Глава 8. Защита производственного персонала от статического электричества и производственных излучений

8.1. Статическое электричество и меры защиты

Широкое использование во всех областях хозяйственной деятельности диэлектрических материалов и органических соединений (полимеров, бумаги, твердых и жидких углеводородов, нефтепродуктов и т.п.) неизбежно сопровождается образованием зарядов статического электричества, которые не только осложняют проведение технологических процессов, но и зачастую становятся причиной пожаров и взрывов, приносящих большой материальный ущерб.

Статическое электричество — это совокупность явлений, связанных с возникновением, сохранением и релаксацией свободного электрического заряда на поверхности, или в объеме диэлектриков, или на изолированных проводниках (ГОСТ 12.1.018). Образование и накопление зарядов на перерабатываемом материале связано с двумя следующими условиями:

- наличие контакта поверхностей, в результате чего создается двойной электрический слой, возникновение которого связано с переходом электронов в элементарных донорско-акцепторных актах на поверхности контакта. Знак заряда определяет неодинаковое сродство материала поверхностей к электрону;

- хотя бы одна из контактирующих поверхностей должна быть из диэлектрического материала.

Заряды будут оставаться на поверхностях после прекращения контакта только в том случае, если время разрушения контакта меньше времени релаксации зарядов. Последнее в значительной степени определяет величину зарядов на разделенных поверхностях.

Основная величина, характеризующая способность к электризации, - это удельное электрическое сопротивление (ρ) поверхностей контактирующих материалов. Если они имеют низкое сопротивление, то при разделении заряды с них стекают, и эти поверхности несут незначительный заряд. Если же сопротивление материалов высокое или скорость отрыва поверхностей велика, то заряды будут сохраняться. Способность веществ электризоваться также характеризуется удельной электропроводимостью у, или удельным объемным сопротивлением ρ_v

γ = 1/ρ_v.

Условно принято, что при удельном электрическом сопротивлении материалов менее 10⁵ Ом·м заряды не сохраняются и материалы не электризуются.

В отдельных случаях склонность к электризации плоских полимерных материалов целесообразно оценивать по величине удельного поверхностного электрического сопротивления ρ_s, Ом. Большинство полимерных пленок и материалов не электризуется, если ρ_s  < 10¹¹ Ом.

В соответствии с Правилами устройства и эксплуатации средств защиты от статического электричества, утвержденными постановлением МЧС РБ 04.06.2007г. №50, все вещества и материалы в зависимости от удельного объемного сопротивления подразделяются на диэлектрические (ρ_v >10⁸ Ом·м), антистатические (ρ_v > 10⁵-10⁸ Ом·м) и электропроводящие (ρ_v < 10⁵ Ом·м).

Основными факторами, влияющими на электризацию веществ, являются их электрофизические свойства и скорость разделения поверхностей. Экспериментально установлено, что чем интенсивнее осуществляется процесс, т.е. чем выше скорость отрыва, тем больший заряд остается на поверхности.

Известны следующие пути заряжения объектов: непосредственное контактирование с наэлектризованными материалами, индуктивное и смешанное заряжение.

К чисто контактному заряжению поверхностей относится, например, электризация при перекачивании углеводородного топлива, растворителей по трубопроводам. Известно, что трубопроводы из прозрачного диэлектрического материала при перекачивании жидкостей даже светятся.

Наряду с контактным часто происходит индуктивное заряжение проводящих объектов и обслуживающего персонала в электрическом поле движущегося плоского наэлектризованного материала.

Смешанное заряжение наблюдается тогда, когда наэлектризованный материал поступает в какие-либо емкости, изолированные от земли. Этот вид заряжения наиболее часто встречается при заливке горючих жидкостей в емкости, при подаче резиновых клеев, тканей, пленок в передвижные емкости, тележки и т.д. Образование зарядов статического электричества при контакте жидкого тела с твердым или одного твердого тела с другим во многом зависит от плотности соприкосновения трущихся поверхностей, их физического состояния, скорости и коэффициента трения, давления в зоне контакта, микроклимата окружающей среды, наличия внешних электрических полей и т.д.

На рис. 8.1 показана принципиальная схема электризации твердых материалов при их разделении.

Заряды статического электричества могут накапливаться и на теле человека (при работе или контакте с наэлектризованными материалами и изделиями). Высокое поверхностное сопротивление тканей человека затрудняет отекание зарядов, и человек может длительное время находиться под большим потенциалом.

Основной опасностью при электризации различных материалов является возможность возникновения искрового разряда, как с диэлектрической наэлектризованной поверхности, так и с изолированного проводящего объекта.

Разряд статического электричества возникает, если напряженность электростатического поля над поверхностью диэлектрика или проводника, обусловленная накоплением на них зарядов, достигает критической (пробойной) величины. Для воздуха эта величина составляет примерно 30 кВ/м.

Воспламенение горючих смесей искровыми разрядами статического электричества может произойти в том случае, если выделяющаяся в разряде энергия будет выше минимальной энергии зажигания горючей смеси.

Наряду с пожарной опасностью статическое электричество представляет опасность и для работающих.

Легкие «уколы» при работе с сильно наэлектризованными материалами вредно влияют на психику работающих и в определенных ситуациях могут способствовать травмам на технологическом оборудовании. Сильные искровые разряды, возникающие, например, при затаривании гранулированных материалов, могут приводить к болевым ощущениям. Неприятные ощущения, вызываемые статическим электричеством, могут явиться причинами развития неврастении, головной боли, плохого сна, раздражительности, покалываний в области сердца и т.д. Кроме того, при постоянном прохождении через тело человека малых токов электризации возможны неблагоприятные физиологические изменения в организме, приводящие к профессиональным заболеваниям. Систематическое воздействие электростатического поля повышенной напряженности может вызывать функциональные изменения центральной нервной, сердечно-сосудистой и других систем организма.

Использование для одежды искусственных или синтетических тканей приводит также к накоплению зарядов статического электричества на человеке. В ГОСТ 29191 (МЭК 801-2-91) приводятся сведения о том, что синтетические ткани могут заряжаться до потенциала, равного 15 кВ. Поэтому ток, протекающий через тело человека, одетого в костюм или халат из синтетической ткани, может достигать 3 мкА. Прикосновение к заземленным участкам рабочего места или к незаряженному телу вызывает искровой разряд с силой тока до 30 А.

Статическое электричество сильно влияет также на ход технологических процессов получения и переработки материалов и качество продукции. При больших плотностях заряда может возникать электрический пробой тонких полимерных пленок электро- и радиотехнического назначения, что приводит к браку выпускаемой продукции. Особенно большой ущерб наносит вызванное электростатическим притяжением налипание пыли на полимерные пленки.

Электризация затрудняет такие процессы, как просеивание, сушку, пневмотранспорт, печатание, транспортировку полимеров, диэлектрических жидкостей, формование синтетических волокон, пленок и т.п., автоматическое дозирование мелкодисперсных материалов, поскольку они прилипают к стенкам технологического оборудования и слипаются между собой.

Допустимые уровни напряженности электростатических полей устанавливаются ГОСТ 12.1.045 и Санитарными нормами, правилами и гигиеническими нормативами «Гигиенические требования к электромагнитным полям в производственных условиях» - 2010.

Предельно допустимые уровни напряженности электростатического поля (ЭСП) устанавливаются в зависимости от времени пребывания персонала на рабочих местах и не должны превышать:

- при воздействии до 1 ч за смену - 60 кВ/м;

- при воздействии более 1 ч за смену- ПДУ определяется по формуле

Е_пд = 60,

где Т – время воздействия, ч.

При напряженностях ЭСП, превышающих 60 кВ/м. работа без индивидуальных средств защиты запрещается, а при напряженности менее 20 кВ/м время пребывания в электростатическом поле не регламентируется.

