Тема 6. Негативні електричні та електромагнітні фактори Питання, які розглядаються

1. Класифікація електромагнітних випромінювань.

2. Інфрачервоне (ІФ) випромінювання та його характеристика.

3. Йонізуюче випромінювання та його характеристика.

4. Ультрафіолетове (УФ) випромінювання та його характеристика.

5. Рентгенівське випромінювання та його вплив на організм людини.

6. Характеристика видимого, сонячного та лазерного випромінювання.

7. Дія електричного струму на організм людини.

1. Класифікація електромагнітних випромінювань.

Земля постійно перебуває під впливом ЕМП, які випромінюються Сонцем. Це електромагнітне випромінювання включає в себе інфрачервоне (ІФ), йонізуюче (ультрафіолетове (УФ), рентгенівське та у-випромінювання), видиме, сонячне.

Інтенсивність випромінювання змінюється періодично, а також швидко та різко збільшується при хромосферних спалахах. ЕМП в біосфері відіграють універсальну роль носіїв інформації. Зв'язок на основі ЕМП є найбільш інформативним і економічним.

ЕМП мають певну потужність, енергію і поширюються у вигляді електромагнітних хвиль. Основними параметрами електромагнітних коливань є: довжина хвилі, частота коливань і швидкість розповсюдження.

За частотою антропогенні електромагнітні випромінювання класифікуються так:

- низькочастотні випромінювання: 0,003 Гц - 30 кГц;

- радіохвилі високочастотного (ВЧ) діапазону: 30 кГц - 300 МГц;

- радіохвилі ультрависокочастотного діапазону (УВЧ): 30 - 300 МГц;

- надвисокочастотні (НВЧ): 300 МГц - 300 ГГц.

Частота коливань визначається в герцах (Гц). Похідні одиниці: кілогерц (1 кГц = 10³Гц); мегагерц (1 МГц = 10⁶Гц); гігагерц (1 ГГц = 10⁹Гц).

ЕМП негативно впливають на людей, які безпосередньо працюють з джерелами випромінювань, а також на населення, яке проживає поблизу джерел випромінювання. Установлено, що більшість населення живе в умовах підвищеної активності ЕМП.

Внаслідок дії ЕМП можливі як гострі, так і хронічні ураження, порушення в системах і органах, функціональні зміни в діяльності нервово-психічної, серцево-судинної, ендокринної, кровотворної та інших систем. Для запобігання професійним захворюванням, що викликані впливом ЕМП, встановлені допустимі норми опромінення.

2. Інфрачервоне (ІФ) випромінювання та його характеристика.

Інфрачервоне (ІФ) випромінювання — частина електромагнітного спектра з довжиною хвилі 700 нм (10^-6 м) - 1000 мкм (10^-3 м), енергія якого при поглинанні викликає у речовині тепловий ефект.

Джерела інфрачервоного випромінювання поділяються на природні і штучні.

До природних джерел інфрачервоного випромінювання належить природна інфрачервона радіація Сонця.

Штучними джерелами інфрачервоного випромінювання є будь-які поверхні, температура яких вища за температуру поверхні, яка підлягає опроміненню (для людини всі поверхні з температурою вищою від температури тіла людини: 36-37 °С).

Ефект дії інфрачервоного випромінювання залежить від довжини хвилі, яка зумовлює глибину проникнення. Дія інфрачервоних випромінювань зводиться до нагрівання шкіри, очей, до порушення діяльності центральної нервової системи, серцево-судинної системи, органів травлення. При інтенсивній дії на непокриту голову може виникнути так званий сонячний удар - головний біль, запаморочення, прискорення дихання, втрата свідомості, порушення координації рухів, тяжкі ураження мозкових тканин аж до вираженого мінінгіту та енцефаліту.

Засоби захисту від дії ІЧ-випромінювання такі: теплоізоляція гарячих поверхонь, охолодження тепловипромінюючих поверхонь, екранування джерел випромінювання, застосування засобів індивідуального захисту, організація раціонального режиму праці і відпочинку.

3. Йонізуюче випромінювання та його характеристика.

Йонізуюче випромінювання - радіація іонізуюча – електромагнітне випромінювання (ультрафіолетове, рентгенівське й гамма-випромінювання) та корпускулярне (альфа-, бета-випромінювання, нейтронне та ін.) випромінювання, що спричиняє йонізацію середовища. Йонізуюче випромінювання великої інтенсивності небезпечне для життя людини та інших організмів. Викликає мутації, променеву хворобу тощо. Від йонізуючого випромінювання космічних променів біосферу захищає озоновий шар.

