Pola elektromagnetyczne.

1. Nielaserowe promieniowanie optyczne.

Część widma elektromagnetycznego o długościach fali, z przedziału od 10^-8 m do 10^-3 m (10 nm^-1 mm) nazywamy pro­mieniowaniem optycznym. Promieniowanie optyczne dzieli się na promieniowanie widzialne (światło) oraz niewidzialne dla oczu promieniowanie nadfioletowe i promieniowanie podczer­wone.

Fizyczną, chemiczną lub biologiczną przemianę wywołaną oddziaływaniem promieniowania optycznego na materię określa się jako skutek promieniowania optycznego. Rodzaj skutku promieniowania optycznego zależy od składu widmowego promieniowania. Gdy promieniowanie optyczne wywołuje w materii przemiany chemiczne, używa się określenia skutek aktyniczny, natomiast w przypadku oddziaływania na tkankę organizmów żywych mówi się o skutku biologicznym promie­niowania optycznego. Miarą skutku biologicznego promienio­wania optycznego może być np. ilość substancji (wyrażona w mg, g, molach itp.) powstałej w wyniku reakcji fotochemicznej spowodowanej określoną dawką promieniowania. Danemu rodzajowi skutku biologicznego odpowiada charakterystyczny, właściwy mu względny rozkład widmowy skuteczności biolo­gicznej promieniowania optycznego (krzywa skuteczności biologicznej promieniowania optycznego).

W Polsce, w chwili obecnej wartości NDN są określone dla nielaserowego promieniowania nadfioletowego oraz podczer­wonego, natomiast nie opracowano jeszcze wartości do­puszczalnych nielaserowego promieniowania widzialnego.

Promieniowanie nadfioletowe

Charakterystyka czynnika

Promieniowaniem nadfioletowym (UV) nazywamy promie­niowanie optyczne o długości fali, od około 10 nm do około 400 nm. Wyróżnia się następujące zakresy nadfioletu:

• UV-A (nadfiolet bliski) o długościach fali 315-400 nm

• UV-B (nadfiolet średni) o długościach fali 280-315 nm

• UV-C (nadfiolet daleki) o długościach fali 100-280 nm.

Promieniowanie nadfioletowe o długościach fali poniżej 200 nm jest często nazywane nadfioletem próżniowym. Jest ono silnie pochłaniane przez prawie wszystkie substancje.

Działanie nadfioletu na organizm człowieka

Promieniowanie nadfioletowe może wywoływać w tkance biologicznej reakcje fotochemiczne. Na organizm człowieka promieniowanie to oddziałuje przez skórę i oczy. Zarówno nadmiar, jak i niedobór promieniowania nadfioletowego mogą być dla człowieka szkodliwe. Pod wpływem nadfioletu zawarty w skórze człowieka 7-dehydrocholesterol ulega przekształceniu w witaminę D3, która odgrywa ważną rolę w gospodarce wapniowo-fosforowej ustroju. Korzystnie wpływa na wzrost odporności organizmu człowieka, niszczenie drobnoustrojów czy przyśpie­szanie gojenia ran i owrzodzeń.

Do szkodliwych skutków nadmiernej ekspozycji na promie­niowanie UV w przypadku skóry należy zaliczyć przede wszyst­kim: rumień skóry, złuszczanie się naskórka, wzrost ilości barwników (na skórze pojawiają się piegi, znamiona, plamy) oraz zmiany przednowotworowe i nowotworowe skóry. W przypadku oka nadmierne napromienienie nadfioletem może spowodować: zapalenie spojówki, zapalenie rogówki, zaćmę lub uszkodzenie siatkówki. Oprócz tego w wyniku pochłaniania nadfioletu przez soczewkę może występować zjawisko fluore­scencji przeszkadzające w procesie widzenia.

Źródła nielaserowego promieniowania nadfioletowego

Najczęściej spotykane sztuczne źródła nielaserowego pro­mieniowania nadfioletowego to:

- źródła elektryczne: niskociśnieniowe lampy rtęciowe UV ­tzw. świetlówki UV (np. bakteriobójcze), lampy rtęciowe UV wysoko i średniociśnieniowe, wysokociśnieniowe metalohalogenkowe promienniki UV, lampy wodorowe, ksenonowe, halogenowe i inne;

- źródła technologiczne: spawanie łukowe (np. łukiem elektrycznym lub plazmowym), spawanie gazowe, cięcie łukiem plazmowym, natryskiwanie cieplne, cięcie tlenowe, elektrodrążenie i inne.

