36. Pressione barometrica aumentata
Editor del capitolo: TJR Francesco
Sommario
Lavorare con pressione barometrica aumentata
Eric Kindwall
Dees F. Gorman
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1. Istruzioni per gli addetti all'aria compressa
2. Malattia da decompressione: classificazione rivista
37. Pressione barometrica ridotta
Editor del capitolo: Walter Dummer
Acclimatazione ventilatoria ad alta quota
John T. Reeves e John V. Weil
Effetti fisiologici della pressione barometrica ridotta
Kenneth I. Berger e William N. Rom
Considerazioni sulla salute per la gestione del lavoro ad alta quota
John B. Ovest
Prevenzione dei rischi professionali in alta quota
Walter Dummer
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38. Rischi biologici
Editor del capitolo: Zuheir Ibrahim Fakhri
Rischi biologici sul posto di lavoro
Zuheir I. Fakhri
Animali acquatici
D.Zannini
Animali velenosi terrestri
JA Rioux e B.Juminer
Caratteristiche cliniche del morso di serpente
David A. Warrell
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1. Ambienti occupazionali con agenti biologici
2. Virus, batteri, funghi e piante sul posto di lavoro
3. Gli animali come fonte di rischi professionali
39. Disastri naturali e tecnologici
Editor del capitolo: PierAlberto Bertazzi
Disastri e incidenti rilevanti
PierAlberto Bertazzi
Convenzione ILO sulla prevenzione dei principali incidenti industriali, 1993 (n. 174)
Preparazione alle catastrofi
Peter J.Baxter
Attività post-disastro
Benedetto Terracini e Ursula Ackermann-Liebrich
Problemi relativi alle condizioni meteorologiche
Jean francese
Valanghe: pericoli e misure di protezione
Gustav Pointstingl
Trasporto di materiale pericoloso: chimico e radioattivo
Donald M. Campbell
Incidenti da radiazioni
Pierre Verger e Denis Winter
Caso di studio: cosa significa dose?
Misure di salute e sicurezza sul lavoro nelle aree agricole contaminate da radionuclidi: l'esperienza di Chernobyl
Yuri Kundiev, Leonard Dobrovolsky e VI Chernyuk
Caso di studio: l'incendio della fabbrica di giocattoli Kader
Casey Cavanaugh Grant
Impatti dei disastri: lezioni dal punto di vista medico
Josè Luis Zeballos
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1. Definizioni dei tipi di disastro
2. Numero medio di vittime su 25 anni per tipo e trigger naturale per regione
3. Numero medio di vittime su 25 anni per tipo e motivo scatenante non naturale per regione
4. N. vittime medie su 25 anni per tipo di innesco naturale (1969-1993)
5. Numero medio di vittime su 25 anni per tipo di trigger non naturale (1969-1993)
6. Scatto naturale dal 1969 al 1993: eventi in 25 anni
7. Trigger non naturale dal 1969 al 1993: eventi in 25 anni
8. Trigger naturale: numero per regione globale e tipo nel 1994
9. Trigger non naturale: numero per regione globale e tipo nel 1994
10 Esempi di esplosioni industriali
11 Esempi di grandi incendi
12 Esempi di importanti rilasci tossici
13 Ruolo della gestione degli impianti a rischio maggiore nel controllo dei pericoli
14 Metodi di lavoro per la valutazione dei pericoli
15 Criteri della Direttiva CE per gli impianti a rischio elevato
16 Sostanze chimiche prioritarie utilizzate per identificare le installazioni a rischio maggiore
17 Rischi professionali legati alle condizioni meteorologiche
18 Tipici radionuclidi, con le loro emivite radioattive
19 Confronto di diversi incidenti nucleari
20 Contaminazione in Ucraina, Bielorussia e Russia dopo Chernobyl
21 Contaminazione da stronzio-90 dopo l'incidente di Khyshtym (Urali 1957)
22 Sorgenti radioattive che hanno coinvolto il grande pubblico
23 Principali incidenti che coinvolgono gli irradiatori industriali
24 Registro degli incidenti da radiazioni di Oak Ridge (USA) (in tutto il mondo, 1944-88)
25 Modello di esposizione professionale alle radiazioni ionizzanti in tutto il mondo
26 Effetti deterministici: soglie per organi selezionati
27 Pazienti con sindrome acuta da irradiazione (AIS) dopo Chernobyl
28 Studi epidemiologici sul cancro dell'irradiazione esterna ad alte dosi
29 Tumori della tiroide nei bambini in Bielorussia, Ucraina e Russia, 1981-94
30 Scala internazionale degli incidenti nucleari
31 Misure di protezione generiche per la popolazione generale
32 Criteri per le zone di contaminazione
33 Grandi disastri in America Latina e nei Caraibi, 1970-93
34 Perdite dovute a sei calamità naturali
35 Ospedali e letti d'ospedale danneggiati/distrutti da 3 gravi catastrofi
36 Vittime in 2 ospedali crollati a causa del terremoto del 1985 in Messico
37 Posti letto d'ospedale persi a causa del terremoto cileno del marzo 1985
38 Fattori di rischio per danni sismici alle infrastrutture ospedaliere
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40. Elettricità
Editor del capitolo: Dominique Foliot
Elettricità: effetti fisiologici
Dominique Foliot
Elettricità statica
Claudio Menguy
Prevenzione e norme
Renzo Comino
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1. Stime del tasso di folgorazione-1988
2. Relazioni di base in elettrostatica-Raccolta di equazioni
3. Affinità elettroniche di polimeri selezionati
4. Tipici limiti inferiori di infiammabilità
5. Onere specifico associato a operazioni industriali selezionate
6. Esempi di apparecchiature sensibili alle scariche elettrostatiche
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41. Fuoco
Editor del capitolo: Casey C. Grant
Concetti di base
Dougal Drysdale
Fonti di rischi di incendio
Tamás Banky
Misure di prevenzione incendi
Peter F.Johnson
Misure di protezione antincendio passiva
Yngve Anderberg
Misure attive di protezione antincendio
Gary Taylor
Organizzazione per la protezione antincendio
S. Deri
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1. Limiti inferiore e superiore di infiammabilità in aria
2. Punti di infiammabilità e punti di fuoco di combustibili liquidi e solidi
3. Fonti di accensione
4. Confronto delle concentrazioni di diversi gas necessari per l'inertizzazione
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42. Caldo e freddo
Editor del capitolo: Jean-Jacques Vogt
Risposte fisiologiche all'ambiente termico
W.Larry Kenney
Effetti dello stress da calore e del lavoro al caldo
Bodil Nielsen
Disturbi da calore
Tokuo Ogawa
Prevenzione dello stress da calore
Sarah A. Nunneley
Le basi fisiche del lavoro in calore
Jacques Malchaire
Valutazione dello Stress da Calore e degli Indici di Stress da Calore
Kenneth C. Parsons
Caso di studio: Indici di calore: formule e definizioni
Scambio di calore attraverso l'abbigliamento
Wouter A. Lotens
Ambienti freddi e lavoro a freddo
Ingvar Holmér, Per-Ola Granberg e Goran Dahlstrom
Prevenzione dello stress da freddo in condizioni esterne estreme
Jacques Bittel e Gustave Savourey
Indici e standard freddi
Ingvar Holmér
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1. Concentrazione di elettroliti nel plasma sanguigno e nel sudore
2. Indice di stress termico e tempi di esposizione consentiti: calcoli
3. Interpretazione dei valori dell'Heat Stress Index
4. Valori di riferimento per i criteri di sollecitazione termica e deformazione
5. Modello utilizzando la frequenza cardiaca per valutare lo stress da calore
6. Valori di riferimento WBGT
7. Pratiche di lavoro per ambienti caldi
8. Calcolo dell'indice SWreq e metodo di valutazione: equazioni
9. Descrizione dei termini utilizzati nella ISO 7933 (1989b)
10 Valori WBGT per quattro fasi di lavoro
11 Dati di base per la valutazione analitica secondo ISO 7933
12 Valutazione analitica utilizzando ISO 7933
13 Temperature dell'aria di vari ambienti lavorativi freddi
14 Durata dello stress da freddo non compensato e reazioni associate
15 Indicazione degli effetti previsti dell'esposizione al freddo lieve e grave
16 Temperatura del tessuto corporeo e prestazioni fisiche umane
17 Risposte umane al raffreddamento: reazioni indicative all'ipotermia
18 Raccomandazioni sanitarie per il personale esposto allo stress da freddo
19 Programmi di condizionamento per lavoratori esposti al freddo
20 Prevenzione e riduzione dello stress da freddo: strategie
21 Strategie e misure relative a fattori e attrezzature specifici
22 Meccanismi generali di adattamento al freddo
23 Numero di giorni in cui la temperatura dell'acqua è inferiore a 15 ºC
24 Temperature dell'aria di vari ambienti lavorativi freddi
25 Classificazione schematica del lavoro a freddo
26 Classificazione dei livelli di tasso metabolico
27 Esempi di valori di isolamento di base dell'abbigliamento
28 Classificazione della resistenza termica al raffreddamento degli indumenti
29 Classificazione della resistenza termica da contatto degli indumenti
30 Indice Wind Chill, temperatura e tempo di congelamento della carne esposta
31 Potere rinfrescante del vento sulla carne esposta
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43. Orario di lavoro
Editor del capitolo: Pietro Knauth
Ore di lavoro
Pietro Knauth
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1. Intervalli di tempo dall'inizio del lavoro a turni fino a tre malattie
2. Lavoro a turni e incidenza di disturbi cardiovascolari
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44. Qualità dell'aria interna
Editor del capitolo: Saverio Guardino Sola
Qualità dell'aria interna: introduzione
Saverio Guardino Sola
Natura e fonti di contaminanti chimici indoor
Derrick Crump
Radon
Maria José Berenguer
Fumo di tabacco
Dietrich Hoffmann e Ernst L. Wynder
Regolamento sul fumo
Saverio Guardino Sola
Misurazione e valutazione degli inquinanti chimici
M. Gracia Rosell Farrás
Contaminazione biologica
Brian Flanngan
Regolamenti, Raccomandazioni, Linee Guida e Standard
Maria José Berenguer
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1. Classificazione degli inquinanti organici indoor
2. Emissione di formaldeide da una varietà di materiali
3. Ttl. composti organici volatili concentrati, rivestimenti per pareti/pavimenti
4. Prodotti di consumo e altre fonti di prodotti organici volatili
5. Principali tipi e concentrazioni nel Regno Unito urbano
6. Misure sul campo di ossidi di azoto e monossido di carbonio
7. Agenti tossici e cancerogeni nel fumo di sigaretta
8. Agenti tossici e cancerogeni dal fumo di tabacco
9. Cotinina urinaria nei non fumatori
10 Metodologia per il prelievo dei campioni
11 Metodi di rilevamento dei gas nell'aria interna
12 Metodi utilizzati per l'analisi degli inquinanti chimici
13 Limiti di rilevamento inferiori per alcuni gas
14 Tipi di funghi che possono causare rinite e/o asma
15 Microrganismi e alveoliti allergiche estrinseche
16 Microrganismi nell'aria interna non industriale e nella polvere
17 Standard di qualità dell'aria stabiliti dall'EPA statunitense
18 Linee guida dell'OMS per il fastidio non canceroso e non olfattivo
19 Valori guida dell'OMS basati su effetti sensoriali o fastidio
20 Valori di riferimento per il radon di tre organizzazioni
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45. Controllo ambientale interno
Editor del capitolo: Juan Guasch Farras
Controllo degli ambienti interni: principi generali
A. Hernández Calleja
Aria interna: metodi per il controllo e la pulizia
E. Adán Liébana e A. Hernández Calleja
Scopi e principi della ventilazione generale e di diluizione
Emilio Castejon
Criteri di ventilazione per edifici non industriali
A. Hernández Calleja
Impianti di Riscaldamento e Condizionamento
F. Ramos Pérez e J. Guasch Farrás
Aria interna: ionizzazione
E. Adán Liébana e J. Guasch Farrás
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1. I più comuni inquinanti indoor e le loro fonti
2. Requisiti di base: sistema di ventilazione per diluizione
3. Misure di controllo e loro effetti
4. Adeguamenti all'ambiente di lavoro e agli effetti
5. Efficacia dei filtri (standard ASHRAE 52-76)
6. Reagenti usati come assorbenti per contaminanti
7. Livelli di qualità dell'aria indoor
8. Contaminazione dovuta agli occupanti di un edificio
9. Grado di occupazione dei diversi edifici
10 Contaminazione dovuta all'edificio
11 Livelli di qualità dell'aria esterna
12 Norme proposte per i fattori ambientali
13 Temperature di comfort termico (basate su Fanger)
14 Caratteristiche degli ioni
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46. Illuminazione
Editor del capitolo: Juan Guasch Farras
Tipi di lampade e illuminazione
Richard Forster
Condizioni richieste per Visual
Fernando Ramos Pérez e Ana Hernández Calleja
Condizioni generali di illuminazione
N.Alan Smith
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1. Potenza e potenza migliorate di circa 1,500 mm lampade a tubo fluorescente
2. Tipica efficacia della lampada
3. International Lamp Coding System (ILCOS) per alcuni tipi di lampade
4. Colori e forme comuni delle lampade a incandescenza e codici ILCOS
5. Tipi di lampade al sodio ad alta pressione
6. Contrasti di colore
7. Fattori di riflessione di diversi colori e materiali
8. Livelli raccomandati di illuminamento mantenuto per luoghi/attività
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47. rumore
Editor del capitolo: Alice H.Suter
La natura e gli effetti del rumore
Alice H.Suter
Misurazione del rumore e valutazione dell'esposizione
Eduard I. Denisov e il tedesco A. Suvorov
Ingegneria del controllo del rumore
Dennis P. Driscoll
Programmi per la conservazione dell'udito
Larry H. Royster e Julia Doswell Royster
Norme e regolamenti
Alice H.Suter
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1. Limiti di esposizione ammissibili (PEL) per l'esposizione al rumore, per nazione
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48. Radiazioni: ionizzanti
Editor del capitolo: Robert N. Cherry, Jr.
Introduzione
Robert N. Cherry, Jr.
Biologia delle radiazioni ed effetti biologici
Arthur C. Upton
Fonti di radiazioni ionizzanti
Robert N. Cherry, Jr.
Progettazione del posto di lavoro per la sicurezza dalle radiazioni
Gordon M.Lodde
Sicurezza contro le radiazioni
Robert N. Cherry, Jr.
Pianificazione e gestione degli incidenti da radiazioni
Sydney W.Porter, Jr.
49. Radiazioni non ionizzanti
Editor del capitolo: Bengt Fante
Campi elettrici e magnetici ed esiti sanitari
Bengt Fante
Lo spettro elettromagnetico: caratteristiche fisiche di base
Kjell Hansson Mite
Radiazioni ultraviolette
David H. Sliney
Radiazione infrarossa
R. Matteo
Luce e radiazione infrarossa
David H. Sliney
Laser
David H. Sliney
Campi a radiofrequenza e microonde
Kjell Hansson Mite
Campi elettrici e magnetici VLF ed ELF
Michael H. Repacholi
Campi elettrici e magnetici statici
Martino Grandolfo
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1. Sorgenti ed esposizioni per IR
2. Funzione di rischio termico retinico
3. Limiti di esposizione per laser tipici
4. Applicazioni di apparecchiature che utilizzano una gamma da >0 a 30 kHz
5. Fonti occupazionali di esposizione ai campi magnetici
6. Effetti delle correnti che attraversano il corpo umano
7. Effetti biologici di vari intervalli di densità di corrente
8. Limiti di esposizione professionale-campi elettrici/magnetici
9. Studi su animali esposti a campi elettrici statici
10 Principali tecnologie e grandi campi magnetici statici
11 Raccomandazioni ICNIRP per campi magnetici statici
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50. Vibrazione
Editor del capitolo: Michael J.Griffin
Vibrazione
Michael J.Griffin
Vibrazione di tutto il corpo
Helmut Seidel e Michael J. Griffin
Vibrazione trasmessa a mano
Massimo Bovenzi
Chinetosi
Alan J.Benson
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1. Attività con effetti negativi di vibrazioni a tutto il corpo
2. Misure preventive per le vibrazioni trasmesse al corpo intero
3. Esposizioni a vibrazioni trasmesse a mano
4. Fasi, scala Workshop di Stoccolma, sindrome da vibrazione mano-braccio
5. Fenomeno di Raynaud e sindrome da vibrazione mano-braccio
6. Valori limite di soglia per le vibrazioni trasmesse dalla mano
7. Direttiva del Consiglio dell'Unione Europea: vibrazioni trasmesse dalla mano (1994)
8. Grandezze di vibrazione per lo sbiancamento delle dita
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51. Violenza
Editor del capitolo: Leon J.Warshaw
Violenza sul posto di lavoro
Leon J.Warshaw
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1. Tassi più alti di omicidio sul lavoro, luoghi di lavoro negli Stati Uniti, 1980-1989
2. I più alti tassi di omicidio sul lavoro Occupazioni USA, 1980-1989
3. Fattori di rischio per gli omicidi sul lavoro
4. Guide per i programmi per prevenire la violenza sul posto di lavoro
52. Unità di visualizzazione visiva
Editor del capitolo: Diana Berthelette
Panoramica
Diana Berthelette
Caratteristiche delle postazioni di lavoro con display visivo
Ahmet Çakir
Problemi oculari e visivi
Paule Rey e Jean-Jacques Meyer
Rischi riproduttivi - Dati sperimentali
Ulf Bergqvist
Effetti riproduttivi - Prove umane
Claire Infante-Rivard
Caso di studio: una sintesi degli studi sugli esiti riproduttivi
Disordini muscolo-scheletrici
Gabriele Bammer
Problemi di pelle
Mats Berg e Sture Lidén
Aspetti psicosociali del lavoro al videoterminale
Michael J. Smith e Pascale Carayon
Aspetti ergonomici dell'interazione uomo-computer
Jean-Marc Robert
Standard di ergonomia
Tom FM Stewart
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1. Distribuzione di computer in varie regioni
2. Frequenza e importanza degli elementi dell'attrezzatura
3. Prevalenza dei sintomi oculari
4. Studi teratologici su ratti o topi
5. Studi teratologici su ratti o topi
6. Uso di videoterminali come fattore di esiti avversi della gravidanza
7. Le analisi da studiare provocano problemi muscoloscheletrici
8. Fattori ritenuti responsabili di problemi muscoloscheletrici
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Per quanto riguarda il riscaldamento, le esigenze di una determinata persona dipenderanno da molti fattori. Possono essere classificati in due gruppi principali, quelli legati all'ambiente circostante e quelli legati ai fattori umani. Tra quelli relativi all'ambiente si possono annoverare la geografia (latitudine e altitudine), il clima, il tipo di esposizione dello spazio in cui si trova la persona, o le barriere che proteggono lo spazio dall'ambiente esterno, ecc. Tra i fattori umani ci sono il il consumo energetico del lavoratore, il ritmo di lavoro o la quantità di sforzo necessario per il lavoro, l'abbigliamento o gli indumenti utilizzati contro il freddo e le preferenze o i gusti personali.
La necessità di riscaldamento è stagionale in molte regioni, ma ciò non significa che il riscaldamento sia superfluo durante la stagione fredda. Le condizioni ambientali fredde influenzano la salute, l'efficienza mentale e fisica, la precisione e occasionalmente possono aumentare il rischio di incidenti. L'obiettivo di un sistema di riscaldamento è mantenere condizioni termiche piacevoli che prevengano o riducano al minimo gli effetti negativi sulla salute.
Le caratteristiche fisiologiche del corpo umano gli consentono di resistere a grandi variazioni delle condizioni termiche. Gli esseri umani mantengono il loro equilibrio termico attraverso l'ipotalamo, per mezzo di recettori termici nella pelle; la temperatura corporea è mantenuta tra 36 e 38°C come mostrato in figura 1.
Figura 1. Meccanismi di termoregolazione nell'uomo
Gli impianti di riscaldamento devono avere meccanismi di controllo molto precisi, soprattutto nei casi in cui i lavoratori svolgono le loro mansioni in posizione seduta o fissa che non stimoli la circolazione sanguigna alle estremità. Laddove il lavoro svolto consente una certa mobilità, il controllo del sistema può essere un po' meno preciso. Infine, laddove il lavoro svolto avvenga in condizioni anormalmente avverse, come in celle frigorifere o in condizioni climatiche molto rigide, possono essere intraprese misure di supporto per proteggere tessuti speciali, per regolare il tempo trascorso in tali condizioni o per fornire calore mediante sistemi elettrici incorporati nelle vesti del lavoratore.
