Promieniowanie spójne

Lasery (Microwave Amplification by Stimulated Emissionof Radiaton) i masery (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiaton) są to urządzenia, w których występuje wzmacnianie lub generacja promieniowania e-m w wyniku wymuszonej emisji promieniowania. Oba rodzaje oparte są na tym samym sposobie działania, z tym, że laser częściej używany jest jako generator niż wzmacniacz światła. Generacja światła laserowego polega na narastaniu promienia wskutek jego wielokrotnego odbicia od zwierciadle

ł, spełniających funkcję rezonatora. Warunkiem powstawania drgań samo wzbudnych jest wartość mocy promieniowania, które musi być większa od mocy traconej w układzie. Dzięki wykorzystaniu procesów wymuszonej emisji promieniowania, światło laserowe wytwarzane jest w sposób uporządkowany. Foton wymuszający emisję powoduje wymuszenie nowego fotonu o identycznych właściwościach. Zachodzi reakcja lawinowa, w rezultacie której otrzymuje się zbiór uporządkowanych i powiązanych ze sobą ciągów fal e-m, stanowiących wypadkową synchronicznych, zgodnych w fazie i jednokierunkowych promieni emitowanych przez poszczególne elementy ośrodka czynnego. W zależności od rodzaju ośrodka czynnego wprowadzono pojęcie lasera: stałego, gazowego, ciekłego lub półprzewodnikowego. Lasery pozwalają na ciągłą zmianę fali w zakresie: widzialnym, podczerwieni, radio i mikrofalowym oraz gamma. Zakresy promieniowania e-m laserów w danym obszarze promieniowania optycznego podaje tabela 16.14.

... TABELA 16.14.

Zakres promieniowania spójnego

Zakres , w nm	100-400	100-280	280-320	320-400	380-780	780-1mm	780nm-1,4mm	1,4-3mm	3mm-1mm
Obszar promieniowania	UV	UV-C	UV-B	UV-C	VIS	IR	IR-A	IR-B	IR-C

 

 

Wytwarzają światło spójne (koherentne), jednobarwne (monochromatyczne), o wiązce równoległej (skolimowane). Promieniowanie to charakteryzuje się:

• bardzo małą szerokością linii emisyjnej,

• ogromną gęstością widma promieniowania ( efektywna temperatura wynosi 10¹⁰- 10¹² K, a nawet więcej, przekracza to temperaturę promieniowania słonecznego 10⁷- 10⁸ razy),

• spójnością przestrzenną i czasową,

• bardzo małą rozbieżnością wiązki (rzędu kilku mradów),

• bardzo dużym natężeniem pola elektrycznego w promieniu laserowym (do MV /cm).

Lasery i urządzenia laserowe znajdują zastosowanie w: telekomunikacji, lokacji i nawigacji, obróbce materiałów nawet o największym stopniu twardości, metrologii interferencyjnej, holografii, medycynie (okulistyce, onkologii, chirurgii, stomatologii), precyzyjnych operacji technologicznych (cięcie, spawanie, wiercenie materiałów nawet o największym stopniu twardości, i trudnotopliwych), metrologii, technice audiowizualnej, rozrywce i innych.

W zależności od typu, lasery i urządzenia laserowe mają różną energię i moc promieniowania. I tak, lasery o emisji:

• ciągłej (CW) moc wiązki P może być rzędu od mW do kW,

• w formie powolnych impulsów (IS o f = 1 ms - 0,1 s) dają wiązkę o energii Q = od 0,1-kilkudziesięciu J,

• w formie szybkich impulsów (IF O f = od kilku do kilkunastu ps) dają wiązkę o energii Q = kilku J /kilka ns, a ich moc szczytowa (czyli całkowita energia w impulsie) jest rzędu MW - GW.

Zróżnicowanie to ma wpływ na ryzyko narażenia człowieka zarówno zawodowe jak i pozazawodowe. Działanie biologiczne promieniowania spójnego zależy od: l, wielkości strumienia mocy, czasu ekspozycji, rodzaju tkanki, na którą oddziaływuje, warunków środowiskowych oraz właściwości osobniczej.

Promieniowanie laserowe obszaru optycznego stwarza poważne zagrożenie dla narządu wzroku (rys.16.16.) i skóry. Wielkość uszkodzeń zależna jest od tego, czy znajduje się pod działaniem wiązki odbitej, czy bezpośredniej. Sam stopień działania wiązki odbitej zależny jest od kształtu i gładkości powierzchni odbijającej. Zakres:

• IR-A tego promienia powoduje termiczne uszkodzenie siatkówki.

• IR-B i C oraz UV działa powierzchownie na rogówkę i dociera do soczewki, również powodując uszkodzenia termiczne.

W skórze może powodować też uszkodzenia termiczne oraz uczuleniowe. Stopień tego działania zależy nie tylko od l promieniowania, ale również od ilości barwnika w skórze.

Podstawą oceny narażenia na promieniowanie spójne jest klasyfikacja laserów i urządzeń laserowych oparta na znajomości:

• l, mocy wyjściowej dla CW,

• mocy szczytowej, czasie trwania impulsu, częstotliwości ich powtarzania i gęstości strumienia energii wiązki bezpośredniej dla IS i IF,

• radiacji (czyli strumienia mocy na jednostkę: kąta bryłowego i powierzchni) oraz maksymalnym rozproszeniu kątowym w przypadku złożonych urządzeń.

...

