7.6. Защита от ультразвука

Ультразвук представляет собой механические колебания упругой среды, имеющие одинаковую со звуком физическую природу, но отличающиеся более высокой частотой, превышающей принятую верхнюю границу слышимости – свыше 20 кГц, хотя при больших интенсивностях (120–145 дБ) слышимыми могут быть и звуки более высокой частоты.

Ультразвуковой диапазон частот подразделяется на низкочастотные колебания (от 1,12·10⁴ до 1,0·10⁵ Гц), распространяющиеся как воздушным, так и контактным путем, и высокочастотные колебания (от 1·10⁵ до 1·10⁹ Гц), распространяющиеся только контактным путем.

Ультразвук, как и звук, характеризуется звуковым давлением (Па), интенсивностью (Вт/м²) и частотой колебаний (Гц).

При распространении в различных средах ультразвуковые волны поглощаются, причем тем больше, чем выше их частота. Низкочастотный ультразвук довольно хорошо распространяется в воздухе, а высокочастотный – практически не распространяется. В упругих средах (воде, металле и др.) ультразвук мало поглощается и способен распространяться на большие расстояния практически не теряя энергии.

По мере распространения ультразвуковой волны в заданном направлении происходит рассеивание и поглощение ультразвука, то есть его затухание и переход ультразвуковой энергии в другие формы, например в тепловую, механическую и др.

Специфической особенностью ультразвука, обусловленной большой частотой и малой длиной волны, является возможность распространения ультразвуковых колебаний направленными пучками, получившими название ультразвуковых лучей. Они могут создавать на сравнительно небольшой площади значительное ультразвуковое давление. Это свойство ультразвука обусловило его широкое применение: для очистки деталей, механической обработки твердых материалов, сварки, пайки, лужения, ускорения химических реакций, дефектоскопии, проверки размеров выпускаемых изделий, структурного анализа веществ, для обработки и передачи сигналов радиолокационной и вычислительной техники и др. Ультразвук нашел применение и в медицине – для диагностики и терапии различных заболеваний, резки и соединения биологических тканей, стерилизации инструментов.

Активное воздействие ультразвука на вещество, приводящее к необратимым изменениям в нем, обусловлено в большинстве случаев нелинейными эффектами. В жидкостях основную роль при воздействии ультразвука на вещества и процессы играет кавитация, то есть образование в жидкости пульсирующих каверн, полостей, заполненных паром или газом, которые резко захлопываются при переходе в область повышенного давления, вызывая разрушение поверхностей твердых тел, граничащих с кавитирующей жидкостью.

Воздействие ультразвука на биологические объекты различно в зависимости от его интенсивности и длительности облучения.

При малых интенсивностях (до 2–3 Вт/см²) на частотах 10⁵–10⁶ Гц ультразвук производит микромассаж тканевых элементов, способствуя лучшему обмену веществ.

При повышении интенсивноти наблюдается ряд эффектов, которые и определяют биологическое действие ультразвука на органы и ткани организма. К таким эффектам относятся:

- механический, вызываемый знакопеременным смещением (сгущение и разрежение) среды и кавитацией;

- термический (тепловой), возникающий вследствие выделения тепла при поглощении тканями ультразвуковой энергии;

- физико-химический (фотоэлектрохимический), обусловленный окисляющим и каталитическим действием ультразвукового поля с ускорением процессов диффузии через биологические мембраны и изменением скорости биологических реакций.

Давая общую характеристику воздействия ультразвука на ор-

ганизм, можно заключить, что малые интенсивности ультразвука обладают стимулирующим действием, средние и высокие – угнетают, тормозят и могут полностью нарушить функцию и морфологию структур организма.

На практике источниками ультразвука являются технологическое оборудование приборы и аппараты, генерирующие ультразвуковые колебания от 18 кГц до 100 МГц и выше, а также оборудование, в котором при работе ультразвуковые колебания возникают как сопутствующий фактор.

Промышленные ультразвуковые установки обычно состоят из генератора электрических импульсов и преобразователя, трансформирующего их в ультразвуковые колебания. В основном они работают в частотном диапазоне от 18 до 30 кГц при интенсивности до 60–70 кВт/м².

В процессе обслуживания этих установок работающие могут подвергаться воздействую ультразвука, во-первых, при его распространении в воздухе (чаще всего вместе с шумом) и, во-вторых, при непосредственном соприкосновении с жидкими и твердыми телами, по которым распространяется ультразвук (контактное воздействие). Контактное воздействие возникает при удержании инструмента во время пайки, сварки, лужении, при загрузке изделий в ванны и т.п.

При длительной работе с низкочастотными ультразвуковыми установками, генерирующими высокочастотный шум и ультразвук, превышающие установленные нормы, могут произойти функциональные изменения центральной и периферической нервной системы, сердечно-сосудистой и эндокринной систем, слухового и вестибулярного анализаторов.

Работающие жалуются на головные боли, усиливающиеся к концу работы, с преимущественной локализацией в орбитальной и височной областях, головокружение, повышенную утомляемость, раздражительность, сонливость. У работающих наблюдается повышение порогов возбудимости болевого, слухового, вестибулярного и других анализаторов, понижение артериального давления, гипертония, явления умеренного вегетативного полиневрита рук (реже ног). У работающих, которые кроме воздействия через воздух подвергаются и контактному воздействию, симптоматика нарушения здоровья выражена больше, особенно за счет явлений вегетативного полиневрита.

Длительная работа с интенсивным ультразвуком при его контактной передаче на руки может вызвать поражение периферического и сосудистого аппарата (вегетативные полиневриты, парезы пальцев). При этом степень выраженности изменений зависит от времени контакта с ультразвуком и может усиливаться под влиянием неблагоприятных сопутствующих факторов производственной среды.

Гигиенические нормативы ультразвука определены ГОСТ 12.1.001-89 «ССБТ, Ультразвук. Общие требования безопасности» и СанПиН 2.2.4/2.1.8.582-96 «Гигиенические требования при работах с источниками воздушного и контактного ультразвука промышленного, медицинского и бытового назначения».

Гигиенической характеристикой воздушного ультразвука на рабочих местах являются уровни звукового давления (дБ) в третьоктавных полосах (f_в / f_н = =1,26) со среднегеометрическими частотами12,5–100 кГц.

Допустимые уровни высокочастотных звуков и ультразвуков при эксплуатации ультразвуковых установок приведены в табл. 7.3.

Таблица 7.3