Definizione e descrizione dell'ambiente termico
Un requisito che si può esigere da qualsiasi impianto di riscaldamento o condizionamento correttamente funzionante è che esso permetta il controllo delle variabili che definiscono l'ambiente termico, entro determinati limiti, per ogni stagione dell'anno. Queste variabili sono
È stato dimostrato che esiste una relazione molto semplice tra la temperatura dell'aria e delle superfici murarie di un dato ambiente e le temperature che forniscono la stessa sensazione termica percepita in un ambiente diverso. Questa relazione può essere espressa come
where
Tmangiare = temperatura dell'aria equivalente per una data sensazione termica
TDBT = temperatura dell'aria misurata con termometro a bulbo secco
Tramo = temperatura superficiale media misurata delle pareti.
Ad esempio, se in un dato ambiente l'aria e le pareti sono a 20°C, la temperatura equivalente sarà di 20°C, e la sensazione di calore percepita sarà la stessa di una stanza dove la temperatura media delle pareti è 15°C e la temperatura dell'aria è 25°C, perché quella stanza avrebbe la stessa temperatura equivalente. Dal punto di vista della temperatura, la sensazione percepita di comfort termico sarebbe la stessa.
Proprietà dell'aria umida
Nella realizzazione di un piano di climatizzazione, tre cose che devono essere prese in considerazione sono lo stato termodinamico dell'aria nell'ambiente dato, dell'aria esterna e dell'aria che verrà immessa nell'ambiente. La scelta di un sistema in grado di trasformare le proprietà termodinamiche dell'aria immessa nell'ambiente sarà poi basata sui carichi termici esistenti di ciascun componente. Abbiamo quindi bisogno di conoscere le proprietà termodinamiche dell'aria umida. Sono i seguenti:
TDBT = la lettura della temperatura a bulbo secco, misurata con un termometro isolato dal calore irradiato
TDPT = la lettura della temperatura del punto di rugiada. Questa è la temperatura alla quale l'aria secca non satura raggiunge il punto di saturazione
W = un rapporto di umidità che va da zero per l'aria secca a Ws per aria satura. Si esprime in kg di vapore acqueo per kg di aria secca
RH = umidità relativa
t* = temperatura termodinamica a bulbo umido
v = volume specifico di aria e vapore acqueo (espresso in unità di m3/kg). È l'inverso della densità
H = entalpia, kcal/kg di aria secca e vapore acqueo associato.
Delle suddette variabili, solo tre sono direttamente misurabili. Sono la lettura della temperatura a bulbo secco, la lettura della temperatura del punto di rugiada e l'umidità relativa. Esiste una quarta variabile misurabile sperimentalmente, definita come la temperatura di bulbo umido. La temperatura del bulbo umido viene misurata con un termometro il cui bulbo è stato inumidito e che viene mosso, tipicamente con l'ausilio di un'imbracatura, attraverso aria umida non satura a velocità moderata. Questa variabile differisce di una quantità insignificante dalla temperatura termodinamica a bulbo secco (3 per cento), quindi entrambe possono essere utilizzate per i calcoli senza sbagliare troppo.
Diagramma psicrometrico
Le proprietà definite nella sezione precedente sono funzionalmente correlate e possono essere rappresentate in forma grafica. Questa rappresentazione grafica è chiamata diagramma psicrometrico. È un grafico semplificato derivato dalle tabelle dell'American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers (ASHRAE). L'entalpia e il grado di umidità sono riportati sulle coordinate del diagramma; le linee tracciate mostrano temperature secche e umide, umidità relativa e volume specifico. Con il diagramma psicrometrico, conoscendo due qualsiasi delle suddette variabili è possibile ricavare tutte le proprietà dell'aria umida.
Condizioni per il comfort termico
Il comfort termico è definito come uno stato d'animo che esprime soddisfazione per l'ambiente termico. È influenzato da fattori fisici e fisiologici.
È difficile prescrivere condizioni generali che dovrebbero essere soddisfatte per il comfort termico perché le condizioni differiscono nelle varie situazioni di lavoro; condizioni diverse potrebbero anche essere richieste per lo stesso posto di lavoro quando è occupato da persone diverse. Una norma tecnica per le condizioni termiche necessarie per il comfort non può essere applicata a tutti i paesi a causa delle diverse condizioni climatiche e delle loro diverse usanze che regolano l'abbigliamento.
Sono stati effettuati studi con lavoratori che svolgono lavori manuali leggeri, stabilendo una serie di criteri di temperatura, velocità e umidità che sono riportati nella tabella 1 (Bedford e Chrenko 1974).
Tabella 1. Norme proposte per i fattori ambientali
Fattore ambientale |
Norma proposta |
Temperatura dell'aria |
21 ° C |
Temperatura media radiante |
≥ 21°C |
Umidità relativa |
30-70% |
Velocità del flusso d'aria |
0.05–0.1 metri/secondo |
Gradiente di temperatura (dalla testa ai piedi) |
≤ 2.5 ° C |
I fattori di cui sopra sono correlati, richiedendo una temperatura dell'aria più bassa nei casi in cui vi è un'elevata radiazione termica e richiedendo una temperatura dell'aria più elevata quando anche la velocità del flusso d'aria è maggiore.
In generale, le correzioni da effettuare sono le seguenti:
La temperatura dell'aria dovrebbe essere aumentata:
La temperatura dell'aria dovrebbe essere ridotta:
Per una buona sensazione di comfort termico la situazione più auspicabile è quella in cui la temperatura dell'ambiente è leggermente superiore alla temperatura dell'aria, e dove il flusso di energia termica radiante è uguale in tutte le direzioni e non è eccessivo in alto. L'aumento della temperatura in base all'altezza dovrebbe essere ridotto al minimo, mantenendo i piedi caldi senza creare un eccessivo carico termico sopra la testa. Un fattore importante che incide sulla sensazione di comfort termico è la velocità del flusso d'aria. Esistono diagrammi che riportano le velocità dell'aria consigliate in funzione dell'attività che si sta svolgendo e del tipo di abbigliamento utilizzato (figura 2).
Figura 2. Zone di comfort basate sulle letture delle temperature complessive e della velocità delle correnti d'aria
In alcuni paesi esistono norme per le temperature ambientali minime, ma i valori ottimali non sono ancora stati stabiliti. Tipicamente, il valore massimo per la temperatura dell'aria è di 20°C. Con i recenti miglioramenti tecnici, la complessità della misurazione del comfort termico è aumentata. Sono apparsi molti indici, tra cui l'indice di temperatura effettiva (ET) e l'indice di temperatura effettiva corretta (CET); l'indice di sovraccarico calorico; l'indice di stress da calore (HSI); la temperatura del globo a bulbo umido (WBGT); e l'indice Fanger dei valori mediani (IMV), tra gli altri. L'indice WBGT permette di determinare gli intervalli di riposo richiesti in funzione dell'intensità del lavoro svolto in modo da precludere lo stress termico in condizioni di lavoro. Questo è discusso più ampiamente nel capitolo Caldo e freddo.
Zona di comfort termico in un diagramma psicrometrico
L'intervallo sul diagramma psicrometrico corrispondente alle condizioni in cui un adulto percepisce il comfort termico è stato attentamente studiato ed è stato definito nella norma ASHRAE in base alla temperatura effettiva, definita come la temperatura misurata con un termometro a bulbo secco in una stanza uniforme con 50 percentuale di umidità relativa, dove le persone avrebbero lo stesso scambio di calore per energia radiante, convezione ed evaporazione che avrebbero con il livello di umidità nel dato ambiente locale. La scala della temperatura effettiva è definita da ASHRAE per un livello di abbigliamento di 0.6 clo—clo è un'unità di isolamento; 1 clo corrisponde all'isolamento fornito da un normale set di indumenti, che presuppone un livello di isolamento termico di 0.155 K m2W-1, dove K è lo scambio di calore per conduzione misurato in Watt per metro quadro (W m-2) per un movimento d'aria di 0.2 ms-1 (a riposo), per un'esposizione di un'ora ad una attività sedentaria prescelta di 1 met (unità di tasso metabolico=50 Kcal/m2h). Questa zona di comfort è mostrata nella figura 2 e può essere utilizzata per ambienti termici in cui la temperatura misurata dal calore radiante è approssimativamente uguale alla temperatura misurata da un termometro a bulbo secco e dove la velocità del flusso d'aria è inferiore a 0.2 ms-1 per persone vestite con abiti leggeri e che svolgono attività sedentarie.
Formula del comfort: il metodo Fanger
Il metodo sviluppato da PO Fanger si basa su una formula che mette in relazione variabili di temperatura ambiente, temperatura media radiante, velocità relativa del flusso d'aria, pressione del vapore acqueo nell'aria ambiente, livello di attività e resistenza termica dell'abbigliamento indossato. Un esempio derivato dalla formula comfort è riportato in tabella 2, utilizzabile nelle applicazioni pratiche per ottenere una temperatura confortevole in funzione dell'abbigliamento indossato, del tasso metabolico dell'attività svolta e della velocità del flusso d'aria.
Tabella 2. Temperature di comfort termico (°C), al 50% di umidità relativa (in base alla formula di PO Fanger)
Metabolismo (Watt) |
105 |
|||
Temperatura radiante |
clo |
20 ° C |
25 ° C |
30 ° C |
Abbigliamento (clo) |
|
|
|
|
0.5 |
30.5 |
29.0 |
27.0 |
|
1.5 |
30.6 |
29.5 |
28.3 |
|
Abbigliamento (clo) |
|
|
|
|
0.5 |
26.7 |
24.3 |
22.7 |
|
1.5 |
27.0 |
25.7 |
24.5 |
|
Metabolismo (Watt) |
157 |
|||
Temperatura radiante |
clo |
20 ° C |
25 ° C |
30 ° C |
Abbigliamento (clo) |
|
|
|
|
0.5 |
23.0 |
20.7 |
18.3 |
|
1.5 |
23.5 |
23.3 |
22.0 |
|
Abbigliamento (clo) |
|
|
|
|
0.5 |
16.0 |
14.0 |
11.5 |
|
1.5 |
18.3 |
17.0 |
15.7 |
|
Metabolismo (Watt) |
210 |
|||
Temperatura radiante |
clo |
20 ° C |
25 ° C |
30 ° C |
Abbigliamento (clo) |
|
|
|
|
0.5 |
15.0 |
13.0 |
7.4 |
|
1.5 |
18.3 |
17.0 |
16.0 |
|
Abbigliamento (clo) |
|
|
|
|
0.5 |
-1.5 |
-3.0 |
/ |
|
1.5 |
-5.0 |
2.0 |
1.0 |
Sistemi di riscaldamento
La progettazione di qualsiasi sistema di riscaldamento dovrebbe essere direttamente correlata al lavoro da eseguire e alle caratteristiche dell'edificio in cui verrà installato. Difficile trovare, nel caso di edifici industriali, progetti in cui si tenga conto del fabbisogno termico dei lavoratori, spesso perché i processi e le postazioni di lavoro sono ancora da definire. Normalmente i sistemi sono progettati con un range molto libero, considerando solo i carichi termici che esisteranno nell'edificio e la quantità di calore che deve essere fornita per mantenere una data temperatura all'interno dell'edificio, indipendentemente dalla distribuzione del calore, dalla situazione delle postazioni di lavoro e altri fattori altrettanto meno generali. Ciò porta a carenze nella progettazione di alcuni edifici che si traducono in carenze come punti freddi, correnti d'aria, un numero insufficiente di elementi riscaldanti e altri problemi.
Per concludere con un buon sistema di riscaldamento nella progettazione di un edificio, le seguenti sono alcune delle considerazioni che dovrebbero essere affrontate:
Quando il riscaldamento è fornito da bruciatori senza camini di scarico, si dovrà prestare particolare attenzione all'inalazione dei prodotti della combustione. Normalmente, quando i materiali combustibili riscaldano olio, gas o coke, producono anidride solforosa, ossidi di azoto, monossido di carbonio e altri prodotti di combustione. Esistono limiti di esposizione umana per questi composti e dovrebbero essere controllati, specialmente in spazi chiusi dove la concentrazione di questi gas può aumentare rapidamente e l'efficienza della reazione di combustione può diminuire.
La progettazione di un impianto di riscaldamento comporta sempre il bilanciamento di diverse considerazioni, come il basso costo iniziale, la flessibilità del servizio, l'efficienza energetica e l'applicabilità. Pertanto, l'uso dell'elettricità durante le ore non di punta, quando potrebbe essere più economico, ad esempio, potrebbe rendere i riscaldatori elettrici convenienti. Un'altra opzione è l'utilizzo di sistemi chimici per l'accumulo di calore che possono poi essere utilizzati durante i picchi di domanda (utilizzando solfuro di sodio, ad esempio). È anche possibile studiare il posizionamento di più sistemi diversi insieme, facendoli funzionare in modo tale da poterne ottimizzare i costi.
Particolarmente interessante è l'installazione di riscaldatori in grado di utilizzare gas o olio combustibile. L'uso diretto dell'elettricità significa consumare energia di prima classe che può rivelarsi costosa in molti casi, ma che può consentire la flessibilità necessaria in determinate circostanze. Le pompe di calore e gli altri sistemi di cogenerazione che sfruttano il calore residuo possono permettersi soluzioni che possono essere molto vantaggiose dal punto di vista economico. Il problema di questi sistemi è il loro alto costo iniziale.
Oggi la tendenza degli impianti di riscaldamento e condizionamento è quella di puntare al funzionamento ottimale e al risparmio energetico. I nuovi sistemi prevedono quindi sensori e comandi distribuiti negli ambienti da riscaldare, ottenendo un apporto di calore solo nei tempi necessari per ottenere il comfort termico. Questi sistemi possono far risparmiare fino al 30% dei costi energetici del riscaldamento. La figura 3 mostra alcuni dei sistemi di riscaldamento disponibili, indicandone le caratteristiche positive e gli svantaggi.
Figura 3. Caratteristiche dei sistemi di riscaldamento più diffusi nei cantieri
Impianti di climatizzazione
L'esperienza mostra che gli ambienti industriali che sono vicini alla zona di comfort durante i mesi estivi aumentano la produttività, tendono a registrare meno infortuni, hanno un minore assenteismo e, in generale, contribuiscono a migliorare le relazioni umane. Nel caso di esercizi commerciali, ospedali ed edifici di grandi superfici, la climatizzazione necessita solitamente di essere orientata per poter fornire il comfort termico quando le condizioni esterne lo richiedono.
In alcuni ambienti industriali in cui le condizioni esterne sono molto severe, l'obiettivo dei sistemi di riscaldamento è orientato più a fornire calore sufficiente per prevenire possibili effetti negativi sulla salute che a fornire calore sufficiente per un ambiente termico confortevole. Fattori che vanno attentamente monitorati sono la manutenzione e il corretto utilizzo degli impianti di climatizzazione, soprattutto se dotati di umidificatori, perché possono diventare fonti di contaminazione microbica con i rischi che questi contaminanti possono comportare per la salute umana.
Oggi i sistemi di ventilazione e climatizzazione tendono a coprire, congiuntamente e spesso utilizzando lo stesso impianto, le esigenze di riscaldamento, refrigerazione e condizionamento dell'aria di un edificio. Classificazioni multiple possono essere utilizzate per i sistemi di refrigerazione.
A seconda della configurazione del sistema possono essere classificati nel modo seguente:
A seconda della copertura che forniscono, possono essere classificati nel modo seguente:
I problemi che più frequentemente affliggono queste tipologie di impianti sono l'eccessivo riscaldamento o raffrescamento se l'impianto non è adeguato a rispondere alle variazioni dei carichi termici, oppure la mancanza di ventilazione se l'impianto non immette una minima quantità di aria esterna per rinnovare la circolazione aria interna. Questo crea ambienti interni viziati in cui la qualità dell'aria si deteriora.
Gli elementi base di tutti i sistemi di climatizzazione sono (vedi anche figura 4):
Figura 4. Schema semplificato del sistema di climatizzazione
La ionizzazione è una delle tecniche utilizzate per eliminare il particolato dall'aria. Gli ioni agiscono come nuclei di condensazione per piccole particelle che, aderendo tra loro, crescono e precipitano.
La concentrazione di ioni negli ambienti interni chiusi è, in linea generale e in assenza di ulteriori fonti di ioni, inferiore a quella degli ambienti aperti. Da qui la convinzione che l'aumento della concentrazione di ioni negativi nell'aria interna migliori la qualità dell'aria.
Alcuni studi basati su dati epidemiologici e su ricerche sperimentali pianificate affermano che l'aumento della concentrazione di ioni negativi negli ambienti di lavoro porta a una migliore efficienza dei lavoratori e migliora l'umore dei dipendenti, mentre gli ioni positivi hanno un effetto negativo. Tuttavia, studi paralleli mostrano che i dati esistenti sugli effetti della ionizzazione negativa sulla produttività dei lavoratori sono incoerenti e contraddittori. Pertanto, sembra che non sia ancora possibile affermare inequivocabilmente che la generazione di ioni negativi sia realmente benefica.
Ionizzazione naturale
Le singole molecole di gas nell'atmosfera possono ionizzarsi negativamente acquistando o positivamente perdendo un elettrone. Affinché ciò avvenga, una data molecola deve prima guadagnare abbastanza energia, solitamente chiamata energia ionizzata di quella particolare molecola. Esistono in natura molte fonti di energia, sia di origine cosmica che terrestre, in grado di produrre questo fenomeno: radiazione di fondo nell'atmosfera; onde elettromagnetiche solari (soprattutto ultraviolette), raggi cosmici, atomizzazione di liquidi come gli spruzzi provocati dalle cascate, movimento di grandi masse d'aria sulla superficie terrestre, fenomeni elettrici come fulmini e tempeste, processo di combustione e sostanze radioattive .
Le configurazioni elettriche degli ioni che si formano in questo modo, pur non essendo ancora del tutto note, sembrano includere gli ioni di carbonatazione e H+, H3O+, O+, N+, OH-, H2O- E O2-. Queste molecole ionizzate possono aggregarsi per adsorbimento su particelle sospese (nebbia, silice e altri contaminanti). Gli ioni sono classificati in base alla loro dimensione e alla loro mobilità. Quest'ultima è definita come una velocità in un campo elettrico espressa come unità come centimetri al secondo per tensione per centimetro (cm/s/V/cm), o, più compattamente,
Gli ioni atmosferici tendono a scomparire per ricombinazione. La loro emivita dipende dalle loro dimensioni ed è inversamente proporzionale alla loro mobilità. Gli ioni negativi sono statisticamente più piccoli e la loro emivita è di alcuni minuti, mentre gli ioni positivi sono più grandi e la loro emivita è di circa mezz'ora. Il carica spaziale è il quoziente della concentrazione di ioni positivi e la concentrazione di ioni negativi. Il valore di questa relazione è maggiore di uno e dipende da fattori quali il clima, la località e la stagione dell'anno. Negli spazi abitativi questo coefficiente può assumere valori inferiori a uno. Le caratteristiche sono riportate nella tabella 1.
Tabella 1. Caratteristiche degli ioni di data mobilità e diametro
Mobilità (cm2/vs) |
Diametro (mm) |
Caratteristiche |
3.0-0.1 |
0.001-0.003 |
Piccolo, alta mobilità, vita breve |
0.1-0.005 |
0.003-0.03 |
Intermedio, più lento dei piccoli ioni |
0.005-0.002 |
> 0.03 |
Ioni lenti, aggregati su particolato |
Ionizzazione artificiale
L'attività umana modifica la ionizzazione naturale dell'aria. La ionizzazione artificiale può essere causata da processi e incendi industriali e nucleari. Il particolato sospeso in aria favorisce la formazione di ioni Langevin (ioni aggregati sul particolato). I radiatori elettrici aumentano notevolmente la concentrazione di ioni positivi. I condizionatori d'aria aumentano anche la carica spaziale dell'aria interna.