W odniesieniu do skóry, oceny zagrożenia promieniowaniem nadfioletowym dokonuje się według względnej widmowej skuteczności erytemalnej, a w odniesieniu do oka ­według względnej widmowej skuteczności koniunktywalnej.

Wartości najwyższego dopuszczalnego natężenia napromienienia (NDN)

- najwyższa dopuszczalna wartość skuteczna napromienienia erytemalnego dla 8-godzinnego dnia pracy wynosi 30 J/m2, bez względu na powtarzalność ekspozycji;

- najwyższa dopuszczalna wartość skuteczna napromienienia koniunktywalnego dla 8-godzinnego dnia pracy wynosi 30 J/m2 w przypadku ekspozycji nie powtarzającej się w następnym dniu oraz 18 J/m2 w przypadku ekspozycji powtarzających się w kolejnych dniach.

Z powyższych wartości wynika, że średnie natężenie napro­mienienia w ciągu 8-godzinnego dnia pracy nie powinno prze­kraczać:

-1 mW/m2 - dla napromienienia erytemalnego

- 1 mW/m2 - dla napromienienia koniunktywalnego w przy­padku ekspozycji nie powtarzającej się w następnym dniu

- 0,6 mW/m2 - dla napromienienia koniunktywalnego w przypadku ekspozycji powtarzających się w kolejnych dniach.

Promieniowanie podczerwone

Charakterystyka czynnika

Promieniowaniem podczerwonym (IR) nazywamy promie­niowanie optyczne o długości fali, od 780 nm do 1 mm. Pro­mieniowanie to, dzieli się na nastę­pujące zakresy: '

• IR-A (podczerwień bliska) o długościach fali ~, 780-1400 nm

• IR-B (podczerwień średnia) o długościach fali x,1400-3000 nm

• IR-C (podczerwień daleka) o długościach fali ~, 3000 nm-1 mm.

Działanie podczerwieni na organizm człowieka

Promieniowanie to wywo­łuje w tkance biologicznej przede wszystkim reakcje termiczne ­oddziałuje na skórę i oczy człowieka.

Reakcją skóry na nadmierną dawkę podczerwieni może być wystąpienie tzw. rumienia cieplnego. Długotrwała ekspozycja na promieniowanie pod­czerwone może doprowadzić do zwiększonego obciążenia cieplnego organizmu - szczególnie w przypadku podczerwieni z zakresu IR-A, która wnika do głębiej położonych warstw tkanki skórnej oraz do tkanki podskórnej nagrzewając je.

W większym stopniu niż skóra na szkodliwe działanie pod­czerwieni są narażone oczy. W przypadku oczu nadmierna ekspozycja może powodować oparzenia rogówek, wysuszanie powiek i rogówek, stany zapalne tęczówki i spojówek, zapalenie brzegów powiek, a nawet uszkodzenie siatkówki lub zaćma.

Odpowiednio dawkowane promieniowanie podczerwone wywołuje także i korzystne dla organizmu człowieka skutki, co znajduje zastosowanie w lecznictwie (np. do miejscowej popra­wy ukrwienia i pobudzania przez to procesów metabolicznych, w leczeniu procesów zapalnych, w przyśpieszeniu gojenia na­stępstw urazów stawów i części miękkich kończyn itd.).

Zródła nielaserowego promieniowania podczerwonego

Najczęściej spotykane sztuczne źródła nielaserowego pro­mieniowania podczerwonego to:

-źródła elektryczne: specjalne żarówki, promienniki kwarco­we, lampy ksenonowe, halogenowe i inne;

- źródła technologiczne: piece hutnicze, paleniska, piece hartownicze, ceramiczne, szklarskie, laboratoryjne, procesy zgrzewania, cięcia tlenowego, spawania gazowego i inne.

Wartości najwyższego dopuszczalnego natężenia napromienienia (NDN)

Narażenie pracowników na promienio­wanie podczerwone jest charakteryzowane przez wartości śred­nie i najwyższe chwilowe natężenia napromienienia oczu i skóry, odniesione do temperatury 20 °C.

• Średnie natężenie napromienienia jest to iloraz napromie­nienia oczu lub skóry w czasie ekspozycji i czasu trwania tej ekspozycji: Eśr=Nlt

gdzie: Eśr- średnie natężenie, w W/m², N - napromienienie, w J/m², t - czas trwania ekspozycji, w s.