В диапазоне напряженностей от 20 до 60 кВ/м допустимое время пребывания работников в ЭСП без использования СИЗ устанавливается санитарными нормами в зависимости от величины напряженности.

Обобщенная схема методов защиты от воздействия статического электричества приведена на рис. 8.2.

Средства защиты от статического электричества должны применяться во всех взрыво- и пожароопасных помещениях и зонах открытых установок, отнесенных по классификации ПУЭ к классам В-1, В-1а, В-1б, В-1г, В-II, В-IIа, П-I, П-II.

При организации производства следует избегать процессов, сопровождающихся интенсивной генерацией зарядов статического электричества. Для этого необходимо правильно подбирать поверхности трения и скорости движения веществ, материалов, устройств, избегать процессов разбрызгивания, дробления, распыления, очищать горючие газы и жидкости от примесей и т.д.

Эффективным методом снижения интенсивности генерации статического электричества является метод контактных пар. Большинство конструкционных материалов по диэлектрической проницаемости расположены в трибоэлектрические ряды в такой последовательности, что любой из них приобретает отрицательный заряд при соприкосновении с последующим в ряду материалом и положительный - с предыдущим. При этом с увеличением расстояния в ряду между двумя материалами абсолютная величина заряда, возникающего между ними, возрастает.

Безопасные скорости транспортировки жидких и пылевидных веществ в зависимости от удельного объемного электрического сопротивления нормируются Правилами. Так, жидкости с ρ_v <10⁵ Ом·м можно  перекачивать со скоростью до 10 м/с, с ρ_v <10⁹ Ом·м - до 5 м/с,  а  при  ρ_v ≥10⁹ Ом·м  допустимая  скорость  транспортировки и истечения устанавливаются для каждой жидкости отдельно.

В качестве предельно допустимой устанавливается скорость, при которой (при данном диаметре трубопровода)  потенциал на поверхности жидкости в приемной емкости не превышает предельно допустимого для углеводородных сред – 4000В, а для взрывоопасной смеси водорода, ацетилена, или паров сероуглерода с воздухов – 1000В.

Для снижения потенциалов в приемной емкости при закачке жидкостей с ρ_v ≥10⁹ Ом·м  рекомендуется использовать релаксационные емкости, представляющие собой горизонтальный участок трубопровода увеличенного диаметра, находящийся непосредственно у входа в приемную емкость. При этом диаметр этого участка трубопровода должен быть не менее, м

D_p = Ö 2D²_t^. V_t ,

где D_p -  диаметр релаксационной емкости, м; D_t -  диаметр трубопровода, м; V_t – скорость жидкости в трубопроводе, м/с.

Длина его должна быть не менее, м

L = 2,2*10^-11er,

где e - диэлектрическая постоянная жидкости; ρ_v – удельное объемное сопротивление жидкости, Ом·м.

         Подача горючих и легковоспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ) в аппараты, резервуары и другие емкости должна производиться ниже уровня находящегося в них остатка жидкости так, чтобы не допускать ее разбрызгивания, распыления или бурного перемешивания. Налив горючих и ЛВЖ свободно падающей струей не допускается. Расстояние от конца загрузочной трубы до дна приемного сосуда не должно превышать 200 мм. В противном случае струя должна быть направлена вдоль стенки резервуара.

         Налив горючих и взрывоопасных газов и жидкостей в автомобильные и железнодорожные цистерны должен производится шлангами, опущенными на дно. В течение первых 3 – 5 минут налив должен проводиться с небольшой скоростью (не более 3 м/с), а затем в течение 10 – 12 минут скорость постепенно может быть увеличена до 7 м/с.

Наиболее опасны по диэлектрическим и другим свойствам этиловый эфир, сероуглерод, бензол, бензин, этиловый и метиловый спирты.

Во взрывоопасных помещениях, где могут накапливаться заряды статического электричества, технологическое оборудование и коммуникации изготавливают из материалов, имеющих ρ не выше 10⁵ Ом·м.

Для предупреждения возможности накопления статического электричества на поверхностях оборудования, перерабатываемых материалов, а также на теле работающих выше минимальной энергии зажигания горючих смесей необходимо, с учетом особенностей производства, обеспечить стекание возникающих зарядов с заряженных объектов.

В соответствии с ГОСТ 12.4.124 это достигается использованием средств коллективной и индивидуальной защиты.

Средства коллективной защиты от статического электричества по принципу действия делятся на следующие виды: заземляющие устройства, нейтрализаторы, увлажняющие устройства, антиэлектростатические вещества, экранирующие устройства.

Заземление относится к основным методам защиты от статического электричества и представляет собой преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением. Оно является наиболее простым, но необходимым средством защиты в связи с тем, что энергия искрового разряда с проводящих незаземленных элементов технологического оборудования во много раз выше энергии разряда с диэлектриков.

ГОСТ 12.4.124 предписывает, что заземление должно применяться на всех электропроводных элементах технологического оборудования и других объектов, на которых возможно возникновение или накопление электростатических зарядов независимо от использования других средств защиты от статического электричества. Необходимо также заземлять через каждые 40 – 50 м металлические вентиляционные короба и кожухи теплоизоляции аппаратов и трубопроводов, расположенных в цехах, наружных установках, эстакадах, каналах. Причем указанные технологические линии должны представлять собой на всем протяжении непрерывную электрическую цепь, которая присоединяется к контуру заземления не менее чем в двух точках.

Резервуары и емкости объемом более 50 м³ , за исключением вертикальных диаметром до 2,5 м, должны быть присоединены к заземлителям с помощью двух и более заземляющих проводников в диаметрально противоположных точках.

Величина сопротивления заземляющего устройства, предназначенного исключительно для защиты от статического электричества, должна быть не выше 100 Ом.

Особое внимание необходимо уделять заземлению передвижных объектов или вращающихся элементов оборудования, не имеющих постоянного контакта с землей. Например, передвижные емкости, в которые насыпают или наливают электризующиеся материалы, должны быть перед заполнением установлены на заземленные основания или присоединены к заземлителю специальным проводником до того, как будет открыт люк.

Неметаллическое оборудование считается электростатически заземленным, если сопротивление любой точки ее внутренней и внешней поверхности относительно контура заземлений не превышает 10⁷ Ом.

Нейтрализация зарядов статического электричества производится в тех случаях, когда не представляется возможным снизить интенсивность его образования технологическими и иными способами. Для этой цели используют нейтрализаторы различных типов:

- коронного разряда (индукционные и высоковольтные);

- радиоизотопные с α- и β- излучающими источниками;

- комбинированные, объединяющие в одной конструкции коронные и радиоизотопные нейтрализаторы;

- создающие поток ионизированного воздуха.

Наиболее простыми по исполнению являются индукционные нейтрализаторы. В большинстве случаев они представляют собой корпус или стержень с закрепленными на них заземленными разрядниками, представляющими собой иглы, струны, щеточки. В этих нейтрализаторах используется электрическое поле, создаваемое самим наэлектризованным материалом. Под действием этого поля вблизи разрядника возникает большой градиент электрического потенциала, достаточного для образования и поддержания ионизационных процессов в воздухе, что в конечном счете приводит к повышению его проводимости.

Образующиеся ионы, одноименные по знаку с зарядом материала, отводятся на заземленные части оборудования или корпус нейтрализатора, а ионы противоположного заряда под действием электрического поля обрабатываемого материала создают ток разряда на его поверхности, тем самым, нейтрализуя образующиеся заряды.

Для снижения интенсивности электризации жидкостей используют струнные или игольчатые нейтрализаторы, которые за счет увеличения проводимости среды способствуют стеканию образующихся зарядов на заземленные стенки трубопроводов (оборудования) или корпус нейтрализатора.