I luoghi di lavoro dispongono di macchinari che producono contemporaneamente ioni positivi e negativi, come nel caso di macchine che sono importanti fonti locali di energia meccanica (presse, macchine per filatura e tessitura), energia elettrica (motori, stampanti elettroniche, fotocopiatrici, linee e impianti ad alta tensione ), energia elettromagnetica (schermi a raggi catodici, televisori, monitor di computer) o energia radioattiva (terapia con cobalto-42). Questi tipi di apparecchiature creano ambienti con concentrazioni più elevate di ioni positivi a causa della maggiore emivita di quest'ultimo rispetto agli ioni negativi.
Concentrazioni ambientali di ioni
Le concentrazioni di ioni variano a seconda delle condizioni ambientali e meteorologiche. Nelle zone poco inquinate, come boschi e montagne, oa grandi altitudini, cresce la concentrazione di piccoli ioni; nelle aree vicine a sorgenti radioattive, cascate o rapide fluviali le concentrazioni possono raggiungere migliaia di piccoli ioni per centimetro cubo. In prossimità del mare e quando i livelli di umidità sono elevati, invece, c'è un eccesso di ioni grossi. In generale, la concentrazione media di ioni negativi e positivi nell'aria pulita è rispettivamente di 500 e 600 ioni per centimetro cubo.
Alcuni venti possono trasportare grandi concentrazioni di ioni positivi: il Föhn in Svizzera, il Santa Ana negli Stati Uniti, lo Scirocco in Nord Africa, il Chinook nelle Montagne Rocciose e lo Sharav in Medio Oriente.
Nei luoghi di lavoro in cui non sono presenti fattori ionizzanti significativi si verifica spesso un accumulo di ioni di grandi dimensioni. Ciò è particolarmente vero, ad esempio, nei luoghi ermeticamente chiusi e nelle miniere. La concentrazione di ioni negativi diminuisce sensibilmente negli ambienti interni e nelle zone contaminate o polverose. Sono molte le ragioni per cui la concentrazione di ioni negativi diminuisce anche negli ambienti interni dotati di impianti di climatizzazione. Uno dei motivi è che gli ioni negativi rimangono intrappolati nei condotti dell'aria e nei filtri dell'aria o sono attratti da superfici caricate positivamente. Schermi a raggi catodici e monitor di computer, ad esempio, sono caricati positivamente, creando nelle loro immediate vicinanze un microclima carente di ioni negativi. Anche i sistemi di filtrazione dell'aria progettati per le “camere bianche” che richiedono livelli minimi di contaminazione da particolato sembrano eliminare gli ioni negativi.
Al contrario, un eccesso di umidità condensa gli ioni, mentre una sua mancanza crea ambienti secchi con grandi quantità di cariche elettrostatiche. Queste cariche elettrostatiche si accumulano nelle fibre plastiche e sintetiche, sia nell'ambiente che sulle persone.
Generatori di ioni
I generatori ionizzano l'aria fornendo una grande quantità di energia. Questa energia può provenire da una sorgente di radiazione alfa (come il trizio) o da una sorgente di elettricità mediante l'applicazione di un'alta tensione a un elettrodo appuntito. Le sorgenti radioattive sono vietate nella maggior parte dei paesi a causa dei problemi secondari della radioattività.
I generatori elettrici sono costituiti da un elettrodo appuntito circondato da una corona; l'elettrodo è alimentato con una tensione negativa di migliaia di volt e la corona è collegata a terra. Gli ioni negativi vengono espulsi mentre gli ioni positivi sono attratti dal generatore. La quantità di ioni negativi generati aumenta in proporzione alla tensione applicata e al numero di elettrodi che contiene. I generatori che hanno un numero maggiore di elettrodi e utilizzano una tensione inferiore sono più sicuri, perché quando la tensione supera gli 8,000-10,000 volt il generatore produrrà non solo ioni, ma anche ozono e alcuni protossido di azoto. La diffusione degli ioni è ottenuta per repulsione elettrostatica.
La migrazione degli ioni dipenderà dall'allineamento del campo magnetico generato tra il punto di emissione e gli oggetti che lo circondano. La concentrazione di ioni che circondano i generatori non è omogenea e diminuisce notevolmente all'aumentare della distanza da essi. I ventilatori installati in questa apparecchiatura aumenteranno la zona di dispersione ionica. È importante ricordare che gli elementi attivi dei generatori devono essere puliti periodicamente per garantire il corretto funzionamento.
I generatori possono anche essere basati sull'atomizzazione dell'acqua, sugli effetti termoelettrici o sui raggi ultravioletti. Ci sono molti diversi tipi e dimensioni di generatori. Possono essere installati su soffitti e pareti o possono essere posizionati ovunque se sono di tipo piccolo e portatile.
Misurare gli ioni
I dispositivi di misurazione degli ioni sono realizzati posizionando due piastre conduttive a 0.75 cm di distanza e applicando una tensione variabile. Gli ioni raccolti vengono misurati da un picoamperemetro e viene registrata l'intensità della corrente. Le tensioni variabili consentono la misurazione delle concentrazioni di ioni con diverse mobilità. La concentrazione di ioni (N) è calcolato dall'intensità della corrente elettrica generata utilizzando la seguente formula:
where I è la corrente in ampere, V è la velocità del flusso d'aria, q è la carica di uno ione univalente (1.6x10-19) in Coulomb e A è l'area effettiva delle piastre del collettore. Si presume che tutti gli ioni abbiano una singola carica e che siano tutti trattenuti nel collettore. Va tenuto presente che questo metodo ha i suoi limiti dovuti alla corrente di fondo e all'influenza di altri fattori quali umidità e campi di elettricità statica.
Gli effetti degli ioni sul corpo
I piccoli ioni negativi sono quelli che dovrebbero avere il maggiore effetto biologico a causa della loro maggiore mobilità. Alte concentrazioni di ioni negativi possono uccidere o bloccare la crescita di patogeni microscopici, ma non sono stati descritti effetti avversi sull'uomo.
Alcuni studi suggeriscono che l'esposizione ad alte concentrazioni di ioni negativi produce cambiamenti biochimici e fisiologici in alcune persone che hanno un effetto rilassante, riducono la tensione e il mal di testa, migliorano la vigilanza e riducono i tempi di reazione. Questi effetti potrebbero essere dovuti alla soppressione dell'ormone neurale serotonina (5-HT) e dell'istamina in ambienti carichi di ioni negativi; questi fattori potrebbero influenzare un segmento ipersensibile della popolazione. Tuttavia, altri studi giungono a conclusioni diverse sugli effetti degli ioni negativi sul corpo. Pertanto, i vantaggi della ionizzazione negativa sono ancora aperti al dibattito e sono necessari ulteriori studi prima che la questione venga decisa.
Una lampada è un convertitore di energia. Sebbene possa svolgere funzioni secondarie, il suo scopo principale è la trasformazione dell'energia elettrica in radiazione elettromagnetica visibile. Ci sono molti modi per creare luce. Il metodo standard per creare l'illuminazione generale è la conversione dell'energia elettrica in luce.
Tipi di luce
Incandescenza
Quando i solidi ei liquidi vengono riscaldati, emettono radiazioni visibili a temperature superiori a 1,000 K; questo è noto come incandescenza.
Tale riscaldamento è alla base della generazione della luce nelle lampade a incandescenza: una corrente elettrica passa attraverso un sottile filo di tungsteno, la cui temperatura sale da circa 2,500 a 3,200 K, a seconda del tipo di lampada e della sua applicazione.
C'è un limite a questo metodo, che è descritto dalla legge di Planck per le prestazioni di un radiatore a corpo nero, secondo cui la distribuzione spettrale dell'energia irradiata aumenta con la temperatura. A circa 3,600 K e oltre, c'è un marcato guadagno nell'emissione di radiazione visibile e la lunghezza d'onda della massima potenza si sposta nella banda visibile. Questa temperatura è vicina al punto di fusione del tungsteno, che viene utilizzato per il filamento, quindi il limite di temperatura pratica è di circa 2,700 K, oltre il quale l'evaporazione del filamento diventa eccessiva. Un risultato di questi spostamenti spettrali è che gran parte della radiazione emessa non viene emessa come luce ma come calore nella regione dell'infrarosso. Le lampade a incandescenza possono quindi essere efficaci dispositivi di riscaldamento e vengono utilizzate in lampade progettate per l'essiccazione della stampa, la preparazione del cibo e l'allevamento di animali.
Scarica elettrica
La scarica elettrica è una tecnica utilizzata nelle moderne sorgenti luminose per il commercio e l'industria a causa della produzione più efficiente di luce. Alcuni tipi di lampade combinano la scarica elettrica con la fotoluminescenza.
Una corrente elettrica fatta passare attraverso un gas ecciterà gli atomi e le molecole ad emettere radiazioni di uno spettro che è caratteristico degli elementi presenti. Sono comunemente usati due metalli, sodio e mercurio, perché le loro caratteristiche danno radiazioni utili all'interno dello spettro visibile. Nessuno dei due metalli emette uno spettro continuo e le lampade a scarica hanno spettri selettivi. La loro resa cromatica non sarà mai identica agli spettri continui. Le lampade a scarica sono spesso classificate come ad alta pressione oa bassa pressione, sebbene questi termini siano solo relativi e una lampada al sodio ad alta pressione funziona a meno di un'atmosfera.
Tipi di luminescenza
Fotoluminescenza si verifica quando la radiazione viene assorbita da un solido e viene poi riemessa a una diversa lunghezza d'onda. Quando la radiazione riemessa è all'interno dello spettro visibile viene chiamato il processo fluorescenza or fosforescenza.
elettroluminescenza si verifica quando la luce è generata da una corrente elettrica che passa attraverso alcuni solidi, come i materiali fosforici. Viene utilizzato per insegne e cruscotti autoilluminati ma non si è rivelato una sorgente luminosa pratica per l'illuminazione di edifici o esterni.
Evoluzione delle lampade elettriche
Sebbene il progresso tecnologico abbia consentito di produrre diverse lampade, i principali fattori che ne hanno influenzato lo sviluppo sono state le forze del mercato esterno. Ad esempio, la produzione delle lampade a incandescenza in uso all'inizio di questo secolo è stata possibile solo dopo la disponibilità di buone pompe da vuoto e la trafilatura del filo di tungsteno. Tuttavia, è stata la produzione e distribuzione su larga scala di energia elettrica per soddisfare la domanda di illuminazione elettrica a determinare la crescita del mercato. L'illuminazione elettrica offriva molti vantaggi rispetto alla luce generata a gas o petrolio, come la luce fissa che richiede una manutenzione poco frequente, nonché la maggiore sicurezza di non avere fiamme esposte e nessun sottoprodotto locale della combustione.
Durante il periodo di ripresa dopo la seconda guerra mondiale, l'accento era posto sulla produttività. La lampada tubolare fluorescente è diventata la fonte di luce dominante perché ha reso possibile l'illuminazione priva di ombre e relativamente priva di calore di fabbriche e uffici, consentendo il massimo utilizzo dello spazio. I requisiti di emissione luminosa e potenza per una tipica lampada tubolare fluorescente da 1,500 mm sono riportati nella tabella 1.
Tabella 1. Miglioramento dell'emissione luminosa e dei requisiti di potenza di alcune tipiche lampade a tubo fluorescente da 1,500 mm
Valutazione (W) |
Diametro (mm) |
Riempimento di gas |
Potenza luminosa (lumen) |
80 |
38 |
argo |
4,800 |
65 |
38 |
argo |
4,900 |
58 |
25 |
krypton |
5,100 |
50 |
25 |
argo |
5,100 |
Negli anni '1970 i prezzi del petrolio sono aumentati e i costi energetici sono diventati una parte significativa dei costi operativi. Il mercato richiedeva lampade fluorescenti che producessero la stessa quantità di luce con un minore consumo elettrico. Il design della lampada è stato perfezionato in diversi modi. Mentre il secolo si chiude c'è una crescente consapevolezza dei problemi ambientali globali. Un migliore utilizzo delle materie prime in declino, il riciclaggio o lo smaltimento sicuro dei prodotti e la continua preoccupazione per il consumo di energia (in particolare l'energia generata dai combustibili fossili) stanno avendo un impatto sugli attuali design delle lampade.
Criteri di rendimento
I criteri di prestazione variano a seconda dell'applicazione. In generale, non esiste una particolare gerarchia di importanza di questi criteri.
Uscita luminosa: Il flusso luminoso di una lampada determinerà la sua idoneità in relazione alla scala dell'installazione e alla quantità di illuminazione richiesta.
Aspetto del colore e resa cromatica: scale e valori numerici separati si applicano all'aspetto del colore e alla resa cromatica. È importante ricordare che le cifre forniscono solo indicazioni e alcune sono solo approssimazioni. Quando possibile, le valutazioni di idoneità dovrebbero essere effettuate con lampade reali e con i colori oi materiali che si applicano alla situazione.
Vita della lampada: La maggior parte delle lampade richiederà la sostituzione più volte durante la vita dell'impianto di illuminazione e i progettisti dovrebbero ridurre al minimo i disagi per gli occupanti causati da guasti occasionali e manutenzione. Le lampade sono utilizzate in un'ampia varietà di applicazioni. La vita media prevista è spesso un compromesso tra costo e prestazioni. Ad esempio, la lampada per un proiettore per diapositive avrà una durata di poche centinaia di ore perché la massima resa luminosa è importante per la qualità dell'immagine. Al contrario, alcune lampade per l'illuminazione stradale possono essere sostituite ogni due anni, il che corrisponde a circa 8,000 ore di funzionamento.
Inoltre, la durata della lampada è influenzata dalle condizioni operative e quindi non esiste un valore semplice che si applichi a tutte le condizioni. Inoltre, la durata effettiva della lampada può essere determinata da diverse modalità di guasto. Un guasto fisico come la rottura del filamento o della lampada può essere preceduto da una riduzione dell'emissione luminosa o da cambiamenti nell'aspetto del colore. La durata della lampada è influenzata dalle condizioni ambientali esterne quali temperatura, vibrazioni, frequenza di avviamento, fluttuazioni della tensione di alimentazione, orientamento e così via.
Va notato che la vita media citata per un tipo di lampada è il tempo per i guasti del 50% da un lotto di lampade di prova. È improbabile che questa definizione di vita sia applicabile a molte installazioni commerciali o industriali; quindi la durata pratica della lampada è generalmente inferiore ai valori pubblicati, che dovrebbero essere utilizzati solo a scopo di confronto.
EFFICIENZA: Come regola generale l'efficienza di un dato tipo di lampada migliora all'aumentare della potenza nominale, poiché la maggior parte delle lampade ha una perdita fissa. Tuttavia, diversi tipi di lampade hanno marcate variazioni di efficienza. Dovrebbero essere utilizzate lampade con la massima efficienza, a condizione che siano soddisfatti anche i criteri di dimensione, colore e durata. Il risparmio energetico non dovrebbe andare a scapito del comfort visivo o della capacità prestazionale degli occupanti. Alcune efficacie tipiche sono riportate nella tabella 2.
Tabella 2. Efficienze tipiche della lampada
Efficacia della lampada |
|
Lampada a filamento da 100 W |
14 lumen/watt |
Tubo fluorescente da 58W |
89 lumen/watt |
Sodio ad alta pressione da 400 W |
125 lumen/watt |
131 W sodio a bassa pressione |
198 lumen/watt |
Principali tipi di lampade
Nel corso degli anni, diversi sistemi di nomenclatura sono stati sviluppati da standard e registri nazionali e internazionali.
Nel 1993, la Commissione elettrotecnica internazionale (IEC) ha pubblicato un nuovo sistema internazionale di codifica delle lampade (ILCOS) destinato a sostituire i sistemi di codifica nazionali e regionali esistenti. Un elenco di alcuni codici ILCOS in forma abbreviata per varie lampade è riportato nella tabella 3.
Tabella 3. Sistema di codifica in forma abbreviata ILCOS (International Lamp Coding System) per alcuni tipi di lampade
Tipo (codice) |
Valutazioni comuni (watt) |
Resa cromatica |
Temperatura colore (K) |
Vita (ore) |
Lampade fluorescenti compatte (FS) |
5-55 |
buono |
2,700-5,000 |
5,000-10,000 |
Lampade al mercurio ad alta pressione (QE) |
80-750 |
fiera |
3,300-3,800 |
20,000 |
Lampade al sodio ad alta pressione (S-) |
50-1,000 |
povero a buono |
2,000-2,500 |
6,000-24,000 |
Lampade a incandescenza (I) |
5-500 |
buono |
2,700 |
1,000-3,000 |
Lampade a induzione (XF) |
23-85 |
buono |
3,000-4,000 |
10,000-60,000 |
Lampade al sodio a bassa pressione (LS) |
26-180 |
colore giallo monocromatico |
1,800 |
16,000 |
Lampade alogene al tungsteno a bassa tensione (HS) |
12-100 |
buono |
3,000 |
2,000-5,000 |
Lampade ad alogenuri metallici (M-) |
35-2,000 |
da buono a fantastico |
3,000-5,000 |
6,000-20,000 |
Lampade fluorescenti tubolari (FD) |
4-100 |
da giusto a buono |
2,700-6,500 |
10,000-15,000 |
Lampade alogene al tungsteno (HS) |
100-2,000 |
buono |
3,000 |
2,000-4,000 |
Lampade ad incandescenza
Queste lampade utilizzano un filamento di tungsteno in un gas inerte o sottovuoto con un involucro di vetro. Il gas inerte sopprime l'evaporazione del tungsteno e riduce l'annerimento dell'involucro. Esiste una grande varietà di forme di lampade, che sono in gran parte decorative nell'aspetto. La costruzione di una tipica lampada GLS (General Lighting Service) è mostrata in figura 1.
Figura 1. Costruzione di una lampada GLS
Le lampade ad incandescenza sono disponibili anche con una vasta gamma di colori e finiture. I codici ILCOS e alcune forme tipiche comprendono quelli riportati nella tabella 4.
Tabella 4. Colori e forme comuni delle lampade a incandescenza, con i relativi codici ILCOS
Colore/Forma |
Code |
Cancellare |
/C |
Frosted |
/F |
White |
/W |
Rosso |
/R |
Blu |
/B |
Green |
/G |
Giallo |
/Y |
A forma di pera (GLS) |
IA |
Candela |
IB |
Conico |
IC |
Globulare |
IG |
Fungo |
IM |
Le lampade a incandescenza sono ancora popolari per l'illuminazione domestica a causa del loro basso costo e delle dimensioni compatte. Tuttavia, per l'illuminazione commerciale e industriale la scarsa efficacia genera costi operativi molto elevati, quindi le lampade a scarica sono la scelta normale. Una lampada da 100 W ha un'efficienza tipica di 14 lumen/watt rispetto ai 96 lumen/watt di una lampada fluorescente da 36 W.
Le lampade a incandescenza sono semplici da attenuare riducendo la tensione di alimentazione e sono ancora utilizzate dove l'oscuramento è una caratteristica di controllo desiderata.
Il filamento di tungsteno è una sorgente luminosa compatta, facilmente focalizzabile da riflettori o lenti. Le lampade a incandescenza sono utili per l'illuminazione di display dove è necessario il controllo direzionale.
Lampade alogene al tungsteno
Questi sono simili alle lampade a incandescenza e producono luce allo stesso modo da un filamento di tungsteno. Tuttavia il bulbo contiene gas alogeno (bromo o iodio) che è attivo nel controllare l'evaporazione del tungsteno. Vedi figura 2.
Figura 2. Il ciclo dell'alogeno
Fondamentale per il ciclo alogeno è una temperatura minima della parete del bulbo di 250 °C per garantire che l'alogenuro di tungsteno rimanga allo stato gassoso e non si condensi sulla parete del bulbo. Questa temperatura significa bulbi fatti di quarzo al posto del vetro. Con il quarzo è possibile ridurre le dimensioni del bulbo.
La maggior parte delle lampade alogene al tungsteno ha una durata maggiore rispetto alle equivalenti a incandescenza e il filamento è a una temperatura più elevata, creando più luce e colori più bianchi.
Le lampade alogene al tungsteno sono diventate popolari laddove le dimensioni ridotte e le prestazioni elevate sono il requisito principale. Esempi tipici sono l'illuminazione di palcoscenici, inclusi film e TV, dove il controllo direzionale e l'attenuazione sono requisiti comuni.