Najwyższe dopuszczalne średnie natężenie napromienienia wynosi:

- dla oka: 150 W/m2 - dla skóry: 700 W/m2.

• Najwyższe chwilowe natężenie napromienienia jest to naj­większa chwilowa wartość natężenia napromienienia występują­ca podczas ekspozycji trwającej nie dłużej niż 60 s.

• Przyjmuje się, że skuteczność biologiczna podczerwieni jest w całym jej zakresie jednakowa.

Podstawowe sposoby ochrony człowieka przed nielaserowym promieniowaniem nadfioletowym i podczerwonym w środowisku pracy

Do najważniejszych sposobów należą:

1. Uwzględnienie zagrożenia promieniowaniem UV i IR na etapie projektowania oraz urządzania stanowisk pracy.

2. Automatyzacja produkcji, co eliminuje obecność człowieka w obszarze zagrożenia.

3. Szkolenie pracowników na temat zagrożenia i ochrony przed promieniowaniem UV i IR.

4. Systematyczna kontrola zagrożenia poprzez wykonywanie pomiarów natężenia nadfioletu i podczerwieni.

5. Odpowiednia organizacja pracy na stanowiskach.

6. Dobór i stosowanie właściwych środków ochrony zbiorowej: - w przypadku nadfioletu: parawany i ścianki przenośne lub stałe, osłony ochronne montowane na urządzeniach, różnego rodzaju automatyczne blokady, wy­łączniki i inne,

- w przypadku podczerwieni: stałe lub przenośne ekrany odbi­jające podczerwień, urządzenia wentylacyjne lub klimatyzacyjne instalowane na stanowiskach pracy w celu szybszego odprowa­dzania ciepła itp.

7. Dobór i stosowanie właściwych środków ochrony indywidu­alnej, takich jak okulary i gogle ochronne, osłony i półosłony twarzy, tarcze i przyłbice ochronne (np. spawalnicze), kaptury ochronne, ubrania, kombinezony i fartuchy ochronne, rękawice ochronne i inne.

8. Badania lekarskie pracowników zatrudnionych na stanowi­skach, na których występuje ekspozycja na nadfiolet lub pod­czerwień.

2. Promieniowanie laserowe.

Zagrożenia powodowane przez promieniowanie laserowe

Szkodliwe działanie promieniowania laserowego dotyczy oczu i skóry. Najbardziej zagrożone promieniowaniem laserowym są oczy. W przypadku działania fal o długości od 400 nm do 1400 nm największym zagrożeniem jest uszkodzenie siatkówki, ponieważ promienio­wanie to wnika do oka i jest ogniskowane na siatkówce. Pro­mieniowanie z zakresu długości fal poniżej 400 nm i powyżej 1400 nm nie wnika do wnętrza oka i powoduje uszkodzenie rogówki oka.

W odniesieniu do skóry, skutkiem działania promieniowania laserowego może być uszkodzenie tkanki: zwęglenie, oparzenie lub rumień, działanie rakotwór­cze na skutek absorpcji promieniowania ultrafioletowego przez DNA. Głębokość wnikania promieniowania w skórę zależy od długości fali i wynosi od kilku mikrometrów do ok. 1 cm. Działanie promieniowania laserowego na tkankę ma różny charakter w zależności od gęstości mocy promieniowania i od czasu ekspozycji. Rodzaje zagrożeń powo­dowanych przez promieniowanie laserowe przedstawiono w tabeli

Maksymalne dopuszczalne ekspozycje

Najwyższy poziom promieniowania laserowego nie powodu­jący obrażeń oczu lub skóry jest określany jako maksymalna dopuszczalna ekspozycja - MDE

Wartości MDE są odniesione do:

- długości fali promieniowania laserowego

- czasu trwania impulsu laserowego lub czasu trwania eks­pozycji

- rodzaju tkanki narażonej na obrażenie

• charakteru ekspozycji (bezpośrednie patrzenie w wiązkę promieniowania lub patrzenie na promieniowanie rozproszone),

- rozmiaru obrazu na siatkówce oka, w przypadku promie­niowania w zakresie 400=1400 nm.

Na skutek tego wartości MDE są bardzo zróżnicowane

W przypadku ekspozycji skóry i bezpośredniej ekspozycji oka (tzw. patrzenie w wiązkę promieniowania - bezpośrednio pada­jącą lub po odbiciu zwierciadlanym) MDE jest określana w jednostkach natężenia napromienienia (W/m2) lub napromienie­nia (J/m2). W przypadku patrzenia na laserowe źródło rozciągłe lub w wiązkę po odbiciu rozpraszającym MDE jest określana w jednostkach luminancji energetycznej (W/m2sr) lub luminancji energetycznej zintegrowanej (J/m2sr).