Rys. 16.16. Zależność średnicy źrenicy od gęstości mocy padającej na siatkówkę i wymiarów obrazu

Wyniki badań winny być odniesione do wartości dopuszczalnych, określonych w obowiązujących normach. Tabela 16.15. podaje progowe wartości strumienia energii promieniowania spójnego w przypadku położenia wiązki laserowej na linii wzroku, a tabela 16.16. - progowe wartości strumienia energii promieniowania spójnego dla ochrony skóry.

 

... TABELA 16.15.

Progowe wartości gęstości strumienia laserowego w przypadku bezpośredniego działania na narząd wzroku (patrzenie w wiązkę światła)

Obszar widma	Długość fali	Czas ekspozycji t w sek.	Progowa wart. gęstości strumienia energii
UV-C	200-280nm	10^-9-3*10^4	3 mJ*cm^-2**
UV-B	280-302nm	10^-9-3*10^4	3 mJ*cm^-2**
	303nm	10^-9-3*10^4	4 mJ*cm^-2**
	304nm	10^-9-3*10^4	6 mJ*cm^-2**
	305nm	10^-9-3*10^4	10 mJ*cm^-2**
	306nm	10^-9-3*10^4	16 mJ*cm^-2**
	307nm	10^-9-3*10^4	25 mJ*cm^-2**
	308nm	10^-9-3*10^4	40 mJ*cm^-2**
	309nm	10^-9-3*10^4	63 mJ*cm^-2**
	310nm	10^-9-3*10^4	100 mJ*cm^-2**
	311nm	10^-9-3*10^4	160 mJ*cm^-2**
	312nm	10^-9-3*10^4	250 mJ*cm^-2**
	313nm	10^-9-3*10^4	400 mJ*cm^-2**
	314nm	10^-9-3*10^4	630 mJ*cm^-2**
UV-A	315-400nm	10^-9-10	0,56*t^1/4*J*cm^-2
	315-400nm	10-10^3	1,0 J*cm^-2
	315-400nm	10^-9-3*10^4	1,0 mW*cm^-2
Światło	400-700nm	10^-9-1,8*10^-5	5*10^-7J*cm^-2
	400-700nm	1,8*10^-5-10	1,8*(t / ^4Öt) mJ*cm^-2
	400-549nm	10-10^4	10 mJ*cm^-2
	550-700nm	10-T1	1,8(t / ^4Öt) mJ*cm^-2
	550-700nm	T1-10^4	10 CB mJ*cm^-2
	400-700nm	10^4-3*10^4	CB mW*cm^-2
IR-A	700-1049nm	10^-9-1,8*10^-5	5 C'A*10^-7J*cm^-2
	700-1049nm	1,8*10^-5-10^3	1,8 C"A*(t / ^4t) mJ*cm^-2
	1050-1400nm	10^-9-10^-4	5*10^-6 J*cm^-2
	1050-1400nm	10^-4-10^3	9(t / ^4Öt) mJ*cm^-2
	700-1400nm	10^3-3*10^4	320 C"A mW*cm^-2
IRA-B i IRA-C	1,4-10^3mm	10^-9-10^-7	10^-2 J*cm^-2
	1,4-10^3mm	10^-7-10	0,56/ ^4Öt mJ*cm^-2
	1,4-10^3mm	10-3*10^4	0,1W*cm^-2

** nie przekraczać 0,56*t^1/4*J*cm^-2 dla Ł10sek.;

C'_A= 10^[0,02(l-700]; C_B= 1 dla l= 400-549nm; T₁= 10s dla = 400-549nm; C_B= 10^{[0,015(l-550]} dla l= 550-700nm; T₁= 10*10^{[0,02(-550]} dla = 550-700nm; C"_A= 5;

 

 

 

... TABELA 16.16.

Progowe wartości gęstości strumienia energii promieniowania spójnego działającego na skórę

Obszar widma	Długość fali	Czas ekspozycji t w sek.	Progowa wart. gęstości strumienia energii
UV	200-400nm	10^-9-3*10^4	takie same jak w tabeli 16.15.
VIS	400-1400nm	10^-9-10^-7	2 CA*10^-2J*cm^-2
IR-A	400-1400nm	10^-7-10	1,1 CA ^4t J*cm^-2
IR-B i IR-C	1,4m-1nm	10^-9-3*10^4	takie same jak w tabeli 16.15.

C_A= 1,0 dla l= 400-700nm; dla = 700-1400nm poprawka wg tablicy 16.15. dla C"_A

 

 

Zasady ochrony przed szkodliwym działaniem promieniowania spójnego:

1. pełna znajomość zasad posługiwania się laserem i urządzeniem laserowym, przez użytkowników,

2. zakaz usytuowania wiązki laserowej na linii wzroku,

3. przystosowanie pomieszczeń z w/w źródłami (oznakowanie, zabezpieczenie wejść dla osób nieupoważnionych),

4. stosowanie ochron indywidualnych (okulary)

5. przeprowadzanie wstępnych i okresowych badań lekarskich.

...

Promieniowanie nadfioletowe (UV)

Na stanowiskach pracy występuje promieniowanie UV w zakresie 200-380 nm. Do źródeł promieniowania zalicza się procesy spawalnicze, wyładowania elektryczne. Ze względu na różnicę jakościowe oddziaływania tego promieniowania na organizm człowieka podzielono go na 3 podzakresy:

• UV-A o długości fali  = 315-380 nm,

• UV-B o l = 280-315 nm (j.t. tzw. zakres erytemalny powodujący rumień),

• UV-C o l = 200-280 nm (tzw. podzakres bakteriobójczy i koniunktywalny powodujący zapalenie spojówek).