Lampade alogene al tungsteno a bassa tensione
Questi sono stati originariamente progettati per proiettori di diapositive e film. A 12 V il filamento per la stessa potenza di 230 V diventa più piccolo e più spesso. Questo può essere focalizzato in modo più efficiente e la massa del filamento più grande consente una temperatura operativa più elevata, aumentando l'emissione luminosa. Il filamento spesso è più robusto. Questi vantaggi sono stati realizzati come utili per il mercato dei display commerciali e, anche se è necessario disporre di un trasformatore step-down, queste lampade ora dominano l'illuminazione delle vetrine dei negozi. Vedi figura 3.
Figura 3. Lampada con riflettore dicroico a bassa tensione
Sebbene gli utenti di proiettori cinematografici desiderino quanta più luce possibile, troppo calore danneggia il mezzo trasparente. È stato sviluppato un tipo speciale di riflettore che riflette solo la radiazione visibile, consentendo alla radiazione infrarossa (calore) di passare attraverso la parte posteriore della lampada. Questa caratteristica fa ora parte di molte lampade con riflettore a bassa tensione per l'illuminazione di display e apparecchiature per proiettori.
Sensibilità alla tensione: Tutte le lampade a incandescenza sono sensibili alle variazioni di tensione e ne risentono l'emissione luminosa e la durata. La mossa per “armonizzare” la tensione di alimentazione in tutta Europa a 230 V si sta realizzando allargando le tolleranze alle quali possono operare le autorità di generazione. Lo spostamento è verso ±10%, che è un intervallo di tensione compreso tra 207 e 253 V. Le lampade alogene a incandescenza e al tungsteno non possono essere utilizzate in modo ragionevole in questo intervallo, quindi sarà necessario far corrispondere la tensione di alimentazione effettiva ai valori nominali della lampada. Vedi figura 4.
Figura 4. Lampade a incandescenza GLS e tensione di alimentazione
Anche le lampade a scarica saranno influenzate da questa ampia variazione di tensione, quindi la specifica corretta dell'alimentatore diventa importante.
Lampade fluorescenti tubolari
Si tratta di lampade al mercurio a bassa pressione e sono disponibili nelle versioni “hot cathode” e “cold cathode”. Il primo è il tradizionale tubo fluorescente per uffici e fabbriche; "catodo caldo" si riferisce all'accensione della lampada preriscaldando gli elettrodi per creare una sufficiente ionizzazione del gas e del vapore di mercurio per stabilire la scarica.
Le lampade a catodo freddo sono utilizzate principalmente per la segnaletica e la pubblicità. Vedi figura 5.
Figura 5. Principio della lampada fluorescente
Le lampade fluorescenti richiedono dispositivi di controllo esterni per l'avviamento e per controllare la corrente della lampada. Oltre alla piccola quantità di vapore di mercurio, c'è un gas di partenza (argon o krypton).
La bassa pressione del mercurio genera una scarica di luce azzurra. La maggior parte della radiazione si trova nella regione UV a 254 nm, una frequenza di radiazione caratteristica per il mercurio. All'interno della parete del tubo è presente un sottile rivestimento di fosforo, che assorbe i raggi UV e irradia l'energia sotto forma di luce visibile. La qualità del colore della luce è determinata dal rivestimento di fosforo. È disponibile una gamma di fosfori con diversi aspetti cromatici e resa cromatica.
Durante gli anni '1950 i fosfori disponibili offrivano una scelta di ragionevole efficacia (60 lumen/watt) con luce carente di rossi e blu, o resa cromatica migliorata da fosfori "deluxe" di efficienza inferiore (40 lumen/watt).
Negli anni '1970 erano stati sviluppati nuovi fosfori a banda stretta. Questi irradiavano separatamente luce rossa, blu e verde ma, combinati, producevano luce bianca. La regolazione delle proporzioni ha dato una gamma di diversi aspetti cromatici, tutti con un'eccellente resa cromatica simile. Questi tri-fosfori sono più efficienti dei tipi precedenti e rappresentano la migliore soluzione di illuminazione economica, anche se le lampade sono più costose. Una maggiore efficacia riduce i costi operativi e di installazione.
Il principio del trifosforo è stato esteso alle lampade multifosforo dove è necessaria una resa cromatica critica, come per le gallerie d'arte e la corrispondenza dei colori industriale.
I moderni fosfori a banda stretta sono più durevoli, hanno una migliore manutenzione del flusso luminoso e aumentano la durata della lampada.
Lampade fluorescenti compatte
Il tubo fluorescente non è un pratico sostituto della lampada ad incandescenza a causa della sua forma lineare. Tubi piccoli ea foro stretto possono essere configurati all'incirca delle stesse dimensioni della lampada a incandescenza, ma ciò impone un carico elettrico molto più elevato sul materiale fosforico. L'uso di trifosfori è essenziale per ottenere una durata accettabile della lampada. Vedi figura 6.
Figura 6. Fluorescenza compatta a quattro gambe
Tutte le lampade fluorescenti compatte utilizzano trifosforo, quindi, quando vengono utilizzate insieme a lampade fluorescenti lineari, anche queste ultime dovrebbero essere trifosforo per garantire l'uniformità del colore.
Alcune lampade compatte includono l'alimentatore di controllo operativo per formare dispositivi di retrofit per lampade a incandescenza. La gamma è in aumento e consente di aggiornare facilmente le installazioni esistenti a un'illuminazione più efficiente dal punto di vista energetico. Queste unità integrali non sono adatte per l'oscuramento dove questo faceva parte dei controlli originali.
Alimentatore elettronico ad alta frequenza: Se la normale frequenza di alimentazione di 50 o 60 Hz viene aumentata a 30 kHz, vi è un aumento del 10% dell'efficacia dei tubi fluorescenti. I circuiti elettronici possono far funzionare singole lampade a tali frequenze. Il circuito elettronico è progettato per fornire la stessa emissione luminosa dell'alimentatore a filo avvolto, a partire da una potenza della lampada ridotta. Ciò offre la compatibilità del pacchetto lumen con il vantaggio che il carico ridotto della lampada aumenterà notevolmente la durata della lampada. L'alimentatore elettronico è in grado di funzionare su una gamma di tensioni di alimentazione.
Non esiste uno standard comune per gli alimentatori elettronici e le prestazioni della lampada possono differire dalle informazioni pubblicate fornite dai produttori della lampada.
L'uso di apparecchiature elettroniche ad alta frequenza elimina il normale problema dello sfarfallio, a cui alcuni occupanti possono essere sensibili.
Lampade a induzione
Recentemente sono apparse sul mercato lampade che utilizzano il principio dell'induzione. Sono lampade al mercurio a bassa pressione con rivestimento trifosforo e come produttori di luce sono simili alle lampade fluorescenti. L'energia viene trasferita alla lampada mediante radiazione ad alta frequenza, a circa 2.5 MHz da un'antenna posizionata centralmente all'interno della lampada. Non esiste alcun collegamento fisico tra la lampadina e la bobina. Senza elettrodi o altri collegamenti a filo, la costruzione del recipiente di scarica è più semplice e duratura. La durata della lampada è determinata principalmente dall'affidabilità dei componenti elettronici e dal mantenimento del flusso luminoso del rivestimento al fosforo.
Lampade al mercurio ad alta pressione
Gli scarichi ad alta pressione sono più compatti e presentano carichi elettrici più elevati; pertanto, richiedono tubi ad arco di quarzo per resistere alla pressione e alla temperatura. Il tubo dell'arco è contenuto in un involucro di vetro esterno con un'atmosfera di azoto o argon-azoto per ridurre l'ossidazione e la formazione di archi. La lampadina filtra efficacemente la radiazione UV dal tubo ad arco. Vedere la figura 7.
Figura 7. Costruzione della lampada al mercurio
Ad alta pressione, la scarica di mercurio è principalmente una radiazione blu e verde. Per migliorare il colore un rivestimento di fosforo del bulbo esterno aggiunge luce rossa. Esistono versioni deluxe con un contenuto di rosso aumentato, che offrono una maggiore emissione luminosa e una migliore resa cromatica.
Tutte le lampade a scarica ad alta pressione impiegano del tempo per raggiungere la piena potenza. La scarica iniziale avviene tramite il riempimento di gas conduttore e il metallo evapora all'aumentare della temperatura della lampada.
Alla pressione stabile la lampada non si riavvierà immediatamente senza un apposito alimentatore. C'è un ritardo mentre la lampada si raffredda sufficientemente e la pressione si riduce, in modo che la normale tensione di alimentazione o il circuito dell'accenditore sia adeguato per ristabilire l'arco.
Le lampade a scarica hanno una caratteristica di resistenza negativa, quindi l'alimentatore esterno è necessario per controllare la corrente. Ci sono perdite dovute a questi componenti dell'alimentatore, quindi l'utente dovrebbe considerare i watt totali quando considera i costi operativi e l'installazione elettrica. C'è un'eccezione per le lampade al mercurio ad alta pressione, e un tipo contiene un filamento di tungsteno che funge sia da dispositivo di limitazione della corrente che aggiunge colori caldi alla scarica blu/verde. Ciò consente la sostituzione diretta delle lampade a incandescenza.
Sebbene le lampade al mercurio abbiano una lunga durata di circa 20,000 ore, l'emissione luminosa scenderà a circa il 55% dell'emissione iniziale alla fine di questo periodo, e quindi la vita economica può essere più breve.
Lampade ad alogenuri metallici
Il colore e l'emissione luminosa delle lampade a scarica di mercurio possono essere migliorati aggiungendo diversi metalli all'arco di mercurio. Per ogni lampada la dose è piccola e per un'applicazione accurata è più conveniente maneggiare i metalli in polvere come alogenuri. Questo si rompe quando la lampada si riscalda e rilascia il metallo.
Una lampada ad alogenuri metallici può utilizzare diversi metalli, ognuno dei quali emana un colore caratteristico specifico. Questi includono:
Non esiste una miscela standard di metalli, quindi le lampade ad alogenuri metallici di diversi produttori potrebbero non essere compatibili nell'aspetto o nelle prestazioni operative. Per le lampade con potenza nominale inferiore, da 35 a 150 W, esiste una maggiore compatibilità fisica ed elettrica con uno standard comune.
Le lampade ad alogenuri metallici richiedono un alimentatore, ma la mancanza di compatibilità significa che è necessario abbinare ogni combinazione di lampada e alimentatore per garantire condizioni di avviamento e funzionamento corrette.
Lampade al sodio a bassa pressione
Il tubo ad arco è di dimensioni simili al tubo fluorescente ma è realizzato in vetro speciale a strati con un rivestimento interno resistente al sodio. Il tubo dell'arco ha una forma a "U" stretta ed è contenuto in una camicia sottovuoto esterna per garantire la stabilità termica. Durante l'avviamento, le lampade emettono un forte bagliore rosso dovuto al riempimento di gas al neon.
La radiazione caratteristica del vapore di sodio a bassa pressione è un giallo monocromatico. Questo è vicino al picco di sensibilità dell'occhio umano e le lampade al sodio a bassa pressione sono le lampade più efficienti disponibili a quasi 200 lumen/watt. Tuttavia le applicazioni sono limitate a dove la discriminazione dei colori non ha importanza visiva, come strade principali, sottopassaggi e strade residenziali.
In molte situazioni queste lampade vengono sostituite da lampade al sodio ad alta pressione. Le loro dimensioni ridotte offrono un migliore controllo ottico, in particolare per l'illuminazione stradale dove vi è una crescente preoccupazione per l'eccessivo bagliore del cielo.
Lampade al sodio ad alta pressione
Queste lampade sono simili alle lampade al mercurio ad alta pressione ma offrono una migliore efficacia (oltre 100 lumen/watt) e un eccellente mantenimento del flusso luminoso. La natura reattiva del sodio richiede che il tubo ad arco sia prodotto da allumina policristallina traslucida, poiché il vetro o il quarzo non sono adatti. Il bulbo di vetro esterno contiene un vuoto per prevenire la formazione di archi e l'ossidazione. Non c'è radiazione UV dalla scarica di sodio, quindi i rivestimenti di fosforo non hanno alcun valore. Alcune lampadine sono satinate o rivestite per diffondere la sorgente luminosa. Vedere la figura 8.
Figura 8. Costruzione della lampada al sodio ad alta pressione
All'aumentare della pressione del sodio, la radiazione diventa un'ampia banda attorno al picco giallo e l'aspetto è bianco dorato. Tuttavia, all'aumentare della pressione, l'efficienza diminuisce. Attualmente sono disponibili tre tipi distinti di lampade al sodio ad alta pressione, come mostrato nella tabella 5.
Tabella 5. Tipi di lampade al sodio ad alta pressione
Tipo di lampada (codice) |
Colore (K) |
Efficacia (lumen/watt) |
Vita (ore) |
Standard |
2,000 |
110 |
24,000 |
Deluxe |
2,200 |
80 |
14,000 |
Bianco (figlio) |
2,500 |
50 |
Generalmente le lampade standard sono utilizzate per l'illuminazione di esterni, le lampade deluxe per interni industriali e White SON per applicazioni commerciali/display.
Dimmerazione delle lampade a scarica
Le lampade ad alta pressione non possono essere dimmerate in modo soddisfacente, poiché cambiando la potenza della lampada cambiano la pressione e quindi le caratteristiche fondamentali della lampada.
Le lampade fluorescenti possono essere regolate utilizzando alimentatori ad alta frequenza generati tipicamente all'interno dell'alimentatore elettronico. L'aspetto del colore rimane molto costante. Inoltre, l'emissione luminosa è approssimativamente proporzionale alla potenza della lampada, con conseguente risparmio di energia elettrica al diminuire dell'emissione luminosa. Integrando l'emissione luminosa della lampada con il livello prevalente di luce diurna naturale, è possibile fornire un livello di illuminazione quasi costante in un interno.
Gli esseri umani possiedono una straordinaria capacità di adattamento al loro ambiente ea ciò che li circonda. Di tutti i tipi di energia che gli esseri umani possono utilizzare, la luce è la più importante. La luce è un elemento chiave della nostra capacità di vedere, ed è necessaria per apprezzare la forma, il colore e la prospettiva degli oggetti che ci circondano nella nostra vita quotidiana. La maggior parte delle informazioni che otteniamo attraverso i nostri sensi le otteniamo attraverso la vista, quasi l'80%. Molto spesso, e perché siamo così abituati ad averlo a disposizione, lo diamo per scontato. Non dobbiamo dimenticare, tuttavia, che aspetti del benessere umano, come il nostro stato d'animo o il nostro livello di stanchezza, sono influenzati dall'illuminazione e dal colore delle cose che ci circondano. Dal punto di vista della sicurezza sul lavoro, la capacità visiva e il comfort visivo sono straordinariamente importanti. Questo perché molti infortuni sono dovuti, tra l'altro, a carenze di illuminazione oa errori commessi dal lavoratore a causa della sua difficoltà nell'identificare gli oggetti oi rischi associati a macchinari, mezzi di trasporto, contenitori pericolosi e così via.
I disturbi visivi associati a carenze nel sistema di illuminazione sono comuni sul posto di lavoro. A causa della capacità della vista di adattarsi a situazioni di illuminazione carente, questi aspetti a volte non vengono presi seriamente in considerazione come dovrebbero.
La corretta progettazione di un sistema di illuminazione dovrebbe offrire le condizioni ottimali per il comfort visivo. Per il raggiungimento di questo obiettivo occorre stabilire una prima linea di collaborazione tra architetti, lighting designer e responsabili dell'igiene nei cantieri. Questa collaborazione dovrebbe precedere l'inizio del progetto, per evitare errori che sarebbero difficili da correggere una volta completato il progetto. Tra gli aspetti più importanti da tenere in considerazione ci sono il tipo di lampada che verrà utilizzata e il sistema di illuminazione che verrà installato, la distribuzione della luminanza, l'efficienza luminosa e la composizione spettrale della luce.
Il fatto che luce e colore influiscano sulla produttività e sul benessere psico-fisiologico del lavoratore dovrebbe incoraggiare l'iniziativa di illuminotecnici, fisiologi ed ergonomi, per studiare e determinare le condizioni di luce e colore più favorevoli in ogni postazione di lavoro. La combinazione dell'illuminazione, il contrasto delle luminanze, il colore della luce, la riproduzione del colore o la selezione dei colori sono gli elementi che determinano il clima cromatico e il comfort visivo.
Fattori che determinano il comfort visivo
I prerequisiti che un impianto di illuminazione deve soddisfare per fornire le condizioni necessarie al comfort visivo sono i seguenti:
È importante considerare la luce negli ambienti di lavoro non solo secondo criteri quantitativi, ma anche qualitativi. Il primo passo è studiare la postazione di lavoro, la precisione richiesta dalle mansioni svolte, la mole di lavoro, la mobilità del lavoratore e così via. La luce dovrebbe includere componenti sia di radiazione diffusa che di radiazione diretta. Il risultato della combinazione produrrà ombre di maggiore o minore intensità che consentiranno al lavoratore di percepire la forma e la posizione degli oggetti nella postazione di lavoro. Dovrebbero essere eliminati i fastidiosi riflessi, che rendono più difficile la percezione dei dettagli, così come i riflessi eccessivi o le ombre profonde.
La manutenzione periodica dell'impianto di illuminazione è molto importante. L'obiettivo è prevenire l'invecchiamento delle lampade e l'accumulo di polvere sulle lampade che si tradurrà in una costante perdita di luce. Per questo è importante selezionare lampade e sistemi di facile manutenzione. Una lampadina a incandescenza mantiene la sua efficienza fino all'attimo prima del guasto, ma non è così per i tubi fluorescenti, che dopo mille ore di utilizzo possono abbassare il loro rendimento fino al 75%.
Livelli di illuminazione
Ogni attività richiede uno specifico livello di illuminazione nell'area in cui si svolge l'attività. In generale, maggiore è la difficoltà per la percezione visiva, maggiore dovrebbe essere anche il livello medio di illuminazione. In varie pubblicazioni esistono linee guida per i livelli minimi di illuminazione associati a diversi compiti. In concreto, quelli elencati in figura 1 sono stati desunti dalle norme europee CENTC 169, e si basano più sull'esperienza che sulla conoscenza scientifica.
Figura 1. Livelli di illuminazione in funzione delle attività svolte
Il livello di illuminamento viene misurato con un luxometro che converte l'energia luminosa in un segnale elettrico, che viene poi amplificato e offre una facile lettura su una scala calibrata di lux. Quando si seleziona un certo livello di illuminazione per una particolare postazione di lavoro, è necessario studiare i seguenti punti:
Unità e grandezze di illuminazione
Diverse grandezze sono comunemente utilizzate nel campo dell'illuminazione. Quelli di base sono:
Flusso luminoso: Energia luminosa emessa per unità di tempo da una sorgente luminosa. Unità: lumen (lm).
Intensità luminosa: Flusso luminoso emesso in una data direzione da una luce non uniformemente distribuita. Unità: candela (cd).
Livello di illuminazione: Livello di illuminamento di una superficie di un metro quadrato quando riceve un flusso luminoso di un lumen. Unità: lux = lm/m2.
Luminanza o brillantezza fotometrica: È definito per una superficie in una direzione particolare, ed è il rapporto tra l'intensità luminosa e la superficie vista da un osservatore situato nella stessa direzione (superficie apparente). Unità: cd/m2.
Contrasto: Differenza di luminanza tra un oggetto e ciò che lo circonda o tra diverse parti di un oggetto.
riflettanza: Proporzione di luce riflessa da una superficie. È una quantità adimensionale. Il suo valore è compreso tra 0 e 1.
Fattori che influenzano la visibilità degli oggetti
Il grado di sicurezza con cui viene eseguito un compito dipende, in gran parte, dalla qualità dell'illuminazione e dalle capacità visive. La visibilità di un oggetto può essere modificata in molti modi. Uno dei più importanti è il contrasto delle luminanze dovute ai fattori di riflessione, alle ombre, o ai colori dell'oggetto stesso, e ai fattori di riflessione del colore. Ciò che realmente l'occhio percepisce sono le differenze di luminanza tra un oggetto e ciò che lo circonda, o tra diverse parti dello stesso oggetto. La tabella 1 elenca i contrasti tra i colori in ordine decrescente.
La luminanza di un oggetto, dei suoi dintorni e dell'area di lavoro influenzano la facilità con cui un oggetto viene visto. È quindi di fondamentale importanza che l'area in cui viene eseguito il compito visivo e i suoi dintorni siano attentamente analizzati.