Индукционные нейтрализаторы неэффективны при небольших потенциалах на материале (до 2,5 кВ), что характерно, как правило, для обработки твердых материалов. Кроме того, эти нейтрализаторы необходимо устанавливать на расстоянии от обрабатываемого материала не более 10-15 мм.

В высоковольтных нейтрализаторах коронного и скользящего разрядов в отличие от индукционных используется высокое напряжение до 5 кВ, подаваемое на разрядник от внешнего источника питания. Они характеризуются высокой эффективностью практически при любых скоростях обработки материалов и могут быть установлены на значительном расстоянии от наэлектризованного материала, так как сила ионизационного тока в них может достигать 2,5·10^-4А на 1 м длины разрядника и выше. Однако необходимость использования высокого напряжения не позволяет применять их во взрывоопасных помещениях и производствах.

Во взрывоопасных помещениях всех классов рекомендуется использовать радиоизотопные  нейтрализаторы  на  основе  α-излучающих  (плутоний-238, плутоний-239) типа НР и β-излучающих (тритий) типа НТСЭ источников. Эти нейтрализаторы малогабаритны, просты по устройству и в обслуживании, имеют большой срок эксплуатации и радиационно безопасны. Использование их в промышленности не требует согласования с органами санитарного надзора.

Конструктивно радиоизотопные нейтрализаторы представляют собой металлический плоский или цилиндрический контейнер, в котором помещены поворачивающиеся или выдвигающиеся держатели источников излучения. В контейнере имеется окно, обращенное к электризующемуся материалу, а сам он жестко закреплен на технологическом оборудовании. Контейнер снабжается блокирующим механизмом, исключающим снятие его с оборудования, если не закрыта заслонка, экранирующая излучатель. Нейтрализаторы располагаются таким образом, чтобы в рабочем положении расстояние от поверхности излучателей до заряженной поверхности не превышало 25 – 50 мм в зависимости от используемого прибора.

Основным недостатком радиоизотопных нейтрализаторов является их ограниченный ионизационный ток (3 – 7,5·10^-6 А/м).

В случаях, когда материал (пленка, ткань, лента, лист и т.п.) электризуется с высокой интенсивностью либо движется с большой скоростью и применение радиоизотопных нейтрализаторов не обеспечивает нейтрализацию статического электричества, устанавливают комбинированные индукционно-радиоизотопные нейтрализаторы типа НРИ. Они представляют собой сочетание радиоизотопного и индукционного (игольчатого) нейтрализаторов либо взрывозащищенных индукционных, высоковольтных (постоянного и переменного тока), высокочастотных нейтрализаторов. Сила ионизационного тока таких нейтрализаторов не превышает 5·10^-5 А/м.

             Гигиенические требования к устройству, эксплуатации и контролю радиоизотопных нейтрализаторов статического электричества с эмалевыми источниками альфа- и бета-излучения регламентируются СанПиН 2.6.4.13-24-2005.

Весьма перспективными являются пневмоэлектрические нейтрализаторы марок ВЭН-0,5 и ВЭН-1,0 и пневморадиоизотопные марок ПРИН, в которых ионизированный воздух или какой-либо газ направляется в сторону наэлектризованного материала. Такие нейтрализаторы не только имеют повышенный радиус действия (до 1 м), но и обеспечивают нейтрализацию объемных зарядов в пневмотранспортных системах, аппаратах кипящего слоя, в бункерах, а также нейтрализацию статического электричества на поверхностях изделий сложной формы. Устройства для подачи ионизированного воздуха в данном случае во взрывоопасные помещения должны иметь на всем своем протяжении заземленный металлический экран.

В некоторых случаях эффективно использование лучевых нейтрализаторов статического электричества, которые обеспечивают ионизацию материала или среды под воздействием ультрафиолетового, лазерного, теплового, электромагнитного и других видов излучения.

Отвод зарядов статического электричества путем снижения удельного и поверхностного электрического сопротивления используют в тех случаях, когда заземление оборудования не предотвращает накопления зарядов до безопасной величины.

Для уменьшения удельного поверхностного электрического сопротивления диэлектриков можно повысить относительную влажность воздуха до 65-70%, если это допустимо по условиям производства. Для этой цели применяют общее или местное увлажнение воздуха в помещении при постоянном контроле его относительной влажности. При этом на поверхности твердых материалов образуется электропроводящая пленка воды, по которой отводятся заряды статического электричества на заземленное технологическое оборудование.

Однако этот метод не эффективен, если электризующийся материал гидрофобен или его температура выше температуры окружающей среды. В таких случаях можно дополнительно применять обработку полимерных материалов и химических волокон поверхностно-активными веществами. 

Для снижения удельного объемного электрического сопротивления в диэлектрические жидкости и растворы полимеров (клеев) вводят различные растворимые в них антиэлектростатические присадки (антистатики), в частности, соли металлов переменной валентности высших карбоновых, нафтеновые и синтетические жирные кислоты. К таким присадкам относятся «Сигбол», АСП-1, АСП-2, а также присадки на основе элеатов хрома, кобальта, меди, нафтенатов этих металлов, солей хрома и СЖК и т.д. За рубежом наибольшее применение нашли присадки, разработанные фирмами «Экко» и «Шелл» (присадка ASA-3).

Антиэлектростатические вещества должны обеспечивать снижение удельного объемного электрического сопротивления материала до величины 10⁷ Ом·м, а удельного поверхностного - до величины 10⁹ Ом·м.

Электрическое сопротивление твердых полимерных материалов (пластмасс, резин, пластиков и пр.) можно снизить, вводя в их состав различные электропроводящие материалы (технический углерод, порошки и т.д.).

Во взрывоопасных производствах для предотвращения опасных искровых разрядов статического электричества, возникающих на теле человека при контактном или индуктивном заряжении наэлектризованными материалами или элементами одежды, необходимо обеспечить отекание этих зарядов в землю. Для этого используют электропроводящие полы из материалов, у которых удельное объемное электрическое сопротивление не должно быть выше 10⁶ Ом·м. Покрытие пола считается электропроводным, если электрическое сопротивление между металлической пластиной площадью 50 см², уложенной на пол и прижатой к нему силой в 25 кгс, и контуром заземления не превышает 10⁷Ом.

К непроводящим покрытиям относятся асфальт, резина, линолеум и др. Проводящими покрытиями являются бетон, пенобетон, ксилолит и т.д. Заземленные помосты и рабочие площадки, ручки дверей, поручни лестниц, рукоятки приборов, машин, механизмов, аппаратов являются дополнительными средствами отвода зарядов с тела человека.

К индивидуальным средствам защиты от статического электричества относятся специальные электростатические обувь и одежда. Для изготовления такой одежды должны применяться материалы с удельным поверхностным электрическим сопротивлением не более 10⁷ Ом·м, а электрическое сопротивление между токопроводящим элементом антиэлектростатической одежды и землей должно быть от 10⁶ до 10⁸ Ом. Электрическое сопротивление между подпятником и ходовой стороной подошвы обуви должно быть от 10⁶ до 10⁸ Ом.

В некоторых случаях непрерывный отвод зарядов статического электричества с рук человека может осуществляться с помощью специальных заземленных браслетов и колец. При этом они должны обеспечивать электрическое сопротивление в цепи человек — земля от 10⁶ до 10⁷ Ом и свободу перемещения рук.

 

8.2. Характеристика электромагнитного излучения и методы защиты

В настоящее время практически во всех отраслях промышленности и в быту широко используется электромагнитная энергия. По своему происхождению электромагнитное излучение (ЭМИ) и электромагнитный фон, создаваемый им, могут быть природными или техногенными.

К природным электромагнитным полям (ЭМП) относятся квазистатические электрические и магнитные поля Земли, радиоизлучения Солнца и Галактик, атмосферные разряды.

Техногенное ЭМИ может быть как производственным, так и бытовым. Известно, что мировые энергоресурсы удваиваются каждые 10 лет, а доля ЭМП в электроэнергетике за это время возрастает в три раза.