Основну частину опромінення населення земної кулі одержує від природних джерел випромінювань. Протягом всієї історії існування Землі різні види випромінювання потрапляють на поверхню Землі з Космосу і надходять від радіоактивних речовин, що знаходяться у земній корі.

Штучними джерелами іонізуючих випромінювань є ядерні вибухи, ядерні установки для виробництва енергії, ядерні реактори, прискорювачі заряджених частинок, рентгенівські апарати, прилади апаратури засобів зв'язку високої напруги тощо.

Гранично допустимою дозою ГДД загального опромінення людини вважається доза, яка у світлі сучасних знань не повинна викликати значних ушкоджень організму протягом життя. ГДД для людей, які постійно працюють з радіоактивними речовинами, становить 2 бер на рік. При цій дозі не спостерігається соматичних уражень, проте достовірно поки невідомо, яким чином реалізуються канцерогенний і генетичний ефекти дії. Цю дозу слід розглядати як верхню межу, до якої не варто наближатися.

4. Ультрафіолетове (УФ) випромінювання та його характеристика.

Ультрафіолетове (УФ) випромінювання — спектр електромагнітних коливань з довжиною хвилі 200-400 нм. Особливістю ультрафіолетового випромінювання є висока сорбційність - їх поглинає більшість тіл.

Ультрафіолетове випромінювання, яке становить близько 5 % щільності потоку сонячного випромінювання, є життєво необхідним фактором, який сприятливо впливає на організм, знижує чутливість організму до деяких негативних впливів; оптимальні дози ультрафіолетового випромінювання активізують дію серця, обмін речовин, підвищують активність ферментів, поліпшують кровотворення, чинять антирахітичну і бактерицидну дію.

Ультрафіолетове випромінювання довжиною хвилі 10—20 нм (дальній діапазон) має дуже велику енергію і є згубним для людини, але у природних умовах ці хвилі поглинаються озоновим шаром атмосфери і на поверхні Землі вони відсутні.

УФ-випромінювання штучних джерел (електрозварка, апаратура електрозв'язку, станції радіомовлення) може стати причиною гострих і хронічних професійних захворювань. Найбільш уразливі очі, шкіра. Дія УФ-випромінювань на шкіру викликає дерматити, екзему, "старіння" шкіри, злоякісні пухлини. Внаслідок УФ-випромінювання виникають загальнотоксичні симптоми - головний біль, запаморочення, підвищення температури тіла, підвищена втома, нервове збудження.

Зниження інтенсивності опромінення УФ-випромінюванням і захист від його впливу досягаються відстанню, екрануванням джерел випромінювання, екрануванням робочих місць, засобами індивідуального захисту, спеціальним фарбуванням приміщень і раціональним розташуванням робочих місць.

5. Рентгенівське випромінювання та його вплив на організм людини

Рентгенівське випромінювання – електромагнітні хвилі, енергія фотонів яких лежить на енергетичній шкалі між ультрафіолетовим випромінюванням і гамма-випромінюванням. Це невидиме випромінювання, яке здатне в різному ступені проникати в усі речовини завдяки тому, що довжина хвилі рентгенівських променів порівнянна з розмірами атомів. Поглинання рентгенівських променів є найважливішою їх властивістю в рентгенівській фотографії. Рентгенівське випромінювання використовується в дефектоскопії, в структурному і фазовому аналізі речовин, у медицині.

Проникна здатність рентгенівського випромінювання залежить від довжини хвилі та енергії його квантів. Довжина рентгенівського випромінювання коливається від 2 до 0,006 нм. Чим менша довжина хвилі, тим жорсткіше випроміню­вання, тим більша його проникна здатність і навпаки. Ступінь поглинання і ослаблення рентгенівського випромінювання різними сере­довищами чи речовинами тим значніший, чим більший порядковий номер елементів, які входять до складу речовини, її товщина та щільність розташування в ній атомів. Організм людини складається з неоднорідних тканин (кістки, м'язи, повітроносні органи та інші) з різним ступенем поглинання рентгенівського випромінювання. Цим зумовлене його застосування для одержання диференційованого зображення внутрішньої структури органів і тканин, яке ґрунтується на інтерпретації різних за інтенсивністю тіней. Рентгенівські промені мають велику енергію - десятки й сотні кілоелектронвольт. Попри те, що вони слабо взаємодіють із речовиною, така взаємодія все ж існує, й при поглинанні вивільняється велика кількість енергії, що може призвести до безповоротних пошкоджень у клітині живого організму. Тому рентгенівські промені небезпечні й робота з ними вимагає особливої уваги.