Tabella 1. Contrasti di colore
Contrasti di colore in ordine decrescente |
|
Colore dell'oggetto |
Colore dello sfondo |
Nero |
Giallo |
Green |
White |
Rosso |
White |
Blu |
White |
White |
Blu |
Nero |
White |
Giallo |
Nero |
White |
Rosso |
White |
Green |
White |
Nero |
La dimensione dell'oggetto che si deve osservare, che può essere adeguata o meno a seconda della distanza e dell'angolo di visione dell'osservatore, è un altro fattore. Questi ultimi due fattori determinano la disposizione della postazione di lavoro, classificando le diverse zone in base alla loro facilità di visione. Possiamo stabilire cinque zone nell'area di lavoro (vedi figura 2).
Figura 2. Distribuzione delle zone visive nella postazione di lavoro
Un altro fattore è il lasso di tempo durante il quale si verifica la visione. Il tempo di esposizione sarà maggiore o minore a seconda che l'oggetto e l'osservatore siano statici o che uno o entrambi siano in movimento. Anche la capacità adattativa dell'occhio di adattarsi automaticamente alle diverse illuminazioni degli oggetti può avere una notevole influenza sulla visibilità.
Distribuzione della luce; bagliore
Fattori chiave nelle condizioni che influenzano la visione sono la distribuzione della luce e il contrasto delle luminanze. Per quanto riguarda la distribuzione della luce, è preferibile avere una buona illuminazione generale piuttosto che un'illuminazione localizzata per evitare l'abbagliamento. Per questo motivo, gli accessori elettrici devono essere distribuiti il più uniformemente possibile per evitare differenze di intensità luminosa. Il continuo spostamento attraverso zone non illuminate in modo uniforme provoca affaticamento degli occhi e, con il tempo, ciò può portare a una riduzione della resa visiva.
L'abbagliamento si produce quando una brillante fonte di luce è presente nel campo visivo; il risultato è una diminuzione della capacità di distinguere gli oggetti. I lavoratori che subiscono costantemente e successivamente gli effetti dell'abbagliamento possono soffrire di affaticamento della vista oltre che di disturbi funzionali, anche se in molti casi non ne sono consapevoli.
L'abbagliamento può essere diretto quando la sua origine è fonti luminose luminose direttamente nella linea di visione, o per riflessione quando la luce viene riflessa su superfici ad alta riflettanza. I fattori coinvolti nell'abbagliamento sono:
Figura 3. Valori approssimativi di luminanza
Figura 4. Fattori che influenzano l'abbagliamento
In generale, l'abbagliamento è maggiore quando le sorgenti luminose sono montate ad altezze inferiori o quando sono installate in ambienti ampi, perché le sorgenti luminose in ambienti ampi o le sorgenti luminose troppo basse possono facilmente rientrare nell'angolo di visione che produce abbagliamento.
3. Distribuzione della luminanza tra diversi oggetti e superfici: maggiori sono le differenze di luminanza tra gli oggetti all'interno del campo visivo, maggiore sarà l'abbagliamento creato e maggiore sarà il deterioramento della capacità visiva dovuto agli effetti sui processi adattativi della vista. Le disparità di luminanza massime consigliate sono:
4. Lasso di tempo dell'esposizione: Anche sorgenti luminose con una bassa luminanza possono causare abbagliamento se la durata dell'esposizione è troppo prolungata.
Evitare l'abbagliamento è una proposta relativamente semplice e può essere raggiunta in diversi modi. Un modo, ad esempio, è quello di disporre delle griglie sotto le fonti di illuminazione, oppure utilizzare diffusori avvolgenti o paraboliche che possano direzionare correttamente la luce, oppure ancora installando le fonti di luce in modo che non interferiscano con l'angolo di visione. Nella progettazione del luogo di lavoro, la corretta distribuzione della luminanza è importante quanto l'illuminazione stessa, ma è anche importante considerare che una distribuzione della luminanza troppo uniforme rende più difficile la percezione tridimensionale e spaziale degli oggetti.
Sistemi di illuminazione
L'interesse per l'illuminazione naturale è aumentato di recente. Ciò è dovuto non tanto alla qualità dell'illuminazione che offre quanto al benessere che procura. Ma poiché il livello di illuminazione da fonti naturali non è uniforme, è necessario un sistema di illuminazione artificiale.
I sistemi di illuminazione più comunemente utilizzati sono i seguenti:
Illuminazione generale uniforme
In questo sistema le sorgenti luminose sono distribuite uniformemente indipendentemente dalla posizione delle postazioni di lavoro. Il livello medio di illuminazione dovrebbe essere uguale al livello di illuminazione richiesto per il compito che verrà svolto. Questi sistemi sono utilizzati principalmente nei luoghi di lavoro in cui le postazioni di lavoro non sono fisse.
Deve rispondere a tre caratteristiche fondamentali: La prima è quella di essere dotata di dispositivi antiabbagliamento (griglie, diffusori, riflettori e così via). La seconda è che dovrebbe distribuire una frazione della luce verso il soffitto e la parte alta delle pareti. E il terzo è che le sorgenti luminose dovrebbero essere installate il più in alto possibile, per ridurre al minimo l'abbagliamento e ottenere un'illuminazione il più omogenea possibile. (Vedi figura 5)
Figura 5. Sistemi di illuminazione
Questo sistema cerca di rafforzare lo schema di illuminazione generale posizionando le lampade vicino alle superfici di lavoro. Questi tipi di lampade spesso producono abbagliamento e i riflettori devono essere posizionati in modo tale da bloccare la fonte di luce dalla vista diretta del lavoratore. L'uso dell'illuminazione localizzata è consigliato per quelle applicazioni in cui le esigenze visive sono molto critiche, come livelli di illuminazione di 1,000 lux o superiori. Generalmente la capacità visiva si deteriora con l'età del lavoratore, il che rende necessario aumentare il livello di illuminazione generale o assecondarlo con un'illuminazione localizzata. Questo fenomeno può essere chiaramente apprezzato nella figura 6.
Figura 6. Perdita dell'acuità visiva con l'età
Illuminazione generale localizzata
Questo tipo di illuminazione è costituito da sorgenti a soffitto distribuite tenendo conto di due cose: le caratteristiche di illuminazione dell'apparecchiatura e le esigenze di illuminazione di ciascuna postazione di lavoro. Questo tipo di illuminazione è indicato per quegli spazi o aree di lavoro che richiedono un alto livello di illuminazione, e richiede di conoscere la futura ubicazione di ogni postazione di lavoro in anticipo in fase di progettazione.
Colore: concetti di base
La scelta di un colore adeguato per un cantiere contribuisce notevolmente all'efficienza, alla sicurezza e al benessere generale dei dipendenti. Allo stesso modo, la finitura delle superfici e delle attrezzature presenti nell'ambiente di lavoro contribuisce a creare piacevoli condizioni visive e un piacevole ambiente di lavoro.
La luce ordinaria è costituita da radiazioni elettromagnetiche di diverse lunghezze d'onda che corrispondono a ciascuna delle bande dello spettro visibile. Mescolando la luce rossa, gialla e blu possiamo ottenere la maggior parte dei colori visibili, compreso il bianco. La nostra percezione del colore di un oggetto dipende dal colore della luce con cui viene illuminato e dal modo in cui l'oggetto stesso riflette la luce.
Le lampade possono essere classificate in tre categorie a seconda dell'aspetto della luce che emettono:
I colori possono anche essere classificati come caldi o freddi in base alla loro tonalità (vedi figura 7).
Figura 7. Tonalità dei colori "caldi" e "freddi".
Contrasto e temperatura di diversi colori
I contrasti di colore sono influenzati dal colore della luce selezionata, e per questo motivo la qualità dell'illuminazione dipenderà dal colore della luce scelto per un'applicazione. La selezione del colore della luce da utilizzare dovrebbe essere effettuata in base all'attività che verrà svolta sotto di essa. Se il colore è vicino al bianco, la resa del colore e la diffusione della luce saranno migliori. Più la luce si avvicina all'estremità rossa dello spettro, peggiore sarà la riproduzione del colore, ma l'ambiente sarà più caldo e invitante.
L'aspetto cromatico dell'illuminazione dipende non solo dal colore della luce, ma anche dal livello di intensità luminosa. Una temperatura di colore è associata alle diverse forme di illuminazione. La sensazione di soddisfazione per l'illuminazione di un dato ambiente dipende da questa temperatura di colore. In questo modo, ad esempio, una lampadina a incandescenza da 100 W ha una temperatura di colore di 2,800 K, un tubo fluorescente ha una temperatura di colore di 4,000 K e un cielo coperto ha una temperatura di colore di 10,000 K.
Kruithof ha definito, attraverso osservazioni empiriche, un diagramma di benessere per diversi livelli di illuminazione e temperature di colore in un dato ambiente (vedi figura 8). In questo modo, ha dimostrato che è possibile sentirsi a proprio agio in determinati ambienti con bassi livelli di illuminazione se anche la temperatura del colore è bassa, se il livello di illuminazione è una candela, ad esempio, con una temperatura del colore di 1,750 K.
Figura 8. Diagramma di comfort in funzione dell'illuminazione e delle temperature di colore
I colori delle lampade elettriche possono essere suddivisi in tre gruppi in base alla loro temperatura di colore:
Combinazione e selezione di colori
La selezione dei colori è molto rilevante se la consideriamo insieme a quelle funzioni in cui è importante identificare gli oggetti che devono essere manipolati. È anche rilevante quando si delimitano le vie di comunicazione e in quei compiti che richiedono un forte contrasto.
La selezione della tonalità non è una questione così importante quanto la selezione delle adeguate qualità riflettenti di una superficie. Ci sono diverse raccomandazioni che si applicano a questo aspetto delle superfici di lavoro:
soffitti: La superficie di un soffitto dovrebbe essere il più bianca possibile (con un fattore di riflessione del 75%), perché la luce si rifletterà da essa in modo diffuso, dissipando l'oscurità e riducendo l'abbagliamento delle altre superfici. Ciò comporterà anche un risparmio nell'illuminazione artificiale.
Pareti e pavimenti: Le superfici delle pareti all'altezza degli occhi possono produrre abbagliamento. I colori chiari con fattori riflettenti dal 50 al 75% tendono ad essere adeguati per le pareti. Mentre le vernici lucide tendono a durare più a lungo dei colori opachi, sono più riflettenti. Le pareti dovrebbero quindi avere una finitura opaca o semilucida.
I pavimenti dovrebbero essere rifiniti con colori leggermente più scuri rispetto a pareti e soffitti per evitare l'abbagliamento. Il fattore riflettente dei pavimenti dovrebbe essere compreso tra il 20 e il 25%.
Materiale: Piani di lavoro, macchinari e tavoli dovrebbero avere fattori riflettenti compresi tra il 20 e il 40%. L'attrezzatura dovrebbe avere una finitura duratura di colore puro, marrone chiaro o grigio, e il materiale non dovrebbe essere lucido.
L'uso corretto dei colori nell'ambiente di lavoro facilita il benessere, aumenta la produttività e può avere un impatto positivo sulla qualità. Può anche contribuire a una migliore organizzazione e alla prevenzione degli incidenti.
È opinione diffusa che imbiancare pareti e soffitti e fornire adeguati livelli di illuminazione sia tutto ciò che si può fare per quanto riguarda il comfort visivo dei dipendenti. Ma questi fattori di comfort possono essere migliorati abbinando il bianco ad altri colori, evitando così la fatica e la noia che caratterizzano gli ambienti monocromatici. I colori hanno anche un effetto sul livello di stimolazione di una persona; i colori caldi tendono ad attivare e rilassare, mentre i colori freddi sono usati per indurre l'individuo a rilasciare o liberare la sua energia.
Il colore della luce, la sua distribuzione ei colori utilizzati in un dato spazio sono, tra gli altri, fattori chiave che influenzano le sensazioni provate da una persona. Data la molteplicità di colori e fattori di comfort esistenti, è impossibile stabilire linee guida precise, soprattutto considerando che tutti questi fattori devono essere combinati in base alle caratteristiche e alle esigenze di una particolare postazione di lavoro. Si possono però elencare alcune regole pratiche di base e generali che possono aiutare a creare un ambiente vivibile:
Riconoscere gli oggetti attraverso il colore
La selezione dei colori può influenzare l'efficacia dei sistemi di illuminazione influenzando la frazione di luce che viene riflessa. Ma anche il colore gioca un ruolo fondamentale quando si tratta di identificare gli oggetti. Possiamo utilizzare colori brillanti e accattivanti o contrasti di colore per evidenziare situazioni o oggetti che richiedono un'attenzione particolare. La tabella 2 elenca alcuni dei fattori di riflessione per diversi colori e materiali.
Tabella 2. Fattori di riflessione di diversi colori e materiali illuminati con luce bianca
Colore/materiale |
Fattore di riflessione (%) |
White |
100 |
White paper |
80-85 |
Avorio, giallo lime |
70-75 |
Giallo brillante, ocra chiaro, verde chiaro, azzurro pastello, rosa chiaro, crema |
60-65 |
Verde lime, grigio pallido, rosa, arancione, blu-grigio |
50-55 |
Legno biondo, cielo azzurro |
40-45 |
Quercia, cemento secco |
30-35 |
Rosso intenso, verde foglia, verde oliva, verde prato |
20-25 |
Blu scuro, viola |
10-15 |
Nero |
0 |
In ogni caso, l'identificazione per colore dovrebbe essere utilizzata solo quando è veramente necessaria, poiché l'identificazione per colore funzionerà correttamente solo se non ci sono troppi oggetti evidenziati dal colore. Di seguito sono riportate alcune raccomandazioni per identificare i diversi elementi in base al colore:
L'illuminazione degli interni è prevista per soddisfare i seguenti requisiti:
La fornitura di un ambiente di lavoro sicuro deve essere in cima all'elenco delle priorità e, in generale, la sicurezza aumenta rendendo i pericoli chiaramente visibili. L'ordine di priorità degli altri due requisiti dipenderà in larga misura dalla destinazione d'uso dell'interno. Le prestazioni del compito possono essere migliorate assicurando che i dettagli del compito siano più facili da vedere, mentre gli ambienti visivi appropriati vengono sviluppati variando l'enfasi luminosa data agli oggetti e alle superfici all'interno di un interno.
La nostra sensazione generale di benessere, compreso il morale e la stanchezza, è influenzata dalla luce e dal colore. Con bassi livelli di illuminazione, gli oggetti avrebbero poco o nessun colore o forma e ci sarebbe una perdita di prospettiva. Al contrario, un eccesso di luce può essere tanto indesiderato quanto una quantità insufficiente di luce.
In generale, le persone preferiscono una stanza con luce naturale a una stanza senza finestre. Inoltre, si ritiene che il contatto con il mondo esterno favorisca la sensazione di benessere. L'introduzione di controlli automatici dell'illuminazione, insieme alla dimmerazione ad alta frequenza delle lampade fluorescenti, ha permesso di fornire agli interni una combinazione controllata di luce diurna e artificiale. Questo ha l'ulteriore vantaggio di risparmiare sui costi energetici.
La percezione del carattere di un interno è influenzata sia dalla luminosità che dal colore delle superfici visibili, sia interne che esterne. Le condizioni di illuminazione generale all'interno di un interno possono essere raggiunte utilizzando la luce diurna o artificiale o, più probabilmente, una combinazione di entrambe.
Valutazione dell'illuminazione
Requisiti generali
I sistemi di illuminazione utilizzati negli interni commerciali possono essere suddivisi in tre categorie principali: illuminazione generale, illuminazione localizzata e illuminazione locale.
Gli impianti di illuminazione generale forniscono tipicamente un illuminamento approssimativamente uniforme su tutto il piano di lavoro. Tali sistemi sono spesso basati sul metodo di progettazione del lumen, dove un illuminamento medio è:
Illuminamento medio (lux) =
I sistemi di illuminazione localizzati forniscono illuminamento su aree di lavoro generali con un livello di illuminamento ridotto simultaneo nelle aree adiacenti.
I sistemi di illuminazione locale forniscono illuminazione per aree relativamente piccole che incorporano compiti visivi. Tali sistemi sono normalmente integrati da un livello specifico di illuminazione generale. La Figura 1 illustra le differenze tipiche tra i sistemi descritti.
Figura 1. Sistemi di illuminazione
Laddove devono essere eseguiti compiti visivi, è essenziale raggiungere un livello di illuminamento richiesto e considerare le circostanze che ne influenzano la qualità.
L'uso della luce diurna per illuminare le attività ha sia pregi che limiti. Le finestre che lasciano entrare la luce del giorno in un interno forniscono una buona modellazione tridimensionale e, sebbene la distribuzione spettrale della luce del giorno vari durante il giorno, la sua resa cromatica è generalmente considerata eccellente.
Tuttavia, un'illuminazione costante su un'attività non può essere fornita solo dalla luce diurna naturale, a causa della sua ampia variabilità, e se l'attività si trova all'interno dello stesso campo visivo di un cielo luminoso, è probabile che si verifichi un abbagliamento disabilitante, compromettendo così le prestazioni dell'attività . L'uso della luce diurna per l'illuminazione delle attività ha solo un successo parziale e l'illuminazione artificiale, sulla quale può essere esercitato un maggiore controllo, ha un ruolo importante da svolgere.
Poiché l'occhio umano percepirà le superfici e gli oggetti solo attraverso la luce che viene riflessa da essi, ne consegue che le caratteristiche della superficie ei valori di riflettanza unitamente alla quantità e qualità della luce influenzeranno l'aspetto dell'ambiente.
Quando si considera l'illuminazione di un interno è essenziale determinare il illuminamento livello e confrontarlo con i livelli raccomandati per diversi compiti (vedi tabella 1).
Tabella 1. Tipici livelli raccomandati di illuminamento mantenuto per diversi luoghi o compiti visivi
|
Livello tipico raccomandato di illuminamento mantenuto (lux) |
Uffici generali |
500 |
Postazioni informatiche |
500 |
Aree di assemblaggio in fabbrica |
|
Lavoro duro |
300 |
Lavoro medio |
500 |
Bel lavoro |
750 |
Ottimo lavoro |
|
Montaggio dello strumento |
1,000 |
Assemblaggio/riparazione di gioielli |
1,500 |
Sale operatorie ospedaliere |
50,000 |
Illuminazione per compiti visivi
La capacità dell'occhio di discernere i dettagli—acuità visiva—è significativamente influenzato dalle dimensioni dell'attività, dal contrasto e dalle prestazioni visive dello spettatore. Anche l'aumento della quantità e della qualità dell'illuminazione migliorerà in modo significativo prestazione visiva. L'effetto dell'illuminazione sulle prestazioni del compito è influenzato dalla dimensione dei dettagli critici del compito e dal contrasto tra il compito e lo sfondo circostante. La Figura 2 mostra gli effetti dell'illuminazione sull'acuità visiva. Quando si considera l'illuminazione del compito visivo è importante considerare la capacità dell'occhio di svolgere il compito visivo con velocità e precisione. Questa combinazione è nota come prestazione visiva. La Figura 3 mostra gli effetti tipici dell'illuminazione sulla performance visiva di un dato compito.
Figura 2. Relazione tipica tra acuità visiva e illuminamento
Figura 3. Relazione tipica tra prestazioni visive e illuminamento
La previsione dell'illuminamento che raggiunge una superficie di lavoro è di primaria importanza nella progettazione illuminotecnica. Tuttavia, il sistema visivo umano risponde alla distribuzione della luminanza all'interno del campo visivo. La scena all'interno di un campo visivo viene interpretata differenziando tra colore della superficie, riflettanza e illuminazione. La luminanza dipende sia dall'illuminamento che dalla riflettanza di una superficie. Sia l'illuminamento che la luminanza sono grandezze oggettive. La risposta alla luminosità, tuttavia, è soggettiva.
Per produrre un ambiente che offra soddisfazione visiva, comfort e prestazioni, le luminanze all'interno del campo visivo devono essere bilanciate. Idealmente le luminanze che circondano un'attività dovrebbero diminuire gradualmente, evitando così forti contrasti. La variazione suggerita della luminanza in un'attività è illustrata nella figura 4.
Figura 4. Variazione della luminanza in un'attività
Il metodo lumen della progettazione illuminotecnica porta a un illuminamento medio del piano orizzontale sul piano di lavoro ed è possibile utilizzare il metodo per stabilire valori medi di illuminamento su pareti e soffitti all'interno di un interno. È possibile convertire i valori medi di illuminamento in valori medi di luminanza dai dettagli del valore medio di riflettanza delle superfici della stanza.