Производственными источниками ЭМП являются линии электропередачи (ЛЭП), печи, применяемые в промышленности для индукционного нагрева металлов и полупроводников, электросварка, а также устройства диэлектрического нагрева, используемые для сварки синтетических материалов, прессования синтетических порошков и т.д. Мощными источниками ЭМП диапазона радиочастот являются телевизионные и радиолокационные станции, антенны радиосвязи и др.

Биологически значимыми являются электрические поля частотой 50 Гц, создаваемые воздушными линиями электропередачи и подстанциями. Напряженность магнитных полей промышленной частоты в местах размещения ЛЭП и подстанций сверхвысокого напряжения на 1-3 порядка превышает естественные уровни магнитного поля Земли. Высокие уровни ЭМИ наблюдаются на территориях и за пределами территорий размещения передающих радиоцентров низкой, средней и высокой частоты.

Бытовой электромагнитный фон обусловлен работой бытовых электроприборов, радио- и телеприемников, микроволновых печей, радиотелефонов, компьютеров и т.д.

Оценка опасности воздействия ЭМИ на человека производится по величине электромагнитной энергии, поглощенной телом человека. Реакция организма человека на составляющие ЭМП не является одинаковой, поэтому при оценке условий работы необходимо учитывать электрическую и магнитную напряженность поля. Неблагоприятные воздействия токов промышленной частоты проявляются только при напряженности магнитного поля порядка 160-300 А/м. Практически при обслуживании даже мощных электроустановок высокого напряжения магнитная напряженность поля не превышает 20-25 А/м. Поэтому оценку потенциальной опасности воздействия ЭМП достаточно производить по величине электрической напряженности поля.

Спектр ЭМИ природного и техногенного происхождения, оказывающий влияние на организм человека, имеет диапазон волн от тысячи километров (переменный ток) до триллионной части миллиметра (космические энергетические лучи). В настоящее время наибольшее распространение как в науке, так и в промышленности получили ЭМИ с частотами, шкала которых представлена на рис. 8.3.

В производственных условиях на работающих оказывает воздействие ЭМИ широкого спектра. В зависимости от диапазона волн различают:

- ЭМИ радиочастот (10⁷-10^{-4 м);}

- инфракрасное излучение (< 10^-4–7,5·10^{-7 м);}

- видимую область (7,5 10^-7–4·10^{-4 м);}

- ультрафиолетовое излучение (<4·10^-4–10^{-9 м);}

- рентгеновское (гамма-) излучение (<10^{-9 м).}

Существует и электротехническая шкала источников ЭМИ:

- низкочастотные - НЧ (0-60 Гц);

- среднечастотные - СЧ (60 Гц-10 кГц);

- высокочастотные - ВЧ (10 кГц-300 МГц);

- сверхвысокочастотные - СВЧ (300 МГц-300 ГГц).

По виду воздействия различают изолированное (от одного источника), сочетанное (от двух и более источников одного частотного диапазона), смешанное (от двух и более источников различных частотных диапазонов) и комбинированное (в случае одновременного действия какого-либо другого неблагоприятного фактора) ЭМИ.

По времени воздействия в общем случае для единичного источника ЭМИ можно выделить два основных варианта облучения: непрерывное стационарное и прерывистое.

Отношение облучаемого лица к источнику облучения ЭМИ может быть профессиональным, т.е. обусловленным выполнением производственных операций, и непрофессиональным.

В радиационной гигиене различают общее (воздействию ЭМИ подвергается все тело) и локальное (местное) облучение.

Влияние ЭМП на организм зависит от таких физических параметров, как длина волны, интенсивность излучения, режим облучения - непрерывный и прерывистый, а также от продолжительности воздействия на организм, сочетанности воздействий с другими производственными факторами (повышенная температура воздуха, наличие рентгеновского излучения, повышенного уровня шума и вибрации и др.). Наиболее биологически активен диапазон СВЧ, менее - УВЧ, затем диапазон ВЧ (длинные и средние волны), т.е. с уменьшением длины волны биологическая активность ЭМИ всегда возрастает.

ЭМИ, оказывая воздействие на физико-химические процессы в биосистемах, создает напряжение на субмолекулярном и молекулярном уровнях. Установлено, что воздействие ЭМП радиотелефона на область головы пользователя способствует развитию умеренно выраженной брадикардии и повышает электрокинетическую активность ядер клеток эпителия кожи. Возникновение брадикардии при воздействии низких уровней СВЧ-излучения обусловлено в основном нарушениями центральных и периферических иннервационных механизмов регуляции деятельности сердца.

В Республике  Беларусь для регламентации безопасности воздействия ЭМИ на человека используются следующие документы: ГОСТ 12.1.006, СанПиН 2.2.4/2.1.8.9-36-2002, Санитарными нормами, правилами и гигиеническими нормативами «Гигиенические требования к электромагнитным полям в производственных условиях» - 2010 и др.

Нормируемыми параметрами переменного магнитного поля являются напряженность поля и магнитная индукция.

Напряженность электрического поля в данной точке представляет собой физическую величину, численно равную силе, действующей на единичный положительный заряд, помещенный в эту точку поля. Напряженность электрического поля измеряется в вольтах на метр (В/м) или в ньютонах на кулон (Н/К).

Электрическое поле, в котором напряженность одинакова во всех точках, называется однородным.

Магнитная индукция (плотность магнитного потока) - это физическая величина, численно равная силе, с которой магнитное поле действует на проводник единичной длины, расположенный перпендикулярно к силовым линиям магнитного поля (МП), при токе в проводнике, равном единице силы тока. Единицей магнитной индукции является Тэсла (Тл), т.е. индукция такого поля, в котором на каждый метр длины проводника с током в 1 А, расположенного перпендикулярно к полю, действует сила в 1 Н (1 Тл=1 Н/А·м).

Кроме индукции магнитное поле характеризуется напряженностью (А/м) и магнитным потоком, который представляет собой число силовых линий, проходящих через перпендикулярно расположенную к ним площадку. Единицей магнитного потока является Вебер (Вб) - это поток индукции в 1 Тл через площадку площадью 1 м².

Нормирование ЭМП диапазона частот 10 – 30 кГц осуществляется раздельно по напряженностям электрического и магнитного полей в зависимости от времени воздействия и составляет соответственно 500 В/м и 50 А/м в течение рабочей смены. При воздействии ЭМП этого диапазона до 2-х часов за смену напряженности электрического и магнитного полей  составляют 1000 В/м и 100 А/м.

По ГОСТ 12.1.006 допустимые уровни воздействия ЭМП радиочастот оцениваются показателями интенсивности поля и создаваемой им энергетической нагрузкой.

В диапазоне частот 60 кГц-300 МГц интенсивность ЭМП характеризуется напряженностью электрического Е и магнитного Н полей, энергетическая нагрузка (ЭН) представляет собой произведение квадрата напряженности поля на время его воздействия.

Энергетическая нагрузка, создаваемая соответственно электрическим и магнитным полем, равна

ЭН_Е = Е²Т,

 

ЭН_Н = Н²Т,

 

В диапазоне частот 300 МГц-300 ГГц интенсивность ЭМП характеризуется поверхностной плотностью потока энергии ППЭ, поэтому энергетическая нагрузка будет представлять собой

ЭН_ППЭ = ППЭ·Т,

Предельно допустимые значения Е и Н в диапазоне частот 60 кГц-300 МГц на рабочих местах персонала определяются исходя из допустимой энергетической нагрузки и времени воздействия по формулам

Е_ПД = ,

Н_ПД = ,

где - Е_ПД и Н_ПД – предельно допустимые значения напряженности электрического, В/м, и магнитного, А/м, полей;

Т - время воздействия, ч;

 и  - предельно допустимые значения энергетической нагрузки в течение рабочего дня, (В/м)²ч и (А/м)²ч.