Oddziaływanie tego promieniowania ma charakter fotochemiczny o skutkach korzystnych i niekorzystnych. Korzystne działanie nadfioletu przejawia się w możliwościach wyzwalania w skórze witaminy D. Pod działaniem fotonów o dużej energii w otaczającym powietrzu zachodzą reakcje fotochemiczne, w wyniku których powstają tlenki azotu i ozon. Wdychanie ich jest szkodliwe. Intensywność oddziaływania jest tym większa im mniejsza jest długość fali promieniowania. Jest więc ono groźniejsze od promieniowania widzialnego. Wywołuje zmiany zapalne w skórze i gałce ocznej. Stopień działania erytemalnego zależny jest od l fali. Najsilniejsze jest przy  = 297 nm. Może mieć też działanie rakotwórcze. Występujące na rynku leki mogą nieraz spotęgować działanie nadfioletu. Jego szkodliwość jest określona za pomocą tzw.: skuteczności erytemalnej i koniuktywalnej natężenia promieniowania wyrażonej w W /m2 , lub J /m2 , dla których jest uwzględniona charakterystyka spektralna skóry lub spojówek oczu.

Efekt działania poszczególnych podzakresów jest następujący:

• VU-A:

• nie wywołuje jeszcze stanu zapalnego oka, ale występuje już efekt fluorescencji przejrzystych ośrodków gałki w postaci mglistej poświaty, przysłaniającej i pogarszającej widoczność otoczenia,

• wywołuje w skórze swoisty rodzaj pigmentacji o odcieniu szarym (nie jest to uznawane za efekt szkodliwy),

• UV-B:

• oddziaływuje na spojówkę i rogówkę oka wywołując stany zapalne o głębszym efekcie,

• w skórze również wywołuje stan zapalny zwany rumieniem (pod jego działaniem wytwarza się w skórze witamina D, przy czym stopień działania erytemalnego jest zróżnicowany w zależności od l, najsilniejszy jest przy l = 297 nm.

• UV-C:

• podobnie jak UV-B oddziaływuje ono na spojówkę i rogówkę oka, ale jego efekt jest najsilniejszy, uwidacznia się to w postaci stanów zapalnych (zaczyna się od uczucia tzw. "piasku", a potem występują obrzęki i ropienia),

• działa bakteriobójczo, ale na inny rodzaj bakterii niż UV-B,

• oddziaływuje na skórę (jw.).

Uzyskane na stanowiskach pracy wyniki pomiarów służą do oceny stopnia zagrożenia rumieniem i zapaleniem spojówek. W celu ustalenia wartości erytemalnej i koniunktywalnej promieniowania UV. Wartości te konfrontuje się z najwyższymi dopuszczalnymi natężeniami (NDN). Metody pomiaru oraz wartości NDN-ów są zawarte w obecnie obowiązującej polskiej normie:

• PN-79/T-06588. - Ochrona przed promieniowaniem optycznym. Promieniowanie nadfioletowe. Nazwy, określenia, jednostki.

• PN-79/T-06589. - Ochrona przed promieniowaniem optycznym. Metody pomiaru promieniowania nadfioletowego na stanowisku pracy.

• PN-79/T-06590. - Ochrona przed promieniowaniem optycznym. Mierniki promieniowania nadfioletowego. Ogólne wymagania i badania.

Najgroźniejszym źródłem promieniowania UV jest proces spawalniczy. Zabezpieczenie przed szkodliwym działaniem tego promieniowania mogą być:

1. techniczne środki ochrony, pochłaniające promienie UV, takie jak: stałe lub przenośne ścianki i parawany pokryte farbą pochłaniającą o barwie ciemnej (biel cynkowa lub tytanowa).

2. Środki ochrony osobistej: tarcze lub przyłbice spawalnicze ze specjalnymi filtrami osłaniającymi całą twarz, uszy i szyję, rękawice spawalnicze, fartuchy, okulary.

...

Promieniowanie jonizujące

Promieniowanie to nazwę swą zawdzięcza zdolnościom wytwarzania jonów w sposób bezpośredni lub pośredni, w trakcie przenikania przez materię. Podstawowym efektem działania promieniowania jonizującego jest proces jonizacji atomu lub drobiny chemicznej. Polega on na oderwaniu elektronu od elektrycznie obojętnego atomu, w wyniku czego atom staje się jonem dodatnim, a uwolniony elektron, po pewnej liczbie zderzeń, łączy się z innym obojętnym atomem dając jon ujemny. Promieniowanie to charakteryzuje dualizm, gdyż może mieć właściwości zarówno korpuskularne, jak i falowe e-m. Ze względu na sposób powstawania, właściwości i miejsce występowania podzielono je na promieniowanie: , , γ, X, neutronowe i protonowe. Promieniowanie a jest strumieniem cząsteczek złożonych z 2 neutronów i protonów. Promieniowanie b jest strumieniem elektronów lub pozytonów. Oba rodzaje emitowane są w wyniku następstw przemian zachodzących w jądrze atomu. Promieniowanie g jest strumieniem kwantów promieniowania e-m, wysyłanego z jądra atomu w wyniku zachodzących przemian energetycznych. Nie ma ani ładunku, ani masy spoczynkowej. Promieniowanie X również jest strumieniem kwantów promieniowania e-m generowanych przez jądra atomów materii w wyniku procesów hamowania strumienia elektronów. W wyniku rozszczepienia jąder atomowych ciężkich pierwiastków powstaje promieniowanie neutronowe. Natomiast protonowe powstaje w wyniku skomplikowanych reakcji jądrowych. Rzadko kiedy stanowi zagrożenie radiacyjne.