L'equazione relativa a luminanza e illuminamento è:
Figura 5. Tipici valori di illuminamento relativo insieme ai valori di riflettanza suggeriti
La Figura 5 mostra un ufficio tipico con i relativi valori di illuminamento (da un sistema di illuminazione generale dall'alto) sulle superfici della stanza principale insieme alle riflettanze suggerite. L'occhio umano tende ad essere attratto da quella parte della scena visiva che è più luminosa. Ne consegue che i valori di luminanza più elevati di solito si verificano in un'area del compito visivo. L'occhio riconosce i dettagli all'interno di un compito visivo discriminando tra parti più chiare e più scure del compito. La variazione di luminosità di un compito visivo è determinata dal calcolo del contrasto di luminanza:
where
Lt = Luminanza del compito
Lb = Luminanza dello sfondo
ed entrambe le luminanze sono misurate in cd·m-2
Le linee verticali in questa equazione indicano che tutti i valori di contrasto di luminanza sono da considerarsi positivi.
Il contrasto di un compito visivo sarà influenzato dalle proprietà di riflettanza del compito stesso. Vedi figura 5.
Controllo ottico dell'illuminazione
Se in un apparecchio di illuminazione viene utilizzata una lampada nuda, è improbabile che la distribuzione della luce sia accettabile e il sistema sarà quasi certamente antieconomico. In tali situazioni è probabile che la lampada nuda sia una fonte di abbagliamento per gli occupanti della stanza e, sebbene un po' di luce possa eventualmente raggiungere il piano di lavoro, è probabile che l'efficacia dell'installazione venga seriamente ridotta a causa dell'abbagliamento.
Sarà evidente che è richiesta una qualche forma di controllo della luce, e i metodi impiegati più frequentemente sono descritti in dettaglio qui di seguito.
ostruzione
Se una lampada è installata all'interno di un involucro opaco con una sola apertura per la fuoriuscita della luce, la distribuzione della luce sarà molto limitata, come mostrato nella figura 6.
Figura 6. Controllo dell'emissione luminosa per ostruzione
Riflessione
Questo metodo utilizza superfici riflettenti, che possono variare da una finitura altamente opaca a una finitura altamente speculare o simile a uno specchio. Questo metodo di controllo è più efficiente dell'ostruzione, poiché la luce parassita viene raccolta e reindirizzata dove è richiesta. Il principio in questione è illustrato nella figura 7.
Figura 7. Controllo dell'emissione luminosa per riflessione
Emittente
Se una lampada è installata all'interno di un materiale traslucido, la dimensione apparente della sorgente luminosa aumenta con una contemporanea riduzione della sua luminosità. I pratici diffusori purtroppo assorbono parte della luce emessa, il che di conseguenza riduce l'efficienza complessiva dell'apparecchio. La Figura 8 illustra il principio di diffusione.
Figura 8. Controllo dell'emissione luminosa per diffusione
Rifrazione
Questo metodo utilizza l'effetto "prisma", dove tipicamente un materiale prismatico di vetro o plastica "piega" i raggi di luce e così facendo reindirizza la luce dove è richiesta. Questo metodo è estremamente adatto per l'illuminazione interna generale. Ha il vantaggio di combinare un buon controllo dell'abbagliamento con un'efficienza accettabile. La Figura 9 mostra come la rifrazione aiuta nel controllo ottico.
In molti casi un apparecchio di illuminazione utilizzerà una combinazione dei metodi di controllo ottico descritti.
Figura 9. Controllo dell'emissione luminosa per rifrazione
Distribuzione della luminanza
La distribuzione della luce emessa da un apparecchio di illuminazione è significativa nel determinare le condizioni visive sperimentate successivamente. Ciascuno dei quattro metodi di controllo ottico descritti produrrà diverse proprietà di distribuzione dell'emissione luminosa dall'apparecchio di illuminazione.
Riflessi velati si verificano spesso nelle aree in cui sono installati videoterminali. I soliti sintomi riscontrati in tali situazioni sono la ridotta capacità di leggere correttamente il testo su uno schermo a causa della comparsa di immagini indesiderate ad alta luminosità sullo schermo stesso, tipicamente da apparecchi di illuminazione sopraelevati. Può svilupparsi una situazione in cui dei riflessi velati compaiono anche su carta su una scrivania in un interno.
Se gli apparecchi di illuminazione in un interno hanno una forte componente di emissione luminosa verticale verso il basso, allora qualsiasi carta su una scrivania sotto tale apparecchio rifletterà la sorgente luminosa negli occhi di un osservatore che sta leggendo o lavorando sulla carta. Se la carta ha una finitura lucida, la situazione è aggravata.
La soluzione al problema è fare in modo che gli apparecchi utilizzati abbiano una distribuzione del flusso luminoso prevalentemente inclinata rispetto alla verticale discendente, in modo che seguendo le leggi fondamentali della fisica (angolo di incidenza = angolo di riflessione) l'abbagliamento riflesso essere minimizzato. La Figura 10 mostra un tipico esempio sia del problema che della cura. La distribuzione dell'emissione luminosa dall'apparecchio utilizzato per superare il problema è indicata come a distribuzione a pipistrello.
Figura 10. Riflessioni velate
Anche la distribuzione della luce dagli apparecchi di illuminazione può portare a abbagliamento diretto, e nel tentativo di superare questo problema, le unità di illuminazione locale dovrebbero essere installate al di fuori dell'"angolo proibito" di 45 gradi, come mostrato nella figura 11.
Figura 11. Rappresentazione schematica dell'angolo proibito
Condizioni di illuminazione ottimali per il comfort visivo e le prestazioni
Quando si esaminano le condizioni di illuminazione per il comfort visivo e le prestazioni, è opportuno considerare quei fattori che influenzano la capacità di vedere i dettagli. Questi possono essere suddivisi in due categorie: caratteristiche dell'osservatore e caratteristiche del compito.
Caratteristiche dell'osservatore.
Questi includono:
Caratteristiche del compito.
Questi includono:
Con riferimento a compiti particolari, è necessario rispondere alle seguenti domande:
Per produrre condizioni di illuminazione ottimali sul posto di lavoro è importante considerare i requisiti imposti all'impianto di illuminazione. Idealmente l'illuminazione del compito dovrebbe rivelare il colore, le dimensioni, il rilievo e le qualità della superficie di un compito, evitando contemporaneamente la creazione di ombre, bagliori e ambienti "duri" potenzialmente pericolosi per il compito stesso.
Bagliore.
L'abbagliamento si verifica quando c'è eccessiva luminanza nel campo visivo. Gli effetti dell'abbagliamento sulla visione possono essere suddivisi in due gruppi, denominati abbagliamento della disabilità ed fastidioso bagliore.
Considera l'esempio del bagliore dei fari di un veicolo in arrivo durante l'oscurità. L'occhio non può adattarsi contemporaneamente ai fari del veicolo e alla luminosità molto inferiore della strada. Questo è un esempio di abbagliamento invalidante, poiché le sorgenti luminose ad alta luminanza producono un effetto invalidante dovuto alla dispersione della luce nel mezzo ottico. L'abbagliamento della disabilità è proporzionale all'intensità della fonte di luce incriminata.
L'abbagliamento fastidioso, che è più probabile che si verifichi negli interni, può essere ridotto o addirittura eliminato del tutto riducendo il contrasto tra l'attività e l'ambiente circostante. Le finiture opache a riflessione diffusa sulle superfici di lavoro sono da preferire alle finiture lucide oa riflessione speculare e la posizione di qualsiasi sorgente luminosa offensiva deve essere al di fuori del normale campo visivo. In generale, le prestazioni visive di successo si verificano quando il compito stesso è più luminoso dei suoi immediati dintorni, ma non eccessivamente.
All'entità dell'abbagliamento fastidioso viene assegnato un valore numerico e confrontato con valori di riferimento per prevedere se il livello di abbagliamento fastidioso sarà accettabile. Il metodo di calcolo dei valori dell'indice di abbagliamento utilizzato nel Regno Unito e altrove è considerato in "Misurazione".
Misurazione
Rilievi illuminotecnici
Una tecnica di rilevamento spesso utilizzata si basa su una griglia di punti di misurazione sull'intera area in esame. La base di questa tecnica è dividere l'intero interno in un numero di aree uguali, ciascuna idealmente quadrata. L'illuminamento al centro di ciascuna delle aree viene misurato all'altezza del piano di lavoro (tipicamente 0.85 metri sopra il livello del pavimento) e viene calcolato un valore medio di illuminamento. La precisione del valore dell'illuminamento medio è influenzata dal numero di punti di misura utilizzati.
Esiste una relazione che abilita il ordine numero di punti di misura da calcolare dal valore di indice della stanza applicabile all'interno considerato.
Qui lunghezza e larghezza si riferiscono alle dimensioni della stanza e l'altezza di montaggio è la distanza verticale tra il centro della sorgente luminosa e il piano di lavoro.
La relazione a cui si fa riferimento è data da:
Numero minimo di punti di misurazione = (x + 2)2
dove "x” è il valore dell'indice della stanza portato al numero intero successivo più alto, tranne che per tutti i valori di RI uguale o maggiore di 3, x viene preso come 4. Questa equazione fornisce il numero minimo di punti di misurazione, ma le condizioni spesso richiedono l'utilizzo di più di questo numero minimo di punti.
Quando si considera l'illuminazione di un'area di lavoro e dei suoi dintorni immediati, la variazione dell'illuminamento o uniformità di illuminamento deve essere considerato.
Su qualsiasi area di lavoro e nelle sue immediate vicinanze, l'uniformità non dovrebbe essere inferiore a 0.8.
In molti luoghi di lavoro non è necessario illuminare tutte le aree allo stesso livello. L'illuminazione localizzata o locale può fornire un certo grado di risparmio energetico, ma qualunque sia il sistema utilizzato, la variazione dell'illuminazione all'interno di un interno non deve essere eccessiva.
I diversità di illuminamento è espresso come:
In qualsiasi punto dell'area principale dell'interno, la diversità di illuminamento non deve superare 5:1.
Gli strumenti utilizzati per misurare l'illuminamento e la luminanza hanno tipicamente risposte spettrali che variano dalla risposta del sistema visivo umano. Le risposte vengono corrette, spesso mediante l'uso di filtri. Quando i filtri sono incorporati, gli strumenti sono indicati come colore corretto.
Ai misuratori di illuminamento viene applicata un'ulteriore correzione che compensa la direzione della luce incidente che cade sulla cella del rivelatore. Si dice che siano strumenti in grado di misurare con precisione l'illuminamento da diverse direzioni della luce incidente coseno corretto.
Misurazione dell'indice di abbagliamento
Il sistema utilizzato frequentemente nel Regno Unito, con variazioni altrove, è essenzialmente un processo in due fasi. La prima fase stabilisce un indice di abbagliamento non corretto valore (UGI). La Figura 12 fornisce un esempio.
Figura 12. Viste in alzato e in pianta di interni tipici utilizzati nell'esempio
L'altezza H è la distanza verticale tra il centro della sorgente luminosa e l'altezza degli occhi di un osservatore seduto, che normalmente è considerata pari a 1.2 metri sopra il livello del pavimento. Le dimensioni maggiori della stanza vengono quindi convertite in multipli di H. Quindi, essendo H = 3.0 metri, allora lunghezza = 4H e larghezza = 3H. Devono essere effettuati quattro calcoli separati di UGI per determinare lo scenario peggiore secondo i layout mostrati nella figura 13.
Figura 13. Possibili combinazioni di orientamento dell'apparecchio e direzione di visione all'interno dell'interno considerato nell'esempio
Le tabelle sono prodotte dai produttori di apparecchi di illuminazione che specificano, per dati valori di riflettanza del tessuto all'interno di una stanza, valori di indice di abbagliamento non corretto per ogni combinazione di valori di X e Y.
La seconda fase del processo consiste nell'applicare fattori di correzione ai valori UGI in base ai valori del flusso di uscita della lampada e alla deviazione del valore dell'altezza (H).
Il valore dell'indice di abbagliamento finale viene quindi confrontato con il valore dell'indice di abbagliamento limite per interni specifici, fornito in riferimenti come il codice CIBSE per l'illuminazione interna (1994).
La natura pervasiva del rumore professionale
Il rumore è uno dei rischi professionali più comuni. Negli Stati Uniti, ad esempio, più di 9 milioni di lavoratori sono esposti a livelli di rumore medi giornalieri ponderati A di 85 decibel (qui abbreviati come 85 dBA). Questi livelli di rumore sono potenzialmente pericolosi per il loro udito e possono produrre anche altri effetti negativi. Ci sono circa 5.2 milioni di lavoratori esposti al rumore al di sopra di questi livelli nel settore manifatturiero e dei servizi pubblici, che rappresentano circa il 35% del numero totale di lavoratori nelle industrie manifatturiere statunitensi.
I livelli di rumore pericolosi sono facilmente identificabili ed è tecnologicamente fattibile controllare il rumore eccessivo nella stragrande maggioranza dei casi applicando tecnologie standard, riprogettando l'apparecchiatura o il processo o adattando macchine rumorose. Ma troppo spesso non si fa nulla. Ci sono diverse ragioni per questo. In primo luogo, sebbene molte soluzioni di controllo del rumore siano notevolmente economiche, altre possono essere costose, soprattutto quando l'obiettivo è ridurre il rischio di rumore a livelli di 85 o 80 dBA.
Una ragione molto importante per l'assenza di programmi di controllo del rumore e di conservazione dell'udito è che, purtroppo, il rumore è spesso accettato come un "male necessario", una parte del fare affari, una parte inevitabile di un lavoro industriale. Il rumore pericoloso non provoca spargimenti di sangue, non rompe ossa, non produce tessuti dall'aspetto strano e, se i lavoratori riescono a superare i primi giorni o settimane di esposizione, spesso si sentono come se si fossero "abituati" al rumore. Ma ciò che molto probabilmente è accaduto è che hanno iniziato a subire una temporanea perdita dell'udito che offusca la loro sensibilità uditiva durante la giornata lavorativa e spesso si attenua durante la notte. Pertanto, il progresso della perdita dell'udito indotta dal rumore è insidioso in quanto si insinua gradualmente nel corso dei mesi e degli anni, in gran parte inosservato fino a raggiungere proporzioni invalidanti.
Un altro motivo importante per cui i pericoli del rumore non sono sempre riconosciuti è che c'è uno stigma collegato alla compromissione dell'udito che ne deriva. Come Raymond Hétu ha dimostrato così chiaramente nel suo articolo sulla riabilitazione dalla perdita dell'udito indotta dal rumore altrove in questo Enciclopedia, le persone con disabilità uditive sono spesso considerate anziane, mentalmente lente e generalmente incompetenti, e coloro che rischiano di incorrere in menomazioni sono riluttanti a riconoscere le loro menomazioni o il rischio per paura di essere stigmatizzati. Questa è una situazione spiacevole perché le perdite uditive indotte dal rumore diventano permanenti e, se aggiunte alla perdita uditiva che si verifica naturalmente con l'invecchiamento, possono portare alla depressione e all'isolamento nella mezza età e nella vecchiaia. Il momento di adottare misure preventive è prima che inizino le perdite uditive.
La portata dell'esposizione al rumore
Come accennato in precedenza, il rumore è particolarmente diffuso nelle industrie manifatturiere. Il Dipartimento del lavoro degli Stati Uniti ha stimato che il 19.3% dei lavoratori nel settore manifatturiero e dei servizi pubblici è esposto a livelli di rumore medi giornalieri di 90 dBA e superiori, il 34.4% è esposto a livelli superiori a 85 dBA e il 53.1% a livelli superiori a 80 dBA. Queste stime dovrebbero essere abbastanza tipiche della percentuale di lavoratori esposti a livelli pericolosi di rumore in altre nazioni. È probabile che i livelli siano un po' più alti nelle nazioni meno sviluppate, dove i controlli tecnici non sono usati così ampiamente, e un po' più bassi nelle nazioni con programmi di controllo del rumore più forti, come i paesi scandinavi e la Germania.
Molti lavoratori in tutto il mondo subiscono esposizioni molto pericolose, ben al di sopra di 85 o 90 dBA. Ad esempio, il Dipartimento del lavoro degli Stati Uniti ha stimato che quasi mezzo milione di lavoratori sono esposti a livelli di rumore medi giornalieri di 100 dBA e superiori, e più di 800,000 a livelli compresi tra 95 e 100 dBA nelle sole industrie manifatturiere.
La figura 1 classifica le industrie manifatturiere più rumorose negli Stati Uniti in ordine decrescente in base alla percentuale di lavoratori esposti sopra i 90 dBA e fornisce stime dei lavoratori esposti al rumore per settore industriale.
Figura 1. Esposizione professionale al rumore: l'esperienza negli Stati Uniti
Esigenze di ricerca
Nei successivi articoli di questo capitolo dovrebbe risultare chiaro al lettore che gli effetti sull'udito della maggior parte dei tipi di rumore sono ben noti. I criteri per gli effetti del rumore continuo, variabile e intermittente sono stati sviluppati circa 30 anni fa e rimangono sostanzialmente gli stessi oggi. Questo non è vero, tuttavia, per il rumore impulsivo. A livelli relativamente bassi, il rumore impulsivo sembra non essere più dannoso e forse meno del rumore continuo, a parità di energia sonora. Ma ad alti livelli sonori, il rumore impulsivo sembra essere più dannoso, soprattutto quando viene superato un livello critico (o, più correttamente, un'esposizione critica). Sono necessarie ulteriori ricerche per definire più esattamente la forma della curva danno/rischio.
Un'altra area che deve essere chiarita è l'effetto negativo del rumore, sia sull'udito che sulla salute generale, in combinazione con altri agenti. Sebbene gli effetti combinati del rumore e delle droghe ototossiche siano abbastanza noti, la combinazione di rumore e sostanze chimiche industriali è motivo di crescente preoccupazione. I solventi e alcuni altri agenti sembrano essere sempre più neurotossici se sperimentati insieme ad alti livelli di rumore.
In tutto il mondo, i lavoratori esposti al rumore nelle industrie manifatturiere e nell'esercito ricevono la maggior parte dell'attenzione. Vi sono, tuttavia, molti lavoratori nel settore minerario, edile, agricolo e dei trasporti che sono anche esposti a livelli pericolosi di rumore, come evidenziato nella figura 1. È necessario valutare le esigenze uniche associate a queste occupazioni e il controllo del rumore e altri aspetti dei programmi di conservazione dell'udito devono essere estesi a questi lavoratori. Sfortunatamente, la fornitura di programmi di conservazione dell'udito ai lavoratori esposti al rumore non garantisce che la perdita dell'udito e gli altri effetti negativi del rumore saranno prevenuti. Esistono metodi standard per valutare l'efficacia dei programmi di conservazione dell'udito, ma possono essere ingombranti e non sono ampiamente utilizzati. È necessario sviluppare metodi di valutazione semplici che possano essere utilizzati da piccole e grandi aziende e da quelle con risorse minime.
La tecnologia esiste per ridurre la maggior parte dei problemi di rumore, come menzionato sopra, ma c'è un grande divario tra la tecnologia esistente e la sua applicazione. Devono essere sviluppati metodi attraverso i quali le informazioni su tutti i tipi di soluzioni per il controllo del rumore possano essere divulgate a coloro che ne hanno bisogno. Le informazioni sul controllo del rumore devono essere computerizzate e rese disponibili non solo agli utenti dei paesi in via di sviluppo, ma anche ai paesi industrializzati.
Tendenze future
In alcuni paesi vi è una crescente tendenza a porre maggiormente l'accento sull'esposizione al rumore non professionale e sul suo contributo all'onere della perdita dell'udito indotta dal rumore. Questi tipi di fonti e attività includono caccia, tiro al bersaglio, giocattoli rumorosi e musica ad alto volume. Questa focalizzazione è vantaggiosa in quanto mette in evidenza alcune fonti potenzialmente significative di problemi di udito, ma in realtà può essere dannosa se distoglie l'attenzione da gravi problemi di rumore professionale.
Una tendenza molto drammatica è evidente tra le nazioni appartenenti all'Unione Europea, dove la standardizzazione per il rumore avanza a un ritmo quasi senza fiato. Questo processo include standard per le emissioni di rumore del prodotto e per gli standard di esposizione al rumore.
