла або в локальному нагріванні окремих тканин органів, які є дуже чутливими до нагрівання через недостатність у них кров’яних судин. При високих інтенсивностях опромінення виникають деструктивні зміни в тканинах і органах.

Напруженість ЕМП у діапазоні частот 60 кГц-300 МГц на робочих місцях персоналу протягом робочого дня за ГОСТ 12.1.006-84 не повинна перевищувати гранично-допустимих рівнів за:

електричною складовою, В/м:

• для частот 60 кГц – 3 МГц – 50;

• для частот більше 3 МГц до 30 МГц – 20;

• для частот більше 30 МГц до 50 МГц – 10;

• для частот більше 50 МГц до 300 МГц – 5;

за магнітною складовою, А/м:

• для частот від 60 кГц до 1,5 МГц – 5;

• для частот від 30 кГц до 50 МГц – 0,3.

Допускаються рівні вищі за наведені, але не більше як у 2 рази, у випадках, коли час дії ЕМП на персонал не перевищує 50% тривалості робочого часу. Гранично-допустиму щільність потоку енергії ЕМП встановлюють, виходячи з допустимого значення енергетичного навантаження на організм людини і часу її пербування у зоні опромінювання, однак у всіх випадках це навантаження не повинно перевищувати 10 Вт/м², а при наявності рентгенівського випромінювання або високої температури в робочих приміщеннях (понад 28⁰С) – 1 Вт/м².

Вплив ЕМП полів на організм людини залежить від частоти, інтенсивності, тривалості і характеру опромінення.

1. До ЕМП радіочастотного діапазону умовно відносять статичні електричні поля, для яких гранично допустимий рівень становить 15 кВ/м.

Гранично допустима тривалість перебування людини в електростатичному полі промислової (50 Гц) частоти наведена у табл. 4.1.

Таблиця 4.1 -Гранично допустима тривалість перебування людини в електростатичному полі промислової (50 Гц) частоти

Напруженість поля, кВ/м	Гранична тривалість перебування людини в електричному полі протягом доби, хв. (не більше)
5	Без обмежень
10	180
15	90
20	10
25	5

2. Електромагнітне випромінювання оптичного діапазону охоплює інфрачервоне, ультрафіолетове, лазерне випромінювання і видиме світло.

Будь-який об’єкт, температура якого вища від абсолютного нуля, є джерелом інфрачервоного (ІЧВ) випромінювання. Відносно людини джерелом випромінювання є усяке тіло з температурою понад 36-37⁰С, і чим більша різниця, тим більша інтенсивність опромінювання. Ефект дії інфрачервоних випромінювань залежить від довжини хвилі, яка зумовлює глибину їх проникнення

Із підвищенням температури змінюється спектральний склад випромінювання: чим вища температура, тим коротша довжина хвилі максимального випромінювання λ:

(4.2)

Із зменшенням довжини хвилі інфрачервоного випромінювання зростає його здатність проникати у біологічну тканину і шкідливий вплив на організм людини. Вплив ІЧВ на організм проявляється в основному тепловою дією.

Тепловий ефект дії випромінювання залежить від багатьох факторів: спектру, тривалості й поривчатості, інтенсивності потоку, кута падіння променів, величини поверхні , яка випромінює, розмірів ділянки організму, одягу, тощо.

При тривалому, як і при систематичному опроміненні інфрачервоним випромінюванням, відбувається порушення теплового балансу в організмі, напружується серцево-судинна система, дихання, втрачаються через потовиділення необхідні солі.

Інфрачервоне випромінювання з густиною потоку 280-560 Вт/м² мало впливає на організм і переноситься людиною тривалий час. Межа терпимості настає при густині потоку 560-1050 Вт/м².

За санітарними нормами гранично допустима густина потоку інфрачервоного випромінювання становить 350 Вт/м².

Допустима тривалість перебування людини в зоні дії інфрачервоного випромінювання наведено в таблиці 3.2.