Гамма-випромінювання – це короткохвильове електромагнітне випромінювання. На шкалі електромагнітних хвиль воно поряд з жорстким рентгенівським випромінюванням, займає область вищих частот. Гамма-випромінювання володіє надзвичайно малою довгою хвилею (λ = 10-8 см) і внаслідок цього яскраво вираженими корпускулярними властивостями, тобто поводиться подібно до потоку частинок – гамма квантів, або фотонів.

Гамма- випромінювання виникає при розпадах радіоактивних ядер, елементарних частинок, а також при проходженні швидких заряджених частинок через речовину.Гамма-випромінювання володіє великою проникаючою здатністю, тобто може проникати крізь великі товщі речовини без помітного ослаблення.

Дія на організм гамма-випромінювання подібно до дії інших видів іонізуючих випромінювань. Гамма-випромінювання може викликати променеве ураження організму, аж до його загибелі. Характер впливу гамма-випромінювання залежить від енергії γ-квантів і просторових особливостей опромінювання, наприклад, зовнішнє або внутрішнє. Відносна біологічна ефективність гамма-випромінювання складає 0,7-0,9. У виробничих умовах (хронічна дія в малих дозах) відносна біологічна ефективність гамма-випромінювання прийнята рівною 1. Гамма-випромінювання використовується в медицині для лікування пухлин, для стерилізації приміщень, апаратури і лікарських препаратів. Гамма-випромінювання застосовують також для отримання мутацій з подальшим відбором господарський-корисних форм. Так виводять високопродуктивні сорти мікроорганізмів (наприклад, для отримання антибіотиків ) і рослин.

6. Характеристика видимого, сонячного та лазерного випромінювання.

Видиме випромінювання (світло) – електромагнітне випромінювання в діапазоні довжин хвиль 780...380 нм, яке здатне безпосередньо викликати зорове відчуття. Становить близько половини всієї променистої енергії сонячної, що надходить на Землю. З видимим випромінюванням пов'язані найважливіші біологічні процеси живих систем; у рослин забезпечує процес фотосинтезу.

Сонячне випромінювання (радіація сонячна) – електромагнітне випромінювання Сонця широкого частотного діапазону, що досягає Землі. Біля верхньої межі атмосфери сонячне випромінювання має довжину хвиль 300-150 нм. Промені з довжиною хвилі менш як 290 нм поглинаються на висоті 30...40 км озоновим шаром. Землі досягають в основному випромінювання інфрачервоне (близько 50 % сумарної радіації) та випромінювання видиме (45 %). На випромінювання ультрафіолетове з довжиною хвилі більш як 290 нм припадає лише 5% променистої енергії. Сонячне випромінювання – основне джерело енергії для всіх процесів, що відбуваються на земній кулі. Частина сонячного випромінювання доходить до земної поверхні у вигляді розсіяної радіації. Впродовж року максимум сонячного випромінювання припадає на весну-літо, мінімум – на зиму. 

Одним з найбільш фундаментальних наукових досягнень XX ст. є лазер. Висока потужність лазерного випромінювання в поєднанні з високою направленістю дозволяє одержати за допомогою фокусування світлові потоки величезної потужності. Водночас лазерне випромінювання може негативно впливати на живий організм. Найбільш чутливими до лазерного випромінювання є очі, шкіра. Їх пошкодження мають характер опіків. Опромінення шкіри лазерною енергією може також призвести до утворення пухлин. Під впливом лазерного випромінювання в організмі людини відчуваються функціональні зміни центральної нервової і серцево-судинної систем, ендокринних залоз, зростає фізична втомлюваність, коливається тиск, з'являється головний біль, роздратованість, збудженість, порушується сон.

Для захисту від лазерного випромінювання застосовують: телевізійні системи спостереження за ходом процесу, захисні екрани (кожухи), огородження лазерної зони, засоби індивідуального захисту: спеціальні протилазерні окуляри, щітки, маски, халати, рукавиці.

7. Дія електричного струму на організм людини.

Електричний струм — це упорядкований (спрямований) рух електрично заряджених часток.

Електричний струм, проходячи через тіло людини, зумовлює перетворення поглинутої організмом електричної енергії в інші види і спричиняє термічну, електролітичну, механічну і біологічну дію.