Il processo di definizione degli standard non si sta muovendo rapidamente in Nord America, specialmente negli Stati Uniti, dove gli sforzi normativi sono a un punto morto e il movimento verso la deregolamentazione è una possibilità. Gli sforzi per regolamentare il rumore dei nuovi prodotti sono stati abbandonati nel 1982, quando il Noise Office dell'Agenzia per la protezione ambientale degli Stati Uniti è stato chiuso e gli standard sul rumore professionale potrebbero non sopravvivere al clima di deregolamentazione dell'attuale Congresso degli Stati Uniti.
Sembra che le nazioni in via di sviluppo siano in procinto di adottare e rivedere gli standard sul rumore. Questi standard tendono al conservatorismo, in quanto si stanno muovendo verso un limite di esposizione ammissibile di 85 dBA, e verso un tasso di cambio (rapporto di scambio tempo/intensità) di 3 dB. Quanto bene questi standard vengano applicati, specialmente nelle economie in espansione, è una questione aperta.
La tendenza in alcune delle nazioni in via di sviluppo è quella di concentrarsi sul controllo del rumore con metodi ingegneristici piuttosto che lottare con le complessità dei test audiometrici, dei dispositivi di protezione dell'udito, della formazione e della tenuta dei registri. Questo sembrerebbe essere un approccio molto sensato ove fattibile. A volte può essere necessaria l'integrazione con protezioni acustiche per ridurre l'esposizione a livelli di sicurezza.
Gli effetti del rumore
Alcuni dei materiali che seguono sono stati adattati da Suter, AH, “Rumore e conservazione dell'udito”, Capitolo 2 in Hearing Conservation Manual (3a ed.), Council for Accreditation in Occupational Hearing Conservation, Milwaukee, WI, USA (1993 ).
La perdita dell'udito è certamente l'effetto negativo più noto del rumore, e probabilmente il più grave, ma non è l'unico. Altri effetti dannosi includono l'acufene (fischi nelle orecchie), l'interferenza con la comunicazione vocale e con la percezione dei segnali di avvertimento, l'interruzione delle prestazioni lavorative, il fastidio e gli effetti extra-uditivi. Nella maggior parte dei casi, proteggere l'udito dei lavoratori dovrebbe proteggere dalla maggior parte degli altri effetti. Questa considerazione fornisce un ulteriore supporto alle aziende per implementare buoni programmi di controllo del rumore e di conservazione dell'udito.
Problema uditivo
L'ipoacusia indotta dal rumore è molto comune, ma è spesso sottovalutata perché non ci sono effetti visibili e, nella maggior parte dei casi, nessun dolore. C'è solo una graduale e progressiva perdita di comunicazione con la famiglia e gli amici, e una perdita di sensibilità ai suoni dell'ambiente, come il canto degli uccelli e la musica. Sfortunatamente, il buon udito è generalmente dato per scontato fino a quando non viene perso.
Queste perdite possono essere così graduali che gli individui non si rendono conto di ciò che è accaduto finché la menomazione non diventa invalidante. Il primo segno di solito è che le altre persone non sembrano parlare chiaramente come prima. La persona con problemi di udito dovrà chiedere agli altri di ripetersi e spesso si infastidisce per la loro apparente mancanza di considerazione. Alla famiglia e agli amici viene spesso detto: “Non urlare contro di me. Posso sentirti, ma non riesco proprio a capire quello che stai dicendo.
Man mano che la perdita dell'udito peggiora, l'individuo inizierà a ritirarsi dalle situazioni sociali. La chiesa, le assemblee civiche, le occasioni sociali e il teatro iniziano a perdere la loro attrattiva e l'individuo sceglierà di restare a casa. Il volume della televisione diventa motivo di contesa all'interno della famiglia, e altri membri della famiglia a volte vengono cacciati dalla stanza perché la persona con problemi di udito lo vuole così alto.
La presbiacusia, la perdita dell'udito che accompagna naturalmente il processo di invecchiamento, si aggiunge all'handicap uditivo quando la persona con perdita dell'udito causata dal rumore invecchia. Alla fine, la perdita può progredire fino a uno stadio così grave che l'individuo non può più comunicare con la famiglia o gli amici senza grandi difficoltà, e allora lui o lei è davvero isolato. Un apparecchio acustico può aiutare in alcuni casi, ma la chiarezza dell'udito naturale non sarà mai ripristinata, come la chiarezza della visione è con gli occhiali.
Compromissione dell'udito professionale
L'ipoacusia indotta dal rumore è solitamente considerata una malattia o una malattia professionale, piuttosto che un infortunio, perché la sua progressione è graduale. In rare occasioni, un dipendente può subire una perdita dell'udito immediata e permanente a causa di un evento molto rumoroso come un'esplosione o un processo molto rumoroso, come la rivettatura sull'acciaio. In queste circostanze la perdita dell'udito viene talvolta indicata come una lesione e viene chiamata "trauma acustico". La circostanza usuale, tuttavia, è una lenta diminuzione della capacità uditiva nel corso di molti anni. L'entità del danno dipenderà dal livello del rumore, dalla durata dell'esposizione e dalla suscettibilità del singolo lavoratore. Sfortunatamente, non esiste alcun trattamento medico per l'ipoacusia professionale; esiste solo la prevenzione.
Gli effetti uditivi del rumore sono ben documentati e c'è poca controversia sulla quantità di rumore continuo che causa vari gradi di perdita dell'udito (ISO 1990). Anche il fatto che il rumore intermittente causi la perdita dell'udito è incontestato. Ma i periodi di rumore interrotti da periodi di quiete possono offrire all'orecchio interno un'opportunità per riprendersi da una temporanea perdita dell'udito e possono quindi essere in qualche modo meno pericolosi del rumore continuo. Questo è vero principalmente per le occupazioni all'aperto, ma non per ambienti interni come le fabbriche, dove i necessari intervalli di quiete sono rari (Suter 1993).
Anche il rumore impulsivo, come il rumore degli spari e dello stampaggio del metallo, danneggia l'udito. Ci sono alcune prove che il pericolo del rumore impulsivo è più grave di quello di altri tipi di rumore (Dunn et al. 1991; Thiery e Meyer-Bisch 1988), ma non è sempre così. L'entità del danno dipenderà principalmente dal livello e dalla durata dell'impulso e potrebbe essere peggiore in presenza di rumore continuo in sottofondo. Ci sono anche prove che le fonti di rumore impulsivo ad alta frequenza sono più dannose di quelle composte da frequenze più basse (Hamernik, Ahroon e Hsueh 1991; Price 1983).
La perdita dell'udito dovuta al rumore è spesso temporanea all'inizio. Nel corso di una giornata rumorosa, l'orecchio si affatica e il lavoratore sperimenterà una riduzione dell'udito nota come spostamento temporaneo della soglia (STT). Tra la fine di un turno di lavoro e l'inizio del successivo l'orecchio di solito si riprende da gran parte del TTS, ma spesso una parte della perdita rimane. Dopo giorni, mesi e anni di esposizione, il TTS porta a effetti permanenti e nuove quantità di TTS iniziano ad accumularsi sulle perdite ormai permanenti. Un buon programma di test audiometrici cercherà di identificare queste perdite uditive temporanee e fornire misure preventive prima che le perdite diventino permanenti.
Prove sperimentali indicano che diversi agenti industriali sono tossici per il sistema nervoso e producono perdita dell'udito negli animali da laboratorio, specialmente quando si verificano in combinazione con il rumore (Fechter 1989). Questi agenti includono (1) pericoli di metalli pesanti, come composti di piombo e trimetilstagno, (2) solventi organici, come toluene, xilene e solfuro di carbonio, e (3) un asfissiante, il monossido di carbonio. Recenti ricerche sui lavoratori dell'industria (Morata 1989; Morata et al. 1991) suggeriscono che alcune di queste sostanze (solfuro di carbonio e toluene) possono aumentare il potenziale dannoso del rumore. Vi sono anche prove che alcuni farmaci già tossici per l'orecchio possono aumentare gli effetti dannosi del rumore (Boettcher et al. 1987). Gli esempi includono alcuni antibiotici e farmaci chemioterapici contro il cancro. I responsabili dei programmi di conservazione dell'udito devono essere consapevoli del fatto che i lavoratori esposti a queste sostanze chimiche o che usano questi farmaci possono essere più suscettibili alla perdita dell'udito, specialmente se esposti anche al rumore.
Compromissione dell'udito extraprofessionale
È importante comprendere che il rumore professionale non è l'unica causa di perdita dell'udito indotta dal rumore tra i lavoratori, ma la perdita dell'udito può anche essere causata da fonti al di fuori del posto di lavoro. Queste fonti di rumore producono ciò che a volte viene chiamato "sociocusia" e i loro effetti sull'udito sono impossibili da distinguere dall'ipoacusia professionale. Possono essere ipotizzati solo ponendo domande dettagliate sulle attività ricreative e su altre attività rumorose del lavoratore. Esempi di fonti sociocusiche potrebbero essere strumenti per la lavorazione del legno, motoseghe, motociclette non silenziate, musica ad alto volume e armi da fuoco. Il tiro frequente con pistole di grosso calibro (senza protezione dell'udito) può contribuire in modo significativo alla perdita dell'udito indotta dal rumore, mentre è più probabile che la caccia occasionale con armi di piccolo calibro sia innocua.
L'importanza dell'esposizione al rumore non professionale e la conseguente sociocusia è che questa perdita dell'udito si aggiunge all'esposizione che un individuo potrebbe ricevere da fonti professionali. Per il bene della salute generale dell'udito dei lavoratori, dovrebbe essere consigliato loro di indossare un'adeguata protezione dell'udito quando si impegnano in attività ricreative rumorose.
Acufene
L'acufene è una condizione che spesso accompagna l'ipoacusia sia temporanea che permanente dovuta al rumore, così come altri tipi di ipoacusia neurosensoriale. Spesso indicato come "fischio nelle orecchie", l'acufene può variare da lieve in alcuni casi a grave in altri. A volte le persone riferiscono di essere più infastidite dal loro acufene che dal loro deficit uditivo.
È probabile che le persone con acufene lo notino maggiormente in condizioni di quiete, ad esempio quando cercano di andare a dormire la notte o quando sono sedute in una cabina insonorizzata per sottoporsi a un test audiometrico. È un segno che le cellule sensoriali nell'orecchio interno sono state irritate. È spesso un precursore della perdita dell'udito indotta dal rumore e quindi un importante segnale di avvertimento.
Interferenza di comunicazione e sicurezza
Il fatto che il rumore possa interferire o "mascherare" la comunicazione vocale e i segnali di avvertimento è solo buon senso. Molti processi industriali possono essere eseguiti molto bene con un minimo di comunicazione tra i lavoratori. Altri lavori, tuttavia, come quelli svolti da piloti di aerei, ingegneri ferroviari, comandanti di carri armati e molti altri, fanno molto affidamento sulla comunicazione vocale. Alcuni di questi lavoratori utilizzano sistemi elettronici che sopprimono il rumore e amplificano il parlato. Al giorno d'oggi sono disponibili sofisticati sistemi di comunicazione, alcuni con dispositivi che annullano i segnali acustici indesiderati in modo che la comunicazione possa avvenire più facilmente.
In molti casi, i lavoratori devono solo arrangiarsi, sforzandosi di comprendere le comunicazioni al di sopra del rumore e gridando sopra di esso o segnalando. A volte le persone possono sviluppare raucedine o persino noduli vocali o altre anomalie sulle corde vocali a causa di uno sforzo eccessivo. Potrebbe essere necessario rivolgersi a queste persone per cure mediche.
Le persone hanno imparato per esperienza che a livelli di rumore superiori a circa 80 dBA devono parlare a voce molto alta, mentre a livelli superiori a 85 dBA devono gridare. A livelli molto superiori a 95 dBA devono avvicinarsi l'uno all'altro per comunicare. Specialisti acustici hanno sviluppato metodi per prevedere la quantità di comunicazione che può avvenire in situazioni industriali. Le previsioni risultanti dipendono dalle caratteristiche acustiche sia del rumore che del parlato (o altro segnale desiderato), nonché dalla distanza tra chi parla e chi ascolta.
È generalmente noto che il rumore può interferire con la sicurezza, ma solo pochi studi hanno documentato questo problema (ad esempio, Moll van Charante e Mulder 1990; Wilkins e Acton 1982). Ci sono state numerose segnalazioni, tuttavia, di lavoratori che hanno vestiti o mani intrappolati nelle macchine e sono rimasti gravemente feriti mentre i loro colleghi erano ignari delle loro grida di aiuto. Per evitare interruzioni della comunicazione in ambienti rumorosi, alcuni datori di lavoro hanno installato dispositivi di allarme visivo.
Un altro problema, riconosciuto più dagli stessi lavoratori esposti al rumore che dai professionisti della conservazione dell'udito e della salute sul lavoro, è che i dispositivi di protezione dell'udito possono talvolta interferire con la percezione del parlato e dei segnali di avvertimento. Questo sembra essere vero soprattutto quando i portatori hanno già perdite uditive ei livelli di rumore scendono al di sotto dei 90 dBA (Suter 1992). In questi casi, i lavoratori nutrono una preoccupazione molto legittima nell'indossare protezioni acustiche. È importante essere attenti alle loro preoccupazioni e implementare controlli tecnici del rumore o migliorare il tipo di protezione offerta, come protezioni integrate in un sistema di comunicazione elettronico. Inoltre, le protezioni acustiche sono ora disponibili con una risposta in frequenza più piatta e più "ad alta fedeltà", che può migliorare la capacità dei lavoratori di comprendere il parlato ei segnali di avvertimento.
Effetti sulle prestazioni lavorative
Gli effetti del rumore sulle prestazioni lavorative sono stati studiati sia in laboratorio che in condizioni di lavoro reali. I risultati hanno dimostrato che il rumore di solito ha scarso effetto sull'esecuzione di lavori ripetitivi e monotoni e, in alcuni casi, può effettivamente aumentare le prestazioni lavorative quando il livello del rumore è basso o moderato. Alti livelli di rumore possono degradare le prestazioni lavorative, soprattutto quando l'attività è complicata o comporta l'esecuzione di più di una cosa alla volta. Il rumore intermittente tende ad essere più dirompente del rumore continuo, in particolare quando i periodi di rumore sono imprevedibili e incontrollabili. Alcune ricerche indicano che le persone hanno meno probabilità di aiutarsi a vicenda e hanno maggiori probabilità di mostrare comportamenti antisociali in ambienti rumorosi piuttosto che in quelli silenziosi. (Per una rassegna dettagliata degli effetti del rumore sulle prestazioni lavorative si veda Suter 1992).
Fastidio
Sebbene il termine "fastidio" sia più spesso connesso a problemi di rumore nella comunità, come aeroporti o piste automobilistiche, i lavoratori dell'industria possono anche sentirsi infastiditi o irritati dal rumore del loro posto di lavoro. Questo fastidio può essere correlato all'interferenza della comunicazione vocale e delle prestazioni lavorative sopra descritte, ma può anche essere dovuto al fatto che molte persone hanno un'avversione per il rumore. A volte l'avversione al rumore è così forte che un lavoratore cercherà lavoro altrove, ma questa opportunità non è spesso praticabile. Dopo un periodo di adattamento, la maggior parte non sembrerà molto infastidita, ma potrebbe ancora lamentarsi di affaticamento, irritabilità e insonnia. (La regolazione avrà più successo se i giovani lavoratori sono adeguatamente dotati di protezioni acustiche fin dall'inizio, prima che sviluppino qualsiasi perdita dell'udito.) È interessante notare che questo tipo di informazioni a volte affiora dopo un'azienda avvia un programma di controllo del rumore e di conservazione dell'udito perché i lavoratori si sarebbero resi conto del contrasto tra le condizioni precedenti e quelle migliorate successivamente.
Effetti extrauditivi
In quanto fattore di stress biologico, il rumore può influenzare l'intero sistema fisiologico. Il rumore agisce allo stesso modo di altri fattori di stress, inducendo il corpo a rispondere in modi che possono essere dannosi a lungo termine e portare a disturbi noti come "malattie da stress". Di fronte al pericolo in tempi primitivi, il corpo subirebbe una serie di cambiamenti biologici, preparandosi a combattere oa scappare (la classica risposta "lotta o fuga"). Ci sono prove che questi cambiamenti persistono ancora con l'esposizione a forti rumori, anche se una persona può sentirsi "adattata" al rumore.
La maggior parte di questi effetti sembra essere transitoria, ma con l'esposizione continua è stato dimostrato che alcuni effetti avversi sono cronici negli animali da laboratorio. Anche diversi studi sui lavoratori dell'industria puntano in questa direzione, mentre alcuni studi non mostrano effetti significativi (Rehm 1983; van Dijk 1990). L'evidenza è probabilmente più forte per gli effetti cardiovascolari come l'aumento della pressione sanguigna o i cambiamenti nella chimica del sangue. Una serie significativa di studi di laboratorio sugli animali ha mostrato livelli di pressione arteriosa elevati cronici derivanti dall'esposizione al rumore intorno a 85-90 dBA, che non sono tornati al basale dopo la cessazione dell'esposizione (Peterson et al. 1978, 1981 e 1983).
Gli studi sulla chimica del sangue mostrano un aumento dei livelli delle catecolamine epinefrina e norepinefrina a causa dell'esposizione al rumore (Rehm 1983), e una serie di esperimenti condotti da ricercatori tedeschi hanno trovato una connessione tra l'esposizione al rumore e il metabolismo del magnesio nell'uomo e negli animali (Ising e Kruppa 1993). Il pensiero corrente sostiene che gli effetti extra-uditivi del rumore sono molto probabilmente mediati psicologicamente, attraverso l'avversione al rumore, rendendo molto difficile ottenere relazioni dose-risposta. (Per una panoramica completa di questo problema, vedere Ising e Kruppa 1993.)
Poiché gli effetti extra-uditivi del rumore sono mediati dal sistema uditivo, il che significa che è necessario udire il rumore affinché si verifichino effetti avversi, una protezione dell'udito adeguatamente adattata dovrebbe ridurre la probabilità di questi effetti proprio come accade con la perdita dell'udito .
Per la prevenzione degli effetti nocivi del rumore sui lavoratori, occorre prestare attenzione alla scelta della strumentazione appropriata, dei metodi di misurazione e delle procedure per valutare l'esposizione dei lavoratori. È importante valutare correttamente i diversi tipi di esposizione al rumore, come il rumore continuo, intermittente e impulsivo, per distinguere gli ambienti di rumore con diversi spettri di frequenza, nonché considerare la varietà delle situazioni lavorative, come le officine di martellatura a caldo, stanze che ospitano compressori d'aria, processi di saldatura ad ultrasuoni e così via. Gli scopi principali della misurazione del rumore negli ambienti professionali sono (1) identificare i lavoratori sovraesposti e quantificare le loro esposizioni e (2) valutare la necessità sia del controllo del rumore tecnico che degli altri tipi di controllo indicati. Altri usi della misurazione del rumore sono la valutazione dell'efficacia di particolari controlli del rumore e la determinazione dei livelli di fondo nelle sale audiometriche.
Strumenti di misura
Gli strumenti per la misurazione del rumore comprendono fonometri, dosimetri acustici e apparecchiature ausiliarie. Lo strumento base è il fonometro, uno strumento elettronico costituito da un microfono, un amplificatore, vari filtri, uno squadratore, un mediatore esponenziale e un visualizzatore tarato in decibel (dB). I fonometri sono classificati in base alla loro precisione, che va dal più preciso (tipo 0) al minimo (tipo 3). Il tipo 0 viene solitamente utilizzato in laboratorio, il tipo 1 viene utilizzato per altre misure di precisione del livello sonoro, il tipo 2 è il misuratore per uso generale e il tipo 3, il misuratore di rilevamento, non è raccomandato per l'uso industriale. La figura 1 e la figura 2 illustrano un fonometro.
Figura 1. Fonometro: controllo della calibrazione. Per gentile concessione di Larson Davis
Figura 2. Fonometro con schermo antivento. Per gentile concessione di Larson Davis
Le specifiche per i fonometri possono essere trovate negli standard nazionali e internazionali, come l'Organizzazione internazionale per la standardizzazione (ISO), la Commissione elettrotecnica internazionale (IEC) e l'American National Standards Institute (ANSI). Le pubblicazioni IEC IEC 651 (1979) e IEC 804 (1985) riguardano i fonometri di tipo 0, 1 e 2, con ponderazioni di frequenza A, B e C e "lento", "veloce" e "impulsivo". costanti di tempo. ANSI S1.4-1983, come modificato da ANSI S1.4A-1985, fornisce anche le specifiche per i fonometri.