Źródłami promieniowania jonizującego mogą być zarówno źródła naturalne, czyli występujące w przyrodzie, jak i sztuczne. Źródła naturalne mogą być rodzaju zewnętrznego (kosmiczne, pierwiastki znajdujące się w skorupie ziemskiej, w materiałach budowlanych) i wewnętrzne (występujące w organiźmie człowieka - głównie potas [⁴⁰K]. Przeciętnie można przyjąć, że roczna dawka pochodząca od tych źródeł jest rzędu 1 mGy (100 mrad). Z punktu widzenia ochrony radiologicznej wprowadzono inny podział źródeł na: zamknięte i otwarte. Do źródeł zamkniętych będą zaliczane te, które przy założonej technologii ich użytkowania (z wykluczeniem awarii) powodują jedynie napromiennienie organizmu człowieka. Przez źródła otwarte rozumiane są te, które mogą oprócz napromiennienia spowodować skażenia ludzi (czyli przeniknięcie do ustroju) lub środowiska przy prawidłowej technologii wykorzystania tych źródeł.

Przechodząc przez materię promieniowanie jonizujące wywołuje wiele efektów: fizycznych, chemicznych i biologicznych, w żywym organiźmie. Sposób tego oddziaływania zależy od:

• rodzaju i wartości energii promieniowania (najbardziej przenikliwe jest γ, X i neutronowe, mniej - , a najmniej a),

• właściwości samej materii.

Skutki oddziaływania zależą od pochłoniętej dawki D, czyli ilości energii E na jednostkę masy materii m. Jednostką jej jest grej (Gy), czyli J /kg (poprzednio stosowany był rad, gdzie 1 rad = 10^-2 Gy). W przypadku działania promieniowania g i X zachodzi częściowe lub całkowite pochłonięcie ich energii przez ośrodek, na który oddziaływają, z tworzeniem par elektronowo - pozytynowych. W przypadku działania promieniowania a i  zdolność przenikania przez materię charakteryzowana jest przez zasięg maksymalny, a dla g - grubością warstwy materiału, która jest potrzebna do zmniejszenia natężenia promieniowania o połowę. Narażenie człowieka na promieniowanie jonizujące może być typu:

1. zewnętrznego, kiedy źródła napromiennienia (zamknięte, otwarte i aparatura elektryczna) znajdują się na zewnątrz organizmu, ale emitują promieniowanie docierające do ciała i przez nie jest pochłaniane,

2. wewnętrznego, gdy źródła (otwarte) znajdują się wewnątrz organizmu i stamtąd wysyłają promieniowanie, atakujące ciało względnie jego część.

Narażenie typu naturalnego jest nie zależne od człowieka. Narażenie typu sztucznego, wynikające z działalności człowieka (korzystanie z usług medycznych, podstawy nowych technologii, praca zawodowa przy aparatach bazujących na źródłach promieniowania jonizującego, sytuacje awaryjne), powinno być: kontrolowane, analizowane i minimalizowane.

Wynik napromiennienia ciała zależy od:

• pochłoniętej dawki,

• rodzaju promieniowania,

• rodzaju napromieniowanej tkanki.

Dlatego też wprowadzono pojęcie równoważnika dawki H, które łączy efekty biologiczne wywołane różnego rodzaju promieniowaniem jonizującym z wielkością dawki pochłoniętej: H = D Q N , gdzie: Q - współczynnik jakości promieniowania, N - wszystkie inne współczynniki uwzględniające np. moc dawki pochłoniętej, frakcjonowanie dawki w czasie itp. , a które mogą mieć wpływ na efekt biologiczny. Dla celów ochrony radiologicznej przyjmuje się obecnie N = 1. Jednostką tego równoważnika jest siwert Sv czyli J /kg (poprzednią jednostką był rem, gdzie 1 rem = 10^-2 Sv). Ciało człowieka nie może być traktowane jako jednorodna masa, stąd też i skutki oddziaływania promieniowania jonizującego na poszczególne narządy są różne. Z tego też względu zostało wprowadzone pojęcie efektywnego równoważnika dawki H_E, które jest sumą iloczynów równoważnika dla poszczególnych narządów H_t , pomnożoną przez odpowiedni współczynnik W_t wagowy W. Współczynnik ten uwzględnia stosunek ryzyka stochastycznych efektów po napromieniowaniu wyłącznie danego narządu do ryzyka napromieniowania całego ciała w sposób jednorodny. Jednostką efektywnego równoważnika jest również siwert. Jednostkami mocy dawki są wszystkie w/w parametry względem czasu. Ze względu na duży udział czasu w efekcie działania, wprowadzono pojęcie dawki ekspozycyjnej. Jest to parametr dozymetryczny, oparty na zdolnościach wywoływania przez promieniowanie jonizujące zjawiska jonizacji powietrza. Odpowiada ona całkowitemu ładunkowi jonów o takim samym ładunku, wytworzonych przez promieniowanie e-m w jednostce masy powietrza. Jednostką jej jest C /kg (poprzednio rentgen, gdzie 1 R = 2,58 10^-4 C /kg ).