Podstawą do określenia zagrożenia jest określenie ekspozycji na podstawie pomiaru lub danych katalogowych urządzenia laserowego i porównanie jej z wartościami MDE podanymi w normie.

Zagrożenie oczu i skóry maleje w miarę oddalania się od wyjścia lasera lub od wyjścia światłowodu, na skutek rozbież­ności wiązki laserowej i zmniejszania się gęstości mocy pro­mieniowania w przekroju poprzecznym wiązki. Graniczna odle­głość, powyżej której nie występuje już zagrożenie jest określa­na jako nominalna odległość zagrożenia wzroku - NOdZW.

Dla laserów dużej mocy ciągłej rzędu kilku kW stosowanego do cięcia, spawania lub hartowania, NOdZW wynosi do ok. 100 m. Dlatego urządzenia te są bardzo niebezpieczne i powinny być zabezpieczone odpowiednimi obudowami ochronnymi lub osłonami.

Inne zagrożenia :

Zagrożenia elektryczne

Zagrożenia pochodzące od par i gazów

Gazy powstające przy laserowej obróbce niektórych materia­łów, np. przy cięciu tworzyw sztucznych, mogą być toksyczne, a więc powinny być odsysane z miejsca obróbki.

Zagrożenia pożarowe lub wybuchowe

Zagrożenia promieniowaniem towarzyszącym (nielaserowym) są związane z promieniowaniem optycznym, promieniowa­niem wysokiej częstotliwości lub rentgenowskim pochodzącym z laserów. Poprawna i zgodna z normami konstrukcja urządze­nia laserowego umożliwia wyeliminowanie tych zagrożeń.

Podział laserów i urządzeń laserowych na klasy pod względem zagrożeń pocho­dzących od promieniowania laserowego

• Klasa 1 - lasery całkowicie bezpieczne

• Klasa 2 - lasery niecałkowicie bezpieczne, emitujące pro­mieniowanie widzialne w zakresie 400=700 nm; ochronę oczu w razie oślepienia zapewnia odruchowe zamknięcie oka.

• Klasa 3A - lasery niebezpieczne w przypadku patrzenia w wiązkę laserową przez przyrządy optyczne.

• Klasa 3B - lasery niebezpieczne w każdym przypadku patrzenia w wiązkę laserową bezpośrednio padającą lub po odbiciu zwierciadlanym.

• Klasa 4 - lasery bardzo niebezpieczne; należy chronić oczy i skórę zarówno przed promieniowaniem bezpośrednim jak i rozproszonym.

Działania i środki zapewniające bezpieczną pracę z laserami

Zagrożenie promieniowaniem lasero­wym ma charakter potencjalny. Tylko bezpośredni kontakt oczu lub skóry z tym promieniowaniem może być niebezpieczny. Dlatego podstawową zasadą podczas pracy z laserami jest unikanie kontaktu z promieniowaniem, a przede wszystkim niepatrzenie w wiązkę promieniowania laserowego. Przeby­wanie obok wiązki laserowej nie stanowi żadnego zagroże­nia, jeśli są zachowane zasady bezpieczeństwa.

Wymagania techniczne dotyczą zarówno urządzeń laserowych jak i pomieszczeń, w których znajdują się te urządzenia, a także środków ochrony osobistej. Najważniejsze z nich to:

• Obudowa ochronna - wszystkie urządzenia laserowe po­winny mieć obudowę ochronną. Osło­ny te służą do pasywnej lub aktywnej ochrony przed błędnymi, przypadkowo odbitymi i bardzo niebezpiecznymi wiązkami laserowymi dużej mocy, które mogą pojawić się podczas pracy tych urządzeń.

• Uruchamianie urządzenia kluczem

• Ostrzeganie przed emisją promieniowania laserowego

• Tłumik wiązki laserowej - urządzenia laserowe powinny mieć sterowany tłumik wiązki laserowej, która umożliwia przerwanie emisji wiązki laserowej bez wyłączania lasera,

• Bezpieczne sterowanie

• Miernik promieniowania laserowego - miernik mocy lub energii promieniowania, wyskalowany w jednostkach SI (w W lub J) z błędem pomiaru nie przekraczającym ± 20%.

• Wskaźnik miejsca ekspozycji wiązką laserową

• Blokada gniazda światłowodu.