Одновременное воздействие электрического и магнитного полей в диапазоне частот от 0,06 до 3 МГц допустимо при условии

ЭН_Е/+ЭН_Н/≤1,

где ЭН_Е и ЭН_Н - энергетические нагрузки, характеризующие воздействия электрического и магнитного полей.

Предельно допустимые значения ППЭ ЭМП в диапазоне частот 300 МГц-300 ГГц определяются исходя из допустимой энергетической нагрузки и времени воздействия по формуле

ППЭ_ПД = К ЭН_ППЭпд /Т,

где ППЭ_ПД — предельно допустимое значение плотности потока энергии, Вт/м² (мВт/см², мкВт/см²);

ЭН_ППЭпд – предельно допустимая величина энергетической нагрузки, равная 2 Вт-ч/м² (200 мкВт·ч/см²);

К - коэффициент ослабления биологической эффективности, равный: 1 - для всех случаев воздействия, исключая облучение от вращающихся и сканирующих антенн; 10 - для случаев облучения от вращающихся и сканирующих антенн с частотой вращения или сканирования не более 1 Гц и скважностью не менее 50;

Т — время пребывания в зоне облучения за рабочую смену, ч.

Во  всех  случаях максимальное значение ППЭ_ПД не должно превышать 10 Вт/м² (1000 мкВт/см²).

Предельно допустимые уровни напряженности и магнитной индукции постоянного магнитного поля нормируются Санитарными нормами, правилами и гигиеническими нормативами «Гигиенические требования к электромагнитным полям в производственных условиях» - 2010 (табл. 8.1).

Таблица 8.1. Предельно допустимые уровни напряженности и магнитной индукции постоянного магнитного поля при непрерывном действии^*

Время воздействия за рабочий день, мин	Условия воздействия
	Общее                                                                    Локальное
	Напряжен-ность, кА/м	Магнитная индукция, мТл	Напряжен-ность, А/м	Магнитная индукция, мТл
0 - 10	24	30	40	50
11 - 60	16	20	24	30
61 - 480	8	10	12	15

*1А/м = 1,25 мкТл; 1 мкТл = 800 А/м; 8 кА/м = 10 мТл.

При воздействии на работающих электрического поля промышленной частоты (50Гц) предельно допустимый уровень напряженности составляет 5 кВ/м в течение рабочей смены. При напряженностях свыше 5 до 20 кВ/м допустимое время пребывания работающих без применения СИЗ устанавливается нормами в пределах от 380 (6 кВ/м) до 30 минут (20 кВ/м). При напряженности электрического поля свыше 20 до 25 кВ/м допустимое время пребывания составляет 10 минут. Пребывание работающих в электрическом поле с напряженностью более 25 кВ/м без СИЗ запрещается.

Нормируются также уровни напряженности и магнитной индукции переменного магнитного поля при импульсном (прерывном) действии магнитного поля.

Длина волны ЭМП, формируемая источником, позволяет выбрать соответствующий прибор контроля электромагнитного излучения. Для низкочастотных источников ЭМП (НЧ, ВЧ, УВЧ-диапазоны) необходимо использовать приборы, измеряющие электрическую и магнитную составляющие ЭМП; для СВЧ-диапазона - приборы, позволяющие измерять плотность потока энергии.

Основными техническими параметрами приборов являются: диапазон частот, на который рассчитан измеритель, оснащенный антеннами; пределы измерений энергетических параметров ЭМП; основная погрешность измерений, обычно выражаемая в децибелах.

В зависимости от условий воздействия ЭМП, характера и местонахождения источника излучения могут использоваться следующие методы и средства защиты:

- защита временем;

- защита расстоянием;

- снижение интенсивности излучения непосредственно в источнике;

- экранирование источника;

- защита рабочего места от излучения;

- применение средств индивидуальной защиты.

Защиту временем используют в тех случаях, когда отсутствует реальная возможность снизить напряженность ЭМП до предельно допустимого уровня. Допустимое время облучения τ можно найти из выражения

6,42 = ППМ th(0,05τ)^1,2,

где ППМ - плотность потока мощности электромагнитной волны, Вт/см²;

th(0,05τ)^1,2 – гиперболический тангенс.

Защита расстоянием используется в тех случаях, когда невозможно снизить интенсивность излучения другими методами и сокращением времени облучения.

Для диапазона длинных, средних, коротких и ультракоротких волн расстояние можно определить по формуле

R = ,

где Р - средняя выходная мощность, Вт;

G - коэффициент направленности антенны;

Е_доп - допустимая напряженность электрического поля.

Для волн СВЧ-диапазона Е, соответствующее ППМ_доп, находят из выражения

Е = ,

Этот метод является наиболее эффективным, так как может использоваться для защиты работающих в производственных условиях и населения в селитебной зоне.

Снижение интенсивности излучения непосредственно в источнике является универсальным методом и достигается, прежде всего, заменой источника на менее мощный, а также регулировкой генератора. Кроме того, можно использовать специальные устройства - аттенюаторы (ослабители), которые поглощают, отражают или ослабляют передаваемую энергию на пути от генератора к потребителю и т.д.

При использовании метода экранирования источника учитывают характер и мощность источника излучения, его рабочую частоту, особенности технологического процесса. Для разработки экранов используют такие явления, как поглощение ЭМИ и его отражение от материала экранов. Поглощение ЭМИ обусловливается тепловыми потерями в толще материала и зависит от его электромагнитных свойств (электрической проводимости, магнитной проницаемости и т.п.). Отражение связано с различием электромагнитных свойств воздуха (или другой среды, в которой распространяется ЭМП) и материала экрана.

Для изготовления экранов применяют либо тонкие металлические (сталь, алюминий, медь, сплавы) листы, либо металлические сетки. При этом экраны должны тщательно заземляться.

Металлические экраны практически непроницаемы для ЭМИ радиочастотного диапазона за счет их отражающей и поглощающей способности.

Экраны с низким коэффициентом отражения являются поглощающими.

Резиновые коврики типа ВКФ, В2Ф и другие представляют собой прессованные листы резины специального состава с коническими, сплошными или полыми шинами.

Поглощающие экраны должны обладать минимальной величиной отражения ЭМИ в широком диапазоне частот, большой величиной затухания проникающего в мате риал ЭМИ и не должны менять поляризацию отраженных колебаний.

Защита рабочего места от излучения достигается локализацией ЭМП в помещении. Для этого используют электрогерметичные помещения, аппаратные и кабины, представляющие собой замкнутые электромагнитные экраны. В таких помещениях экранируются стены, потолок, пол, оконные и дверные проемы и вентиляционные системы.

Помещения, в которых предполагается проводить настройку, регулирование и испытание установок, генерирующих высокоинтенсивные ЭМП, необходимо обустраивать так, чтобы при включении последних на полную мощность, их излучение практически не проходило через стены, перекрытия, оконные проемы и двери в смежные помещения.

Кроме того, для ослабления ЭМИ необходимо подбирать и соответствующие материалы (табл. 8.2).

Таблица 8.2. Ослабление ЭМИ строительными конструкциями

 

Материал и элементы конструкции	Ослабление потока мощности, дБ, при длине волн ЭМИ, λ
	λ = 3 см	λ = 10 см
Кирпичная стена, 70 см	21	16
Междуэтажное перекрытие	22	2
Оштукатуренная стена здания	12	8
Окна с двойными рамами	18	7

 

При защите помещений от внешних ЭМИ применяются оклеивание стен специальными металлизированными обоями, сетка на окнах, специальные металлизированные шторы и т.п.

В качестве экранирующего материала для световых проемов, приборных панелей, смотровых окон используют оптически прозрачное стекло, покрытое полупроводниковым диоксидом олова. Световые проемы или смотровые окна на более низких частотах могут также экранироваться заземленной металлической сеткой.