W wyniku działania promieniowania jonizującego na żywy organizm powstaje uszkodzenie całej komórki lub jej elementów. Stopień uszkodzenia zależny jest od rodzaju napromieniowanej tkanki. Najbardziej wrażliwe są komórki słabo zróżnicowane, często dzielące się (tzw. komórki pnia tkanki). Drugim czynnikiem mającym wpływ na stopień uszkodzenia jest dawka promieniowania. Większe dawki powodują uszkodzenia błon komórkowych, co prowadzi do dezorganizacji czynności życiowych, a w konsekwencji do śmierci komórki. Pod wpływem promieniowania może mieć miejsce zmiana cech komórek na skutek uszkodzenia ich aparatu genetycznego. Mogą one być w dalszej konsekwencji przekazywane komórkom potomnym tworząc tzw. mutacje genetyczne. Ogólnie, efekty popromienne można podzielić na 2 typy:

1. następstwa nie stochastyczne, których skutki występują dopiero po prze-kroczeniu określonej dawki (progowej: od kilku Gy dla zaćmy do kilku-dziesięciu dla zmian w narządach miąższowych), powyżej której, stopień nasilenia wzrasta. Zachodzą zarówno w wyniku jednorazowego, jak i wielokrotnego napromiennienia. Skutkami ich mogą być uszkodzenia: powłok (skóra), szpiku kostnego, naczyń krwionośnych, nabłonku przewodu po-karmowego; zaćma popromienna, zmiany wsteczne z postępowym rozwojem tkanki łącznej (włóknienie) w różnych narządach. Są to uszkodzenia typu miejscowego np.: po radioterapii nowotworów, awarii itp.

2. następstwa stochastyczne, czyli zmiany genetyczne u potomstwa (mutacje różnego rodzaju) w wyniku działania (bez progowego) na materialne podłoże informacji genetycznej w komórce (chromosomy i DNA).

Promieniowanie jonizujące jest też czynnikiem teratogennym, czyli ma wpływ na wady rozwojowe zarodka. Płód ludzki jest szczególnie wrażliwy na indukcję wad rozwojowych. Rodzaj oddziaływania jest uzależniony od wieku płodu np. jeżeli ekspozycja następuje pomiędzy 10 a 17 tygodniem po zapłodnieniu - może powodować niedorozwój umysłowy. Jak wykazały badania zależności między częstością (efekty stochastyczne), a nasileniem reakcji popromiennych (efekty nie stochastyczne), wielkość dawki promieni X lub γ, konieczna dla uzyskania określonej wielkości efektu biologicznego, jest na ogół wyraźnie większa od dawki neutronów lub cząstek . Gęstość jonizacji i energia przekazywana na jednostkę długości toru jest bardzo różna. Promieniowanie l i neutronowe charakteryzuje się dużą gęstością jonizacji, są więc bardziej skuteczne biologiczne, a X, a i , powodują "rzadką" jonizację. Wprowadzono więc:

• względną skuteczność biologiczną (RBE), którą definiuje się jako stosunek dawki promieni X (Dx) do dawki badanego promieniowania (Dn) koniecznych dla uzyskania ilościowego takiego samego efektu,

• równoważnik dawki, który jest iloczynem dawki (D) i czynnika jakości (Q), czyli współczynnika proporcjonalności między D, a wielkością szkody (różny dla różnych rodzajów promieniowania). Może on być stosowany do oceny ryzyka radiologicznego jedynie w przedziale małych dawek, tych, dla których występuje proporcjonalność.

Dokonując oceny narażenia należy bazować na sumowaniu równoważnika dawki, natomiast nie uzasadnione jest sumowanie dawek promieniowania. Stopień narażenia powinno się odnosić do poszczególnych grup społecznych. Inne będzie dla osób narażonych zawodowo (obsługujących źródła promieniowania), inne dla pacjentów, u których wykonuje się badanie lub leczenie radiologiczne, a jeszcze inne dla osób nie związanych zawodowo ze źródłami promieniowania jonizującego. Dlatego też istniejący system minimalizacji zagrożenia oparty jest na 3 podstawowych założeniach:

1. uzasadnieniu stosowania promieniowania,

2. optymalnej minimalizacji ekspozycji,

3. dawkach granicznych.

Podstawowe zasady ochrony przed promieniowaniem jonizującym:

• źródła promieniowania muszą być stosowane zgodnie z ich przeznaczeniem i technologią pracy,

• obsługa źródeł promieniowania, czy też urządzeń radiologicznych musi być fachowa (odpowiednio przeszkolona),

• należy stosować właściwe oznakowanie miejsc zagrożonych,

• musi istnieć system bezpośredniej ochrony przed promieniowaniem, np.: stosowanie osłon stałych dla źródeł i ludzi (sejfy, pojemniki, ekrany z pleksiglasu o g = 10-15 mm dla promieniowania a, z cegieł ołowianych o g = 5-15 cm dla promieniowania g), osłon ruchomych (fartuchy, rękawice parawany, wykonywane z gumy ołowiowej), stosowanie odpowiedniej filtracji wiązki pierwotnej promieniowania (ograniczenie rozmiarów do minimum), ograniczenie czasu dawki do minimum, właściwa lokalizacja źródeł względnie aparatury,

• musi istnieć system oceny narażenia radiacyjnego: pracowników, mieszkańców lub przypadkowych osób,