• Zapobieganie odbiciom.

• Okulary ochronne - każda osoba przebywająca w po­mieszczeniu, w którym pracuje laser po­winna nosić okulary lub gogle ochronne dostosowane do długości fali promieniowania danego lasera. Okulary i gogle „laserowe" w zasadzie nie zapewniają ochrony oczu w przypadku długotrwałego, bezpośredniego patrzenia w wiązkę promieniowania laserowego o dużej mocy lub energii. Zapewniają jednak bezpieczeństwo w razie przypadkowej ekspo­zycji krótkotrwałej.

C. Promieniowanie jonizujące.

Nazwa promieniowanie jonizujące wywodzi się stąd, iż jedną z podstawowych właściwości tego promieniowania jest powodowanie zjawiska jonizacji i wzbudzenia atomów ośrodka, przez który ono przechodzi. Procesowi pochłaniania promieniowania przez jakąkolwiek materię towarzyszy zawsze zjawisko jonizacji, a więc następują zmiany w atomach, przynajmniej chwilowe, co może powodować zmianę struktury molekuł zbudowanych z tych atomów.

Promieniowanie jonizujące dzieli się na dwie zasadnicze grupy:

• promieniowanie korpuskularne (cząstkowe)

• elektromagnetyczne.

Do pierwszej grupy zalicza się promieniowanie charaktery zujące się masą - tworzy je strumień cząstek materii (promienio wanie alfa, beta, protony, neutrony, deutrony, mezony itp.). Z wyjątkiem neutronów i niektórych mezonów cząstki te mają również ładunek elektryczny. Promieniowanie elektromagnetyczne i promieni owanie gamma i promieniowanie X, nie mają masy ani ładunku.

Każdy rodzaj promieniowania jest obdarzony pewną energią początkową wyrażoną w elektronowoltach (eV) lub kiloelektronowoltach (keV) lub megaelektronowoltach (MeV).

Zarówno rodzaj emitowanych promieni jak i wielkość ich energii są charakterystyczne dla każdego emitującego je pierwiastka promieniotwórczego. Jeżeli molekuły tworzą żywą komórkę i są niezbędne do jej funkcjonowania, to powyższe procesy mogą tę komórkę zniszczyć bądź mogą spowodować zmiany chemiczne w sąsiednich molekułach, np. przez wytworzenie wolnych rodników. Najbardziej niebezpiecznymi uszkodzeniami komórek spowodowanymi przez promieniowanie są zmiany występujące w DNA. Uszkodzenie DNA może spowodować śmierć komórki lub ograniczenie możliwości jej podziału, a naprawa uszkodzenia może nastąpić z pewną zmianą czy też modyfikacją komórki.

Takie zmiany bądź proliferacje zmodyfikowanej komórki mogą prowadzić do dalszych zmian i mutacji, Jeżeli dostatecznie duża liczba komórek w danym narządzie lub tkance

zostanie zabita czy też utraci zdolność reprodukcyjną, to nastąpi utrata zdolności funkcjonowania danego narządu. Ten rodzaj efektów nosi nazwę efektów deterministycznych. Z kolei zachowanie zdolności reprodukcyjnych przez zmodyfikowaną somatycznie komórkę może prowadzić do wzrostu klonów zmienionych komórek i w konsekwencji do powstania nowotworu. Zmodyfikowana komórka rozrodcza w gonadach z zakodowaną błędną informacją genetyczną może zostać przekazana przyszłemu potomstwu osoby napromienionej, co z kolei może prowadzić do wystąpienia zmian w kolejnej generacji. Te somatyczne i dziedziczne efekty, które mogą się rozpocząć od pojedynczej zmodyfikowanej przez promieniowanie komórki, zwane są efektami stochastycznymi.

Oczywiście skutek biologiczny wywołany przez promieniowanie zależy przede wszystkim od ilości pochłoniętego promieniowania, czyli od dawki pochłoniętej, ale także od rodzaju promieniowania, wielkości napromienionego obszaru ciała, rozłożenia dawki w czasie (tzw. mocy dawki), a nawet wieku i stanu zdrowia napromienionej osoby.

• każda ekspozycja osób na promieniowanie jonizujące musi być utrzymana na tak małym poziomie, jak to jest możliwe do osiągnięcia

• dawki promieniowania, tzw. dawki graniczne dla osób zawodowo narażonych nie mogą przekroczyć określonych wartości.

Wartości dawek granicznych