Согласно санитарным нормам источники магнитного поля, расположенные в общих производственных помещениях, должны выделяться в отдельные участки на расстоянии 1,5-2,0 м друг от друга. Пульты управления источниками магнитного поля должны быть вынесены за пределы зоны поля с напряженностью более 8,0 кА/м (10 мТл).

Основными видами средств коллективной защиты работающих от воздействия электрического поля токов промышленной частоты являются экранирующие устройства. Они могут быть стационарными и переносными.

Стационарные экранирующие устройства представляют собой составную часть электроустановки и предназначены для защиты персонала в открытых распределительных устройствах и воздушных линиях электропередач. Конструктивно они изготавливаются в виде козырьков, навесов или перегородок из металлических канатов, прутков, сеток.

В высокочастотных установках индукционного нагрева применяется либо общее экранирование установок, либо экранирование отдельных блоков.

Экран плавильного или закалочного индуктора выполняется в виде подвижной металлической камеры, опускающейся во время нагрева и поднимающейся после его окончания, или в виде неподвижной камеры с открывающейся дверью.

В установках диэлектрического нагрева экранированию подлежат пластины рабочего конденсатора и фидеры, подводящие к ним высокочастотную энергию. Экран может выполняться в виде металлической камеры, шкафа, короба и т.п.

Переносные экранирующие устройства - это переносимые или перевозимые изделия в виде замкнутых конструкций из металлических сеток.

Наряду со стационарными и переносными экранирующими устройствами используются и индивидуальные экранирующие комплекты, в которые входят спецодежда, спецобувь, средства защиты головы, рук и лица. Они предназначены для защиты персонала от воздействия электрического поля, напряженность которого не превышает 60 кВ/м, создаваемого электроустановками напряжением 400, 500 и 750 В и частотой 50 Гц.

Средства индивидуальной защиты от воздействия ЭМИ должны использоваться только в аварийных режимах либо при проведении кратковременных работ.

В качестве таких средств используются очки и специальная одежда, выполненная из металлизированной ткани. Для защиты тела, рук и ног применяют комбинезоны или полукомбинезоны, халаты и куртки с капюшоном, жилет, фартук, рукавицы, обувь. Спецодежду обычно изготавливают из трех слоев ткани. Внутренний и наружный слои делают из хлопчатобумажной ткани (диагональ, ситец), а средний, защитный слой - из радиотехнической ткани, имеющей проводящую сетку. Все части защитной одежды должны иметь между собой электрический контакт.

Радиозащитные очки изготавливают из стекла, покрытого полупроводниковым диоксидом олова.

К организационным мероприятиям относятся: строгое выполнение требований к персоналу (возраст, пол, медицинское освидетельствование, обучение, проверка знаний, инструктаж и т.п.); рациональное размещение источников ЭМИ; оптимальные режимы работы оборудования и персонала; применение средств предупреждающей сигнализации (световой, звуковой, знаковой и др.).

Для предупреждения профессиональных заболеваний лиц, работающих в условиях ЭМИ, применяются такие меры, как предварительный (для поступающих на работу) и периодический (не реже одного раза в год) медицинские осмотры, а также ряд мер, способствующих повышению устойчивости организма человека к действию ЭМИ.

К мероприятиям, способствующим повышению резистентности организма к ЭМП, могут быть отнесены регулярные физические упражнения, рационализация времени труда и отдыха, а также использование лекарственных препаратов и общеукрепляющих витаминных комплексов.

8.3. Нормирование и защита работающих от ультрафиолетового излучения

Ультрафиолетовое излучение (УФ-излучение) - это электромагнитное излучение в оптической области в диапазоне 200-400 нм с частотой колебаний от 10¹³ до 10¹⁶ Гц, примыкающее со стороны коротких волн к видимому свету. Оно относится к неионизирующим излучениям. Естественным источником УФ-излучения является Солнце. В промышленности источниками этого излучения могут быть газоразрядные источники света, электрические дуги, плазматроны, лазеры и др.

УФ-излучение, так же как и инфракрасное, в зависимости от длины волны делится на три области:

- УФ-А - длинноволновая (400-315 нм);

- УФ-В - средневолновая (315-280 нм);

- УФ-С - коротковолновая (280-200 нм).

В качестве примера в табл. 8.3 приведены характеристика УФ-излучения при сварочных работах.

Таблица 8.3

Характеристика УФ-излучения при сварочных работах

 

Виды сварочных работ	Значения показателей	Плотность потока УФ-излучения, ВТ/м2
		УФ-С	УФ-В	УФ-А
Ручная электродуговая	мин-макс	1,3 – 16,6	1,5 – 17,9	2,2 – 25,1
	среднее	9,5	7,2	9,8
Полуавтоматическая	мин-макс	4,1 – 28,5	2,7 – 13,9	2,8 – 19,4
	среднее	16,1	8,0	10,3
Газовая	мин-макс	0 – 0,06	0 – 0,06	0 – 0,13
	среднее	0,003	0,02	0,05

 

УФ-излучение с длиной волны 400-315 нм имеет слабое биологическое действие, область волн 315—280 нм характеризуется сильным воздействием на кожу и противорахитичным действием. Для волн 280-200 нм свойственно бактерицидное действие.

УФ-излучение характеризуется двояким действием на организм: с одной стороны, опасностью переоблучения, а с другой - необходимостью для нормального функционирования организма.

Длительное воздействие больших доз УФ-излучения может привести к серьезным поражениям глаз и кожи. Острые поражения глаз обычно проявляются в виде кератитов (воспаления роговицы) и помутнения хрусталика глаза. Продолжительное воздействие больших доз УФ-излучения особенно в области излучения 280-200 нм оказывает сильное разрушительное действие на клетку, а также бактерицидное действие вследствие коагуляции белков, что может привести к развитию рака кожи. Пораженный участок кожи имеет отечность, ощущается жжение и зуд, появляются дерматиты. Воздействие повышенных доз УФ-излучения на центральную нервную систему сопровождается головной болью, тошнотой, головокружением, повышением температуры тела, утомляемостью, нервным возбуждением и др.

УФ-излучение с длиной волны менее 320 нм, действуя на глаза, вызывает электроофтальмию. Уже на начальной стадии этого заболевания человек чувствует резкую боль и ощущение песка в глазах, ухудшение зрения, головную боль, обильное слезотечение, иногда светобоязнь, что в итоге приводит к поражению роговицы. Воздействие УФ-излучения на человека оценивается эритемным действием (от греч. erythema - краснота), т.е. покраснением кожи, которое в дальнейшем приводит к ее пигментации (загару).

Для биологических целей мощность УФ-излучения оценивается эритемным потоком, единицей которого является эр (один эр - это эритемный поток, соответствующий потоку излучения с длиной волны 297 нм и мощностью 1 Вт), эритемной освещенностью, эр/м², и эритемной дозой, (эр·ч)/м².

В зависимости от УФ-дефицита и контингента населения рекомендуются дозы в пределах 0,125-0,75 эритемной дозы (10-60 мэрч/м²).

Допустимая интенсивность УФ-излучения нормируется СанПиН 2.2.4.13-45-2005. Нормативные значения интенсивности излучения установлены с учетом продолжительности воздействия УФ-излучения на работающих, его спектрального состава и обязательного использования индивидуальных средств защиты.

Допустимая интенсивность УФ-облучения работающих при наличии незащищенных участков поверхности кожи не более 0,2 м² и периода облучения до 5 мин, длительности пауз между ними не менее 30 мин и общей продолжительности воздействия за смену до 60 мин не должна превышать для диапазонов: УФ-А - 50 Вт/м²; УФ-В - 0,05 Вт/м²; УФ-С - 0,001 Вт/м².