• stosowanie odpowiedniej profilaktyki medycznej dla wszystkich osób zagrożonych zawodowo: badania wstępne i okresowe dawek indywidualnych (podstawą jest bieżąca znajomość stopnia napromieniowania),

• w przypadku przekroczenia ustalonego limitu należy przeprowadzić postępowanie wyjaśniające przyczyny przekroczenia oraz wydać zalecenia mające na celu redukcję zagrożenia,

• zastosowanie wysokiego stopnia bezpieczeństwa technik radiacyjnych, by wielkość dawki kolektywnej (zbiorowy efektywny równoważnik dawki, czyli iloczyn średniej dawki pochłoniętej przez daną grupę osób podzielona przez liczebność grupy, podawany w osobo- Gy lub osobo- Sv) powinna być minimalna na ile tylko to będzie możliwe (nie wystarczającym warunkiem jest nie przekraczanie dawek dopuszczalnych, tzn. granic narażenia),

• zaleca się roczne limity dawek (wyrażone w jednostkach efektywnego równoważnika dawki: dla osób narażonych zawodowo H_E = 50 mSv /rok, a dla nie zawodowców H_E = 5 mSv /rok), w celu zapobieżenia nadmiernemu ryzyku radiologicznemu, stanowią one dolną granicę wielkości ryzyka uznanego za niedopuszczalne, a nie górną granicę obszaru wielkości dopuszczalnych (nie odnoszą się one do pacjentów, ani do źródeł naturalnych).

• w przypadku równoczesnego narażenia zewnętrznego i wewnętrznego, limit graniczny musi dodatkowo uwzględniać roczne limity wchłonięć (aktywności - jednostką jest bekerel Bq lub Bq /kg masy ciała, albo jeszcze Bq /m powierzchni) poszczególnych rodzajów promieniowania przez poszczególne, pojedyncze narządy.

... TABELA 16.17.

Wartość współczynnika ryzyka wystąpienia nowotworów popromiennych dla poszczególnych narządów

NARZĄD	WSPÓŁCZYNNIK RYZYKA w Gy^-1
jednorodne napromiennienie calego ciała	2 * 10^-2
czerwony szpik kostny, pluca, gruczol sutkowy
narządy: wątroba, żolądek, jelito cienkie	2 * 10^-3
i grube, gruczoly ślinowe kości, gruczol tarczycy	2 * 10^-4

 

 

... TABELA 16.18.

Wczesne skutki napromieniowania całego ciała człowieka

DAWKA	EFEKTY
POCHŁONIĘTA w Gy^-1
0 - 0,25	brak efektów wykrywalnych klinicznie
0,25 - 1,0	Nieznaczne przejściowe obniżenie liczby limfocytów i leukocytów
	obojętnochłonnych. Rzadko występują objawy choroby powodujące
	niezdolność do działania; osoby eksponowane są na ogól zdolne do
	wypełniania normalnych zadań.
1,0 - 2,0	Nudności i uczucie zmęczenia; wymioty mogą wystąpić po dawce
	wyższej od 1,25Gy wśród 20 - 25% napromieniowanych. Zmniejszenie
	liczby limfocytów i obojętnych granulocytów z opóźnionym powrotem
	do wartości prawidłowych.
2,0 - 3,0	Nudności i wymioty w ciągu pierwszego dnia. Okres utajenia wczesnych
	objawów do 2 tygodni lub nawet dłuższy. Po okresie utajenia pojawiają
	się objawy o umiarkowanym nasileniu: utrata łaknienia i ogólne poczucie
	choroby, ból gardła, bladość powłok, wybroczyny, biegunka, wyniszczenie
	nieznacznego stopnia. Wyzdrowienie prawdopodobnie w okresie
	3 miesięcy, jeżeli nie ujawni się wpływ złego stanu zdrowia przed
	napromieniowaniem lub nie wystąpią powikłania w wyniku zakażeń lub
	urazów
3,0 - 6,0	Nudności, wymioty, biegunka w ciągu kilku pierwszych godzin. Okres
	utajenia bez wyraźnych objawów nawet o długości do 1 tygodnia. Utrata
	owłosienia, łaknienia, poważny stan ogólny i gorączka, w ciągu drugiego
	tygodnia, którym towarzyszą: krwawienia, skaza krwotoczna, wybroczyny
	zapalenie jamy ustnej i gardzieli, biegunka i wyniszczenie w trzecim tygodniu
	Pojawiają się przypadki zgonów w okresie 2 - 6 tygodni, możliwe 50%
	zgonów wśród eksponowanych, którzy otrzymali dawkę około 4,5 Gy
	i dla pozostałych czas rekonwalescencji około lub powyżej 6 miesięcy.
6,0 i więcej	Nudności, wymioty i biegunka w ciągu pierwszych kilku godzin. Krótki
	okres utajenia i w niektórych przypadkach brak jasno określonych
	objawów w ciągu pierwszego tygodnia. Biegunka, krwotoki, skaza
	krwotoczna (rozlane wybroczyny), zapalenie gardzieli i jamy ustnej;
	gorączka pod koniec pierwszego tygodnia. szybkie wyniszczenie
	i śmierć w drugim tygodniu, znacznej większości, aż do 100%
	eksponowanych osób.

 

 

Komisja Ochrony Radiologicznej (ICRP) zaleca klasyfikację warunków pracy na 2 kategorie, typu:

1. dla których roczne ekspozycje mogą przekraczać 0,3 wartości przyjętego limitu równoważnika dawki (pracownicy powinni być objęci systemem dozymetrii indywidualnej),

2. dla których jest małe prawdopodobieństwo, że roczne ekspozycje będą przekraczać 0,3 wartości przyjętego limitu równoważnika dawki (dozymetria indywidualna nie jest konieczna).