Термічний вплив електричного струму характеризується нагріванням тканин аж до опіків. Опіки можливі при проходженні через тіло людини струму більше 1 А. Тільки при великому струмі тканини, які уражаються, нагріваються до температури 60—70°С і вище, при якій згортається білок і з'являються опіки. Майже у всіх випадках включення людини в електричний ланцюг на її тілі та в місцях дотикання спостерігаються "електричні знаки" сіро-жовтого кольору круглої або овальної форми.

При опіках від впливу електричної дуги можлива металізація шкіри частками металу дугової плазми. Уражена ділянка шкіри стає твердою, набуває кольору солей металу, які потрапили в шкіру.

Електролітична дія струму виявляється у розкладанні органічної рідини, в тому числі крові, яка є електролітом, та в порушенні її фізико-хімічного складу.

Біологічна дія струму виявляється через подразнення і збудження живих тканин організму, а також порушення внутрішніх біологічних процесів.

Механічна дія струму призводить до розриву тканин організму внаслідок електродинамічного ефекту, а також миттєвого вибухоподібного утворення пари з тканинної рідини і крові.

Внаслідок дії електричного струму або електричної дуги виникає електротравма. Електротравми умовно поділяють на загальні і місцеві.

До місцевих електротравм належать опіки, електричні знаки, електро- металізація шкіри, механічні пошкодження, а також електроофтальмія (запалення очей внаслідок впливу ультрафіолетових променів електричної дуги).

Загальні електротравми називають також електричними ударами. Вони є най­більш небезпечним видом електротравм. При електричних ударах виникає збудження живих тканин, судомне скорочення м'язів, параліч м'язів опорно-рухового апарату, м'язів грудної клітки (дихальних), м'язів шлуночків серця. У першому випадку судомне скорочення м'язів не дозволяє людині самостійно уникнути дотикання з електроустановкою. При паралічі дихання припиняється газообмін і постачання організму киснем, внаслідок чого наступає задуха. При паралічі серця його функції або припиняються повністю, або деякий час продовжуються в режимі тріпотіння (фібриляції). Фібриляція - це безладдя в скороченні серцевих м'язів. При цьому порушується кровообмін, що також спричиняє смерть.

Змінний струм небезпечніший за постійний. При струмі 20—25 мА пальці судомно стискають узятий в руку предмет, який опинився під напругою, а м'язи передпліччя паралізуються і людина не може звільнитися від дії струму. У багатьох паралізуються голосові зв'язки: вони не можуть покликати на допомогу.

Електричний опір людини в основному визначається опором рогового шару шкіри, який можна розглядати як тонкий і недосконалий діелектрик, а м'язи і кров — як провідник. Опір шкіри залежить від площі поверхні і щільності контакту, а також від сили струму і тривалості його дії. Чим вони більші, тим менший опір шкіри (зі збільшенням тривалості протікання струму збільшується нагрівання шкіри, потовиділення, в ній відбуваються електролітичні зміни). Опір шкіри також залежить від прикладеної напруги, оскільки вже при напрузі 10-38 В пробивається верхній роговий шар шкіри, вона втрачає властивості діелектрика і стає провідником - через тіло людини проходить струм. При напрузі 127-220 В і вище шкіра вже майже не впливає на опір тіла. Суха шкіра має опір приблизно 100 кОм. Опір внутрішніх органів, тканин і судин значно менший (приблизно 800 Ом). При розрахунках опір тіла людини приймають за 1 кОм.

Має значення шлях струму через тіло і особливо місця входу і виходу струму. Із можливих шляхів проходження струму через тіло людини найбільш небезпечним є той, при якому вражається головний мозок (голова - руки, голова - ноги), серце і легені (руки - ноги). Але відомі випадки смертельних уражень електричним струмом, коли струм зовсім не проходив через серце, легені, а йшов, наприклад, через палець або через дві точки на гомілці. Це пояснюється існуванням на тілі людини особливо уразливих точок, які використовують при лікуванні голкотерапією.

Вплив електричного струму на організм людини залежить і від фізичного і психічного стану людини. Нездоров'я, втома, голод, сп'яніння та емоційне збудження призводять до зниження опору. Несприятливий мікроклімат (підвищена температура, вологість, струмопровідний пил) збільшують небезпеки ураження струмом, оскільки волога (піт), пил знижують опір шкіри.

При ураженні електричним струмом насамперед необхідно надати потерпілому першу долікарську допомогу.

Література: 3Б, 6Б, 2Д, 7Д.