Допустимая интенсивность УФ-облучения работающих при наличии незащищенных участков поверхности кожи не более 0,2 м² (лицо, шея, кисти рук и др.), общей продолжительности воздействия излучения (50% рабочей смены) и длительности однократного облучения свыше 5 мин и более не должна превышать для УФ-А - 10 Вт/м², УФ-В - 0,01 Вт/м² . Воздействие УФ-С в этом случае не допускается.

При использовании специальной одежды и средств защиты лица и рук, не пропускающих УФ-излучение (спилк, кожа, ткани с пленочным покрытием и т.п.), допустимая интенсивность облучения в области УФ-В + УФ-С (200-315 нм) не должна превышать 1 Вт/м².

Основными способами защиты работающих от воздействия ультрафиолетового излучения являются защита расстоянием, экранирование рабочих мест, специальная окраска помещений, рациональное размещение рабочих мест и использование индивидуальных средств.

Защита расстоянием - это удаление обслуживающего персонала от источников УФ-излучения на безопасную величину. Расстояния, на которых уровни УФ-излучения не представляют опасности для работающих, определяются только экспериментально в каждом конкретном случае в зависимости от условий работы, состава производственной атмосферы, вида источника излучения, отражающих свойств конструкций помещения и оборудования и т.д.

Наиболее рациональным методом защиты является экранирование (укрытие) источников излучений с помощью различных материалов и светофильтров, не пропускающих или снижающих интенсивность излучений.

Для защиты работающих от избытка УФ-излучения используют противосолнечные экраны, жалюзи, оконные стекла со специальным покрытием, стекла «хамелеоны» и др. В производственных условиях применяются стены, кабины, щитки, ширмы, очки с защитными стеклами. Полную защиту от УФ-излучения всех волн обеспечивает флинт-глас (стекло с оксидом свинца) толщиной 2 мм. Кабины изготавливаются высотой 1,8-2 м, причем их стенки не должны доходить до пола на 25-30 см для улучшения проветривания.

При размещении рабочих помещений необходимо учитывать, что отражающая способность различных отделочных материалов для УФ-излучения иная, чем для видимого света. Хорошо отражают УФ-излучение полированный алюминий и меловая побелка, в то время как оксиды цинка и титана на масляной основе - плохо.

Для защиты от УФ-излучения обязательно применяются индивидуальные средства защиты, которые состоят из спецодежды (куртка, брюки), рукавиц, фартука из специальных тканей, щитка со светофильтром, соответствующего определенной интенсивности излучения. Для защиты глаз, например, при ручной электросварке применяют светофильтры следующих типов: для электросварщиков при сварочном токе 30-75 А - Э-1; 75-200 А - Э-2; 200-400 А - Э-3 и при токе 400 А - Э-4.

Кроме того, для защиты кожи от УФ-излучения используются мази, содержащие вещества, обладающие защитным эффектом (салол, салицилово-метиловый эфир и др.), а также спецодежда из льняных и хлопчатобумажных тканей с искростойкой пропиткой и из грубошерстяного сукна.

 

8.4. Защита от источников лазерного излучения

Источником лазерной опасности являются генераторы когерентного (согласованного по времени) электромагнитного излучения (лазеры), характеризующегося высокой направленностью и большой плотностью энергии.

Лазерное излучение обладает высокой удельной мощностью (около 10 Вт/см ²), луч его может быть сфокусирован при помощи линз до размера 0,01 мм.

Лазерные лучи образуются за счет возбуждения некоторых оптически активных материалов, атомы которых легко возбуждаются при облучении светом. Такими активными материалами могут быть рубин, газы, полупроводники, некоторые жидкости. При воздействии лазерного луча электроны  оптически активных материалов переходят на более высокий энергетический уровень, отдают энергию в виде излучения света определенной длины, затем вновь возвращаются на свой первоначальный уровень.

Лазеры используются во многих областях деятельности: скоростная резка различных материалов, сварка, плавка, измерительная техника, системы передачи информации и наведения, оружие, термообработка, сверление отверстий, дефектоскопия, полиграфия, медицина и др.

Лазерное излучение представляет собой электромагнитное излучение, генерируемое в диапазоне длин волн 0,2….1000 мкм. При оценке его биологического действия этот диапазон волн делится на следующие области, мкм:

1 – ультрафиолетовую 0,2 – 0,4;

2 – видимую 0,4 – 0,75;

3 – инфракрасную 0,75 – 1;

4 – дальнюю инфракрасную – выше 14.

По воздействию лазерное излучение делится на:

- прямое (заключенное в ограниченном телесном угле);

- рассеянное (рассеянное от вещества, находящегося в составе среды, через которую проходит лазерный луч);

- зеркально-отраженное (отраженное от поверхности под углом, равным углу падения излучения);

- диффузно-отраженное (отражается от поверхности по разным направлениям).

Работающие  с лазерами могут подвергаться воздействию следующих вредных и (или) опасных факторов:

♦ прямое, отраженное и рассеянное лазерное излучение;

♦ световое излучение импульсных ламп накачки и зоны взаимодействия лазерного излучения с материалами мишени;

♦ ультрафиолетовое излучение ламп накачки;

♦ шум (иногда до 100 дБА) и вибрация;

♦ инфракрасное излучение и тепловыделение от оборудования и нагретых поверхностей;

♦ ионизирующие излучения;

♦ электромагнитные поля ВЧ и СВЧ-диапазона от генераторов накачки;

♦ высокое напряжение в электрической цепи питания ламп накачки, поджига и газового разряда;

♦ запыленность и загазованность воздуха рабочей зоны продуктами взаимодействия лазерного луча с мишенью и токсичные вещества, используемые в конструкции лазера.

Степень воздействия лазерного излучения на организм человека зависит от его интенсивности и частоты повторения импульсов, продолжительности воздействия, а также от биологических и физико-химических особенностей облучаемых тканей и органов. Степень повреждения глаз может меняться от слабых ожогов до полной потери зрения.

Прямое воздействие лазерного излучения может привести к поражению глаз, кожи и других органов. Чувствительность  роговицы и хрусталика глаза, а также способность его оптической системы увеличивать плотность энергии видимого и инфракрасного диапазонов на глазном дне в 6*10⁴ раз по отношению к роговице делают этот орган наиболее уязвимым.

Лазерное излучение, особенно дальней инфракрасной области спектра (более 14 мкм), способно проникать через ткани тела на значительную глубину, поражая внутренние органы. Повреждения кожи могут быть различными – от покраснения до поверхностного обугливания и образования глубоких дефектов. Минимальное повреждение кожи развивается уже при плотности энергии 0,1…1Дж/см².

Кроме того, хроническое воздействие диффузно-отраженного лазерного излучения может вызывать вегетативно-сосудистые нарушения, функциональные сдвиги нервной, сердечно-сосудистой систем, желез внутренней секреции, а также может привести к изменению артериального давления, утомляемости, снижению работоспособности.

По степени опасности генерируемого излучения лазеры подразделяются на 4 класса. Лазеры 1 класса полностью безопасны.

Требования к безопасности лазеров установлены СанПиН 2.2.4.13-2-2006 «Лазерное излучение и гигиенические требования при эксплуатации лазерных изделий». Предельно допустимые уровни лазерного излучения установлены для двух условий облучения – однократного и хронического при облучении глаз и кожи для трех диапазонов длин волн: I - 180 < λ ≤ 380 нм; I1- 380 < λ ≤ 1400 нм и III- 400 < λ ≤ 10⁵ нм. ПДУ регламентируются на роговице, сетчатке и коже в зависимости от длины волны, длительности импульса, частоты их повторения и длительности воздействия.