Stosowana jest również klasyfikacja miejsc pracy na :

• obszar kontrolowany, czyli taki, na zewnątrz którego jest b. małe prawdopodobieństwo, aby roczne równoważniki dawki przekraczały 0,3 wartości przyjętego limitu,

• obszar nadzorowany, poza granicami którego równoważnik dawki rocznej nie przekroczy 0,1 wartości przyjętego limitu.

Wartość współczynnika ryzyka wystąpienia nowotworów dla poszczególnych narządów człowieka zawiera tablica 16.17.

...

Elektryczność statyczna (e-s)

Zespół zjawisk występujących w związku z istnieniem w stanie spoczynku (nie zmiennych w czasie) ładunków elektrostatycznych (związanych lub swobodnych) nosi nazwę elektryczności statycznej. W miejscach nagromadzenia, ładunki te tworzą określony potencjał o wartościach kształtujących się w zakresie od kilku do kilkuset Voltów (V), natężenie tego pola e-s może być tego samego rzędu. Ze względu na ilość i sposób rozmieszczenia rozróżnia się ładunki:

• punktowe C,

• liniowe C /m,

• przestrzenne C /m³ .

Obecność ładunku powoduje zaistnienie pola e-s o natężeniu E proporcjonalnym do gęstości powierzchniowej ładunku. Jeżeli powstające ładunki nie są szybko odprowadzane poprzez uziemienie, w bardzo krótkim czasie może wytworzyć się potencjał rzędu 10-40 kV, po czym następuje jego nagłe rozładowanie się w postaci przeskoku iskry (przebicia). Wartość progowa stanu przebicia zależy od:

• typu i cech materiału, na którym gromadzą się ładunki,

• jego kształtu geometrycznego,

• wilgotności ośrodka, w którym przebiega wyładowanie (powietrza).

Przyjmuje się, że jest ona rzędu 3 * 10⁶ V /m. Przyczyną powstania ładunków e-s mogą być:

• procesy mechaniczne związane z: tarciem, rozdrabnianiem, ugniataniem itp.,

• procesy elektrolityczne, gdzie pod wpływem prądu następuje podział na jony dodatnie i ujemne,

• kontaktowe potencjały napięciowe,

• zmiany stanu skupienia,

• wyładowania elektryczne w gazach,

• procesy cieplne, gdzie pod wpływem temperatury może dojść do jonizacji,

• procesy indukcyjne zachodzące w przewodnikach umieszczonych w polu elektrycznym.

Wielkość nagromadzonego ładunku zależy od:

• przewodności elektrycznej materiałów,

• ich przenikalności, czyli stałej dielektrycznej,

• liczby i stopnia zagęszczenia punktów styku różnych materiałów,

• szybkości zachodzenia procesów mechanicznych i chemicznych,

• fizycznych właściwości zmian materiałów takich jak: rozszerzalność i kurczliwość,

• temperatury na powierzchni materiałów.

Pomiędzy przenikalnością elektryczną materiałów, a ich zdolnością do gromadzenia ładunków istnieje wyraźna zależność (reguły Coehna):

1. na skutek oddziaływania na siebie 2 materiałów, materiał o większej przenikalności gromadzi ładunek dodatni, a drugi - ujemny,

2. ilość nagromadzonych ładunków zależy od różnicy przenikalności od- działywujących na siebie materiałów.

Istnieje jeszcze jedna prawidłowość, która może nawet wykluczać powyższe. Dotyczy liczby punktów styku warstw przylegających do siebie. Warunek ten jest istotny ze względu na powstawanie ładunków e-s, nawet w materiałach o tej samej stałej dielektrycznej (np. w warstwach folii polietylenowej na skutek ich wzajemnego ocierania się). Podczas stykania się dielektryka z metalem, znak pojawiającego się ładunku zależy od rodzaju dielektryka. Kierując się znakiem ładunku, podzielono dielektryki na tzw. szeregi dielektryczne. I tak znak " + " mają np.: szkło, włosy ludzkie, bawełna, papier, guma, skóra, futro, jedwab. Pomiary dotyczą określenia stanu naelektryzowania lub tylko podatności na naelektryzowanie się materiałów, urządzeń lub ludzi stykającymi się z nimi. Stopień naelektryzowania może być określony:

• wypadkowym ładunkiem Q w kulombach C,

• gęstością powierzchniową ładunku w C/m² ,

• potencjałem powierzchni danego obiektu względem ziemi w V,

• napięciem między obiektem a ziemią w V,

• natężeniem pola elektrycznego w otoczeniu obiektu E w V /m.

Natężenie pola maleje wraz z kwadratem odległości. Tablica 16.19. podaje wartości potencjału (V) i natężenia (kV /m) pola e-s uzyskane w wyniku pomiaru dla niektórych prac.

... TABELA 16.19.