Таблиця 4.2 - Допустима тривалість перебування людини в зоні дії інфрачервоного випромінювання

Густина потоку, Вт/м2	280-560	560-1050	1050-1500	1600-2100	2100-2800	2800-3500	>3500
Час перебування, с	Не обмежено	180-300	40-60	20-30	12-24	8-10	2-5

Інтенсивність ІЧВ необхідно вимірювати на робочих місцях або в робочій зоні поблизу джерела випромінювання. На постійних робочих місцях при стабільних джерелах доцільно замірювати інтенсивність випромінювання на різних відстанях від джерела випромінювання з однаковими дозами і визначати тривалість опромінювання.

Оскільки ІЧВ нагріває навколишні поверхні, створюючи вторинні джерела, які виділяють тепло, то необхідно вимірювати інтенсивність випромінювання не тільки на постійних робочих місцях або робочій зоні, але й в нейтральних точках та інших місцях приміщення.

Сумарна допустима доза випромінювання не повинна перевищувати 350 Вт/м².

Інтенсивність сумарного теплового випромінювання вимірюється актинометром, а спектральна інтенсивність випромінювання – інфрачервоними спектрометрами ІКС-10, ІКС-12, ІКС-14.

Для вимірювання малих величин (1400 – 2100 Вт/м²) інтенсивності випромінювання (від слабо нагрітих тіл або від джерел, розміщених далеко від робочої зони) застосовують срібно-вісмутовий стовпчик Молля.

Ультрафіолетове випромінювання охоплює електромагнітні випромінювання з довжиною хвиль від 400 до 200 нм, які поділяються на три області:

-область А з довжиною хвиль від 400 до 320 нм;

-область В – 320 - 280 нм;

- область С – 280 – 100 нм.

Природним джерелом УФВ є сонце, штучними – газорозрядні джерела світла, електричні дуги, лазери, тощо.

Енергетичною характеристикою УФВ є щільність потоку потужності (Вт/м²).

Для біологічних цілей потужність УФВ оцінюється еритемним потоком (Ер), який відповідає потоку випромінювання з довжиною хвилі 297 нм і потужністю 1 Вт. Еритемна освітленість (еритемне випромінювання) вимірюється в Ер/м², а еритемна доза (еритемна експозиція) – Ер год/м².

Інтенсивність ультрафіолетового випромінювання залежить від температури джерела випромінювання, відстані до джерела випромінювання, а також наявності в повітрі пилу, оксидів азоту, озону, які поглинають його і змінюють його спектральні характеристики. Тому інтенсивність ультрафіолетового випромінювання важко розрахувати і його визначають експериментально.

Максимум канцерогенної активності ультрафіолетового випромінювання припадає на 295-300 нм, але цей факт спостерігається і в широкому діапазоні, а саме: 285-320 нм.

Дуже чутливі до дії ультрафіолетового випромінювання очі – можливе виникнення катаракти, кон’юктивів, фотоофтальмії.

Лазерне випромінювання належить до відносно нових шкідливих фізичних чинників. Найчастіше оптичні квантові генератори (лазери) генерують випромінювання з довжиною хвиль 0,49-0,51 0,53; 0,63; 0,694; 1,06; 10,6 мкм. Основною особливістю лазерного випромінювання є його гостра направленість (кут розходження становить менше 1), що дозволяє одержати на відносно малій площині енергію великої щільності.

Щільність енергії лазера досягає 10¹¹ – 10¹⁴ Вт/см², тоді як випарювання найтвердішіх металів відбувається при щільності потоку потужності 10⁹ Вт/см².

Такий потужний потік енергії, потрапляючи на біологічні тканини, може спричинити серйозні ураження. Опромінювання лазерними променями може порушити діяльність центральної нервової і серцево-судинної системи, пошкодити очі, шкіру.

За характером генерації випромінювання лазери поділяються на імпульсні (тривалість випромінювання 0,25 с) і безперервної дії (тривалість випромінювання більше 0,25 с).

Параметром, який нормується, є енергетична експозиція (Дж/см²).

Гігієнічне нормування лазерного випромінювання ґрунтується на критеріях біологічної дії, гранично припустимі рівні визначаються на основі мінімальних порогових пошкоджень тканин унаслідок опромінення.

Безпечна густина потоку енергії неперервних випромінювань для рогівки ока за тривалості дії 0,15 с рівна:

• для довжини хвилі 10,6 мкм – 210¹⁴ Вт/м²;

• довжини хвиль 0,49 мкм і 0,63 мкм – 0,1 Вт/м².