При эксплуатации лазеров 11 – 1У классов проводят контроль уровней облучения персонала не реже одного раза в год. В помещениях с лазерами 111 – 1У классов необходимо контролировать уровни шума и вибрации на рабочих местах, а для лазеров У класса – интенсивность ЭМП, ионизирующего излучения и содержание токсичных веществ. При работе с ними используют защитные маски.

Средства защиты должны снижать уровни лазерного излучения, действующего на человека до величины ниже ПДУ. При этом они не должны снижать эффективность технологического процесса и работоспособность оператора.

К коллективным средствам защиты относятся защитные экраны и кожухи, дистанционные системы наблюдения, различные виды блокировок и сигнализации, ограждение лазерно-опасной зоны и др. Лазеры 111 и 1У классов снабжаются экранами из огнестойких неплавящихся материалов, 11 и 1У классов – сигнальными устройствами, а У класса – дистанционным управлением. Включение лазеров блокируется с установкой экрана. В зоне основного луча лазера исключается пребывание людей. Лазеры У класса должны размещаться в отдельных помещениях с матовыми стенами и потолком. Помещение с лазером отмечается знаком лазерной опасности по ГОСТ 12.4.026.

В качестве СИЗ используются - защитные очки, щитки, маски, насадки; средства защиты рук и специальная одежда. Для противолазерных очков и светофильтров применяются специальные  стекла, защищающие глаза от лазерного излучения с различной длиной волны.

8.5. Комбинированное действие вредных факторов на организм человека

В течение всей своей профессиональной жизни на человека воздействует комплекс факторов производственной и окружающей среды. При определенных условиях каждый из них, а также их разнообразные комбинации могут приводить к существенному напряжению адаптационных возможностей организма человека, а в дальнейшем и к срыву адаптации. Стрессирующее воздействие данных факторов определяется как их физическими характеристиками (дозовая нагрузка), так и функциональным состоянием ведущих систем организма, его индивидуальной чувствительностью к раздражителю.

В производственных условиях работающие подвергаются, как правило, сочетанному, многофакторному воздействию, эффект которого может оказаться более значительным, чем при изолированном действии того или иного фактора.

Установлено, что токсичность ядов в определенном температурном диапазоне является наименьшей, усиливаясь как при повышении, так и понижении температуры воздуха. Главной причиной этого является изменение функционального состояния организма: нарушение терморегуляции, потеря воды при усиленном потоотделении, изменение обмена веществ и ускорение биохимических процессов. Учащение дыхания и усиление кровообращения приводят к увеличению поступления яда в организм через органы дыхания. Расширение сосудов кожи и слизистых повышает скорость всасывания токсических веществ через кожу и дыхательные пути. Усиление токсического действия при повышенных температурах воздуха отмечено в отношении многих летучих ядов: паров бензина, паров ртути, оксидов азота и др. Низкие температуры повышают токсичность бензола, сероуглерода и др.

Повышенная влажность воздуха увеличивает опасность отравлений особенно раздражающими газами. Причиной этого служит усиление процессов гидролиза, повышение задержки ядов на поверхности слизистых оболочек, изменение агрегатного состояния ядов. Растворение ядов с образованием слабых растворов кислот и щелочей усиливает их раздражающее действие.

Изменение атмосферного давления также влияет на токсический эффект. При повышенном давлении усиление токсического эффекта происходит вследствие двух причин: во-первых, наибольшего поступления ядов вследствие роста парциального давления газов и паров в атмосферном воздухе и ускоренного перехода их в кровь, во-вторых, за счет изменения функций дыхания, кровообращения, ЦНС и анализаторов. Пониженное атмосферное давление усиливает воздействие таких ядов, как бензол, алкоголь, оксиды азота, ослабляется токсическое действие озона.

Из множества сочетаний неблагоприятных факторов наиболее часто встречаются пылегазовые композиции. Газы адсорбируются и концентрируются на поверхности частиц. При этом локальная концентрация адсорбированных газов может превышать их концентрацию непосредственно в газовой фазе. Токсичность аэрозолей в значительной мере зависит от адсорбированных или содержащихся в них газов. Токсичность газо-аэрозольных композиций подчиняется следующему правилу: если аэрозоль проникает в дыхательные пути глубже, чем другой компонент смеси, то отмечается усиление токсичности. Токсичность смесей зависит не только от глубины проникновения в легкие, но и от скорости адсорбции и, главное, десорбции яда с поверхности частиц. Десорбция происходит в дыхательных путях и альвеолах и ее активность связана с физико-химическими свойствами поверхности аэрозолей и свойствами газов.

Рассматривая сочетанное действие неблагоприятных факторов физической и химической природы, следует отметить, что на высоких уровнях воздействия наблюдаются потенцирование, антагонизм и независимый эффект. На низких уровнях, как правило, наблюдаются аддитивные зависимости. Известно усиление эффекта токсического действия свинца и ртути, бензола и вибрации, карбофоса и ультрафиолетового излучения, шума и марганецсодержащих аэрозолей.

Шум и вибрация всегда усиливают токсический эффект промышленных ядов. Причиной этого является изменение функционального состояния ЦНС и сердечно-сосудистой системы. Шум усиливает токсический эффект оксида углерода, стирола, крекинг-газа и др. Вибрация, изменяя реактивность организма, повышает его чувствительность к другим факторам, например кобальту, кремниевым пылям, дихлорэтану; оксид углерода более токсичен в сочетании с вибрацией.

Ультрафиолетовое излучение, оказывая влияние на взаимодействие газов в атмосферном воздухе, способствует образованию смога. При ультрафиолетовом облучении возможна сенсибилизация организма к действию некоторых ядов, например развитие фотодерматита при загрязнении кожи кварцсодержащей пылью. Вместе с тем ультрафиолетовое облучение может понижать чувствительность организма к некоторым вредным веществам вследствие усиления окислительных процессов в организме и более быстрого обезвреживания яда. Так, токсичность оксида углерода при ультрафиолетовом облучении снижается благодаря ускоренной диссоциации карбоксигемоглобина и более быстрого выведения яда из организма.

Большое значение имеет комбинированное влияние ионизирующего излучения и химического фактора. Например, установлено, что острое воздействие ядов, вызывающее в организме гипоксию (снижение кислорода в тканях) и одновременное и последовательное действие ионизирующей радиации, сопровождается ослаблением тяжести радиационного поражения, т.е. способствует большей радиоустойчивости организма. Такой эффект замечен для оксида углерода, анилина, цианидов, а также веществ, относящихся к классу индолилалкиламинов, производных триптофана (серотонин, мексамин). К другой группе веществ, снижающих радиочувствительность биологических тканей, относятся меркаптоалкиламины. Защитное действие гипоксии и некоторых веществ наиболее выражено при воздействии гамма- и рентгеновского излучения, при нейтронном облучении, при облучении тяжелыми ядрами атомов.

Известно также усиление эффекта действия вследствие синергизма радиационного воздействия и теплоты, радиации и кислорода.

К числу радиосенсибилизирующих относятся ртуть и ее соединения, формальдегид, вещества, относящиеся к сульфогидрильным ядам.

Тяжелый физический труд сопровождается повышенной вентиляцией легких и усилением скорости кровотока, что приводит к увеличению количества яда, поступающего в организм. Кроме того, интенсивная физическая нагрузка может приводить к истощению механизмов адаптации с последующим развитием профессионально-обусловленных заболеваний.

 

Контрольные вопросы

1. Каковы природа и свойства статического электричества?

2. Какие средства коллективной защиты от статического электричества используются на производстве?

3. Как воздействует электромагнитное излучение на организм человека и методы защиты от его воздействия?

4. Что такое ультрафиолетовое излучение и его воздействие на организм человека?

5. Какие  опасные и вредные факторы воздействуют на человека при эксплуатации лазеров?

6. Как нормируется лазерное излучение и какие существуют методы защиты человека от его источников?

7. В чем заключается комбинированное действие вредных факторов на организм человека?