Wartość potencjału i natężenia pola e-s w niektórych sytuacjach

krzesło metalowe lakierowane - pozycja siedząca		200 V
krzesło metalowe z izolacją nóg - pozycja siedząca		150 V - 7 kV
chodzenie w obuwiu o gumowych spodach po drodze		400 V - 1 kV
chodzenie w obuwiu o gumowych spodach dywanie wełnianym		do 20 kV
chodzenie w obuwiu o spodach skórzanych		300 - 400 V
ruch samochodu po jezdni betonowej		do 3 kV
przed ekranem monitora w odleglości d = 2 cm		+ 12 kV, 550 kV/m
przed ekranem monitora w odleglości d = 50 cm		0,2 kV/m
gradient potencjału między monitorem, a operatorem		14,2 kV
u mężczyzn podczas chodu		0,385 * 10^-9 oC
u kobiet podczas chodu		0,959 * 10^-9 oC

 

 

Do oceny zagrożenia elektrycznością statyczną mogą być stosowane następujące kryteria:

• minimalnej energii zapłonu (energia wyładowania E_W musi być mniejsza od minimalnej energii zapłonu E_Z),

• oporności materiałów (ciała o oporze: skrośnym <10⁴ m, właściwym < 10⁷ , całkowitym upływowym < 10⁶ , nie ulegają elektryzacji),

• natężenia i potencjału pola e-s, w których człowiek może przebywać bez ograniczeń (E = 30 kV /m).

Tabela 16.20. przedstawia wartości charakterystyczne dla wrażliwości człowieka na wyładowania e-s:

... TABELA 16.20.

Wartości progowe parametrów pola e-s oddziaływującego na człowieka

RODZAJ WRAŻENIA	POTENCJAŁ w kV	ENERGIA w J
próg odczuwania wyładowania	~ 2,0	~ 1 m
słabo odczuwane wyładowanie	~ 2,5	~ 2 m
średnio odczuwane wyładowanie	do 3,0	~ 10 m
silnie odczuwane wyładowanie	pow. 3,0	pow. 10 m
ciężki wstrząs nerwowy		0,25
porażenie śmiertelne		10

 

Nagromadzona na człowieku lub obiektach jego pracy e-s może wywierać niekorzystne działanie biologiczne:

1. bezpośrednie:

• wstrząsy elektryczne, które mogą być przyczyną obrażeń,

• wyładowania zapłonowe, w przypadku obecności substancji łatwopalnych (wyładowanie iskrowe może powodować zapłon mieszanin palnych gazów, par, mgieł i pyłów z powietrzem),

2. pośrednie:

• zakłócenie dobowego rytmu temperaturowego ciała, spadek odporności fizycznej i psychicznej człowieka na skutek ograniczenia dostępu naturalnych pól e-m poprzez wprowadzenie ekranowania,

• zakłócenie czynności bioelektrycznej mózgu i serca poprzez indukcję nagromadzonego na ciele człowieka ładunku,

• inne zmiany ogólnoustrojowe: osłabienie odporności immunologicznej, zwłaszcza dla układu nerwowego (autonomicznego), krążenia i oddechowego,

• przebywanie w polu e-s o natężeniu E = 60 kV /m powoduje obniżenie: ciśnienia tętniczego krwi, progu pobudzania impulsami elektryczny-mi, precyzji wykonywanej pracy,

• wrażenia subiektywne: mrowienie różnych okolic skóry, bóle: głowy, w palcach, rękach i ramionach.

Pole e-s, poza negatywnymi skutkami oddziaływania ma także i pozytywne. Rośliny mogą mu zawdzięczać szybszy wzrost. Powoduje opóźnienie procesu starzenia białka, co może odgrywać pewną rolę w chorobach nowotworowych. Człowiek ma zdolność gromadzenia na swej powierzchni ładunków elektrycznych na skutek przemieszczania się całego ciała w stosunku do podłoża, lub poszczególnych jego części względem siebie, względnie pocierania się warstw ubrania. Wytwarzające się wówczas napięcia mogą dochodzić do 15 kV. Zapobieganie szkodliwemu działaniu pola e-s jest prowadzone w dwóch kierunkach:

1. ograniczenia powstawania i gromadzenia elektryczności statycznej na materiałach i urządzeniach produkcyjnych oraz na pracownikach,

2. ograniczenia powstawania i nagromadzenia e-s na człowieku.

Pierwszy przypadek polega na:

• doborze odpowiednich materiałów do konstrukcji urządzeń,

• zwiększeniu przewodności materiałów nie przewodzących (dodanie do nich preparatów antystatycznych w ilości < 2% ogólnej masy, powlekanie substancjami dobrze przewodzącymi),

• zwiększeniu wilgotności powietrza (rzędu 60 - 80 %),

• zmianach technologii procesu produkcji,

• zwolnieniu tempa procesu produkcyjnego,

• stosowaniu uziemień i połączeń ekwipotencjalnych obiektów przewo- dzących,

• zwiększeniu przewodności podłóg, obuwia, kół, opon pojazdów,

• ekranowaniu części izolujących (uziemione płyty przewodzące),

• jonizacji powietrza, co powoduje zobojętnienie ładunków (zobojętniacie wysoko napięciowe, indukcyjne i radioizotopowe),

• zabezpieczeniu przed wybuchem lub pożarem poprzez stosowanie gazów obojętnych, lub dodawanie do mieszanin pyłowo-powietrznych pyłów niepalnych,

• zmniejszeniu stopnia rozdrobnienia, co również zmniejsza prawdopodobieństwo wybuchu.

Drugi przypadek dotyczy:

• zastosowania obuwia przewodzącego,

• stosowania odpowiedniej bielizny osobistej i odzieży (źródłem e-s są wszelkie syntetyki),

• stosowania w niektórych wypadkach osobistego uziemienia.

---