Per facilitare un'analisi acustica più dettagliata, i set di filtri a banda intera di ottava e banda di 1/3 di ottava possono essere collegati o inclusi nei moderni fonometri. Al giorno d'oggi, i fonometri stanno diventando sempre più piccoli e facili da usare, mentre allo stesso tempo le loro possibilità di misurazione si stanno espandendo.
Per misurare esposizioni al rumore non stazionarie, come quelle che si verificano in ambienti a rumore intermittente o impulsivo, è più conveniente utilizzare un fonometro integrato. Questi misuratori possono misurare simultaneamente i livelli sonori equivalenti, di picco e massimi e calcolare, registrare e memorizzare diversi valori automaticamente. Il dosimetro acustico o “dosimetro” è una forma di fonometro integratore che può essere indossato nel taschino della camicia o attaccato agli abiti del lavoratore. I dati del dosimetro acustico possono essere informatizzati e stampati.
È importante assicurarsi che gli strumenti di misurazione del rumore siano sempre adeguatamente calibrati. Ciò significa controllare acusticamente la calibrazione dello strumento prima e dopo l'uso quotidiano, nonché effettuare valutazioni elettroniche a intervalli appropriati.
Metodi di misurazione
I metodi di misurazione del rumore da utilizzare dipendono dagli obiettivi di misurazione, vale a dire, per valutare quanto segue:
Lo standard internazionale ISO 2204 fornisce tre tipi di metodo per la misurazione del rumore: (1) il metodo di rilevamento, (2) il metodo ingegneristico e (3) il metodo di precisione.
Il metodo di indagine
Questo metodo richiede la minor quantità di tempo e attrezzature. I livelli di rumore di una zona di lavoro vengono misurati con un fonometro utilizzando un numero limitato di punti di misurazione. Sebbene non esista un'analisi dettagliata dell'ambiente acustico, è necessario tenere conto dei fattori temporali, ad esempio se il rumore è costante o intermittente e per quanto tempo i lavoratori sono esposti. La rete di ponderazione A viene solitamente utilizzata nel metodo di indagine, ma quando vi è una componente predominante a bassa frequenza, la rete di ponderazione C o la risposta lineare possono essere appropriate.
Il metodo ingegneristico
Con questo metodo, le misurazioni del livello sonoro ponderato A o quelle che utilizzano altre reti di ponderazione vengono integrate con misurazioni che utilizzano filtri per bande di ottava intera o di 1/3 di ottava. Il numero di punti di misurazione e le gamme di frequenza vengono selezionati in base agli obiettivi di misurazione. I fattori temporali dovrebbero essere nuovamente registrati. Questo metodo è utile per valutare l'interferenza con la comunicazione vocale calcolando i livelli di interferenza vocale (SIL), nonché per progettare programmi di abbattimento del rumore e per stimare gli effetti uditivi e non uditivi del rumore.
Il metodo di precisione
Questo metodo è richiesto per situazioni complesse, in cui è necessaria la descrizione più completa del problema del rumore. Le misurazioni complessive del livello sonoro sono integrate con misurazioni di un'ottava intera o di una banda di 1/3 d'ottava e le storie temporali vengono registrate per intervalli di tempo appropriati in base alla durata e alle fluttuazioni del rumore. Ad esempio, potrebbe essere necessario misurare i livelli sonori di picco degli impulsi utilizzando l'impostazione "peak hold" di uno strumento o misurare i livelli di infrasuoni o ultrasuoni, che richiedono speciali capacità di misurazione della frequenza, direttività del microfono e così via.
Coloro che utilizzano il metodo di precisione dovrebbero assicurarsi che la gamma dinamica dello strumento sia sufficientemente ampia da evitare "overshoot" durante la misurazione degli impulsi e che la risposta in frequenza sia sufficientemente ampia se si devono misurare infrasuoni o ultrasuoni. Lo strumento dovrebbe essere in grado di effettuare misurazioni di frequenze fino a 2 Hz per gli infrasuoni e fino ad almeno 16 kHz per gli ultrasuoni, con microfoni sufficientemente piccoli.
I seguenti passaggi di "buon senso" possono essere utili per il misuratore di rumore alle prime armi:
Se le misurazioni vengono effettuate all'aperto, i dati meteorologici pertinenti, come il vento, la temperatura e l'umidità dovrebbero essere annotati se considerati importanti. Un parabrezza dovrebbe essere sempre utilizzato per le misurazioni all'aperto e anche per alcune misurazioni all'interno. Le istruzioni del produttore devono essere sempre seguite per evitare l'influenza di fattori come vento, umidità, polvere e campi elettrici e magnetici, che possono influenzare le letture.
Procedure di misurazione
Esistono due approcci di base per misurare il rumore sul posto di lavoro:
Valutazione dell'esposizione dei lavoratori
Per valutare il rischio di perdita dell'udito da specifiche esposizioni al rumore, il lettore dovrebbe consultare lo standard internazionale ISO 1999 (1990). Lo standard contiene un esempio di questa valutazione del rischio nel suo allegato D.
Le esposizioni al rumore dovrebbero essere misurate in prossimità dell'orecchio del lavoratore e, nel valutare il rischio relativo dell'esposizione dei lavoratori, le sottrazioni dovrebbero non per l'attenuazione fornita dai dispositivi di protezione dell'udito. La ragione di questo avvertimento è che ci sono prove considerevoli che l'attenuazione fornita dalle protezioni acustiche quando vengono indossate sul posto di lavoro è spesso inferiore alla metà dell'attenuazione stimata dal produttore. La ragione di ciò è che i dati del produttore sono ottenuti in condizioni di laboratorio e questi dispositivi di solito non sono montati e indossati in modo così efficace sul campo. Al momento, non esiste uno standard internazionale per stimare l'attenuazione delle protezioni acustiche quando vengono indossate sul campo, ma una buona regola sarebbe quella di dividere i valori di laboratorio a metà.
In alcune circostanze, in particolare quelle che comportano compiti difficili o lavori che richiedono concentrazione, può essere importante ridurre al minimo lo stress o la fatica legati all'esposizione al rumore adottando misure di controllo del rumore. Questo può essere vero anche per livelli di rumore moderati (inferiori a 85 dBA), quando il rischio di danni all'udito è minimo, ma il rumore è fastidioso o affaticante. In tali casi può essere utile eseguire valutazioni del volume utilizzando ISO 532 (1975), Metodo per il calcolo del livello di sonorità.
L'interferenza con la comunicazione vocale può essere stimata secondo ISO 2204 (1979) utilizzando l'"indice di articolazione", o più semplicemente misurando i livelli sonori nelle bande di ottava centrate a 500, 1,000 e 2,000 Hz, risultando nel "livello di interferenza vocale" .
Criteri di esposizione
La selezione dei criteri di esposizione al rumore dipende dall'obiettivo da raggiungere, come la prevenzione della perdita dell'udito o la prevenzione dello stress e dell'affaticamento. Le esposizioni massime consentite in termini di livelli di rumore medi giornalieri variano tra le nazioni da 80, a 85, a 90 dBA, con parametri di scambio (tassi di cambio) di 3, 4 o 5 dBA. In alcuni paesi, come la Russia, i livelli di rumore consentiti sono fissati da 50 a 80 dBA, a seconda del tipo di lavoro svolto e tenendo conto del carico di lavoro mentale e fisico. Ad esempio, i livelli consentiti per il lavoro al computer o l'esecuzione di lavori d'ufficio impegnativi sono compresi tra 50 e 60 dBA. (Per ulteriori informazioni sui criteri di esposizione, vedere l'articolo "Standard e regolamenti" in questo capitolo.)
Idealmente, il mezzo più efficace per il controllo del rumore consiste in primo luogo nell'impedire alla fonte di rumore di entrare nell'ambiente dell'impianto, stabilendo un efficace programma "Buy Quiet" per dotare il posto di lavoro di attrezzature progettate per una bassa emissione di rumore. Per attuare un programma di questo tipo, deve essere elaborata una dichiarazione di specifiche chiara e ben scritta per limitare le caratteristiche del rumore delle attrezzature, delle strutture e dei processi dei nuovi impianti che tenga conto del rischio del rumore. Un buon programma integra anche il monitoraggio e la manutenzione.
Una volta installate le apparecchiature e identificato il rumore in eccesso attraverso le misurazioni del livello sonoro, il problema del controllo del rumore diventa più complicato. Tuttavia, sono disponibili controlli tecnici che possono essere adattati alle apparecchiature esistenti. Inoltre, di solito c'è più di un'opzione di controllo del rumore per ogni problema. Pertanto, diventa importante per l'individuo che gestisce il programma di controllo del rumore determinare i mezzi più fattibili ed economici disponibili per la riduzione del rumore in ogni data situazione.
Controllo del rumore in fabbrica e progettazione del prodotto
L'uso di specifiche scritte per definire i requisiti per l'apparecchiatura, la sua installazione e l'accettazione sono pratiche standard nell'ambiente odierno. Una delle maggiori opportunità nell'area del controllo del rumore a disposizione del progettista di fabbrica è quella di influenzare la selezione, l'acquisto e il layout di nuove attrezzature. Se scritta e gestita correttamente, l'implementazione di un programma "Buy Quiet" attraverso le specifiche di acquisto può rivelarsi un mezzo efficace per controllare il rumore.
L'approccio più proattivo al controllo del rumore nella fase di progettazione della struttura e di approvvigionamento delle attrezzature esiste in Europa. Nel 1985, i dodici stati membri della Comunità Europea (CE), ora Unione Europea (UE), hanno adottato le Direttive del "Nuovo Approccio" progettate per affrontare un'ampia classe di apparecchiature o macchinari, piuttosto che singoli standard per ogni tipo di apparecchiatura. Alla fine del 1994 erano state emanate tre direttive "Nuovo Approccio" che contenevano requisiti sul rumore. Queste Direttive sono:
Il primo punto sopra elencato (89/392/CEE) è comunemente chiamato Direttiva Macchine. Questa direttiva obbliga i produttori di apparecchiature a includere il controllo del rumore come parte essenziale della sicurezza delle macchine. L'obiettivo fondamentale di queste misure è che, per essere venduti all'interno dell'UE, i macchinari o le attrezzature devono soddisfare i requisiti essenziali in materia di rumore. Di conseguenza, sin dalla fine degli anni '1980, i produttori interessati alla commercializzazione all'interno dell'UE hanno posto una grande enfasi sulla progettazione di apparecchiature a bassa rumorosità.
Per le aziende al di fuori dell'UE che tentano di attuare un programma volontario "Buy Quiet", il grado di successo ottenuto dipende in gran parte dalla tempistica e dall'impegno dell'intera gerarchia dirigenziale. Il primo passo del programma è stabilire criteri di rumorosità accettabili per la costruzione di un nuovo impianto, l'ampliamento di un impianto esistente e l'acquisto di nuove attrezzature. Affinché il programma sia efficace, i limiti di rumorosità specificati devono essere visti sia dall'acquirente che dal venditore come un requisito assoluto. Quando un prodotto non soddisfa altri parametri di progettazione dell'apparecchiatura, come dimensioni, portata, pressione, aumento di temperatura consentito e così via, viene ritenuto inaccettabile dalla direzione aziendale. Questo è lo stesso impegno che deve essere seguito per quanto riguarda i livelli di rumore al fine di realizzare un programma "Buy Quiet" di successo.
Per quanto riguarda l'aspetto temporale sopra menzionato, prima nel processo di progettazione si tiene conto degli aspetti rumorosi di un progetto o dell'acquisto di attrezzature, maggiore è la probabilità di successo. In molte situazioni, il progettista della fabbrica o l'acquirente dell'attrezzatura avrà una scelta di tipi di attrezzatura. La conoscenza delle caratteristiche di rumore delle varie alternative gli permetterà di specificare quelle più silenziose.
Oltre alla selezione delle apparecchiature, è essenziale un coinvolgimento precoce nella progettazione del layout delle apparecchiature all'interno dell'impianto. Spostare l'attrezzatura su carta durante la fase di progettazione di un progetto è chiaramente molto più semplice che spostare fisicamente l'attrezzatura in un secondo momento, specialmente quando l'attrezzatura è in funzione. Una semplice regola da seguire è quella di mantenere insieme macchine, processi e aree di lavoro di livello sonoro approssimativamente uguale; e separare zone particolarmente rumorose da zone particolarmente silenziose con zone cuscinetto aventi livelli di rumore intermedi.
La convalida dei criteri di rumorosità come requisito assoluto richiede uno sforzo cooperativo tra il personale aziendale di dipartimenti quali ingegneria, legale, acquisti, igiene industriale e ambiente. Ad esempio, i reparti di igiene industriale, sicurezza e/o del personale possono determinare i livelli di rumore desiderati per le apparecchiature, nonché condurre indagini sonore per qualificare le apparecchiature. Successivamente, gli ingegneri dell'azienda possono scrivere le specifiche di acquisto, nonché selezionare tipi di apparecchiature silenziose. Molto probabilmente l'agente acquirente gestirà il contratto e si affiderà ai rappresentanti dell'ufficio legale per l'assistenza nell'esecuzione. Il coinvolgimento di tutte queste parti dovrebbe iniziare con l'inizio del progetto e continuare attraverso le richieste di finanziamento, la pianificazione, la progettazione, l'offerta, l'installazione e la messa in servizio.
Anche il documento di specifica più completo e conciso ha poco valore a meno che l'onere della conformità non sia posto sul fornitore o sul produttore. È necessario utilizzare un linguaggio contrattuale chiaro per definire i mezzi per determinare la conformità. Vanno consultate e seguite le procedure aziendali finalizzate all'attivazione delle garanzie. Potrebbe essere auspicabile includere clausole penali per il mancato rispetto. In primo piano nella propria strategia di applicazione è l'impegno dell'acquirente a vedere che i requisiti sono soddisfatti. Il compromesso sui criteri di rumore in cambio di costi, data di consegna, prestazioni o altre concessioni dovrebbe essere l'eccezione e non la regola.
Negli Stati Uniti, ANSI ha pubblicato lo standard ANSI S12.16: Linee guida per la specifica del rumore dei nuovi macchinari (1992). Questo standard è una guida utile per scrivere una specifica interna aziendale sul rumore. Inoltre, questo standard fornisce indicazioni per ottenere dati sul livello sonoro dai produttori di apparecchiature. Una volta ottenuti dal produttore, i dati possono quindi essere utilizzati dai progettisti dell'impianto per pianificare i layout delle apparecchiature. A causa dei vari tipi di apparecchiature e strumenti distintivi per i quali è stato preparato questo standard, non esiste un unico protocollo di indagine appropriato per la misurazione dei dati sul livello sonoro. Di conseguenza, questo standard contiene informazioni di riferimento sulla procedura di misurazione del suono appropriata per testare una varietà di apparecchiature fisse. Queste procedure di indagine sono state preparate dall'appropriata organizzazione commerciale o professionale negli Stati Uniti responsabile di un particolare tipo o classe di apparecchiature.
Retrofitting di apparecchiature esistenti
Prima di poter decidere cosa fare, diventa necessario identificare la causa principale del rumore. A tal fine, è utile comprendere come viene generato il rumore. Il rumore è creato per la maggior parte da impatti meccanici, flusso d'aria ad alta velocità, flusso di fluido ad alta velocità, superfici vibranti di una macchina e molto spesso dal prodotto che viene fabbricato. Per quanto riguarda quest'ultimo elemento, è spesso il caso nelle industrie manifatturiere e di processo come la fabbricazione di metalli, la produzione di vetro, la lavorazione degli alimenti, l'estrazione mineraria e così via, che l'interazione tra il prodotto e le macchine impartisce l'energia che crea il rumore.
Identificazione della fonte
Uno degli aspetti più impegnativi del controllo del rumore è l'identificazione della fonte effettiva. In un tipico ambiente industriale di solito ci sono più macchine che operano contemporaneamente, il che rende difficile identificare la causa principale del rumore. Ciò è particolarmente vero quando si utilizza un fonometro standard (SLM) per valutare l'ambiente acustico. L'SLM in genere fornisce un livello di pressione sonora (SPL) in una posizione specifica, che molto probabilmente è il risultato di più di una sorgente di rumore. Pertanto, spetta al geometra adottare un approccio sistematico che aiuti a separare le singole fonti e il loro contributo relativo all'SPL complessivo. Le seguenti tecniche di rilevamento possono essere utilizzate per aiutare a identificare l'origine o la fonte del rumore:
Uno dei metodi più efficaci per localizzare la sorgente del rumore è misurarne lo spettro di frequenza. Una volta misurati i dati, è molto utile rappresentare graficamente i risultati in modo da poter osservare visivamente le caratteristiche della sorgente. Per la maggior parte dei problemi di abbattimento del rumore, le misurazioni possono essere eseguite con filtri a banda piena (1/1) oa un terzo (1/3) d'ottava utilizzati con SLM. Il vantaggio della misurazione in banda di 1/3 d'ottava è che fornisce informazioni più dettagliate su ciò che viene emanato da un'apparecchiatura. La Figura 1 mostra un confronto tra le misurazioni in banda 1/1 e 1/3 d'ottava condotte vicino a una pompa a nove pistoni. Come illustrato in questa figura, i dati in banda di 1/3 di ottava identificano chiaramente la frequenza di pompaggio e molte delle sue armoniche. Se si utilizzassero solo dati in banda 1/1 o interi in banda d'ottava, come illustrato dalla linea continua e tracciati a ciascuna frequenza della banda centrale nella figura 1, diventa più difficile diagnosticare ciò che sta accadendo all'interno della pompa. Con i dati in banda 1/1 d'ottava ci sono un totale di nove punti dati tra 25 Hertz (Hz) e 10,000 Hz, come mostrato in questa figura. Tuttavia, ci sono un totale di 27 punti dati in questo intervallo di frequenza con l'uso di misurazioni di 1/3 di banda d'ottava. Chiaramente, i dati in banda di 1/3 d'ottava forniranno dati più utili per identificare la causa principale di un rumore. Queste informazioni sono fondamentali se l'obiettivo è controllare il rumore alla fonte. Se l'unico interesse è trattare il percorso lungo il quale le onde sonore vengono trasmesse, allora i dati in banda 1/1 d'ottava saranno sufficienti ai fini della selezione di prodotti o materiali acusticamente appropriati.
Figura 1. Confronto tra i dati in banda 1/1 e 1/3 d'ottava
La Figura 2 mostra un confronto tra lo spettro in banda di 1/3 d'ottava misurato a 3 piedi dal tubo incrociato di un compressore di un refrigeratore di liquido e il livello di fondo misurato a circa 25 piedi di distanza (si prega di notare le approssimazioni fornite nella nota a piè di pagina). Questa posizione rappresenta l'area generale in cui i dipendenti generalmente attraversano questa stanza. Per la maggior parte la sala compressori non è abitualmente occupata dai lavoratori. L'unica eccezione esiste quando gli addetti alla manutenzione stanno riparando o revisionando altre apparecchiature nella stanza. Oltre al compressore, in quest'area operano diverse altre macchine di grandi dimensioni. Per facilitare l'identificazione delle fonti primarie di rumore, sono stati misurati diversi spettri di frequenza vicino a ciascuna delle apparecchiature. Quando ogni spettro è stato confrontato con i dati nella posizione di sfondo nella passerella, solo il tubo di attraversamento dell'unità del compressore ha mostrato una forma di spettro simile. Di conseguenza, si può concludere che questa è la principale fonte di rumore che controlla il livello misurato sulla passerella dei dipendenti. Quindi, come illustrato nella figura 2, attraverso l'uso di dati di frequenza misurati vicino all'apparecchiatura e confrontando graficamente le singole fonti con i dati registrati presso le postazioni di lavoro dei dipendenti o altre aree di interesse, è spesso possibile identificare le fonti dominanti di rumore chiaramente.
Figura 2. Confronto tra tubo incrociato e livello di fondo
Quando il livello sonoro fluttua, come con apparecchiature cicliche, è utile misurare il livello sonoro complessivo ponderato A rispetto al tempo. Con questa procedura è importante osservare e documentare quali eventi si stanno verificando nel tempo. La Figura 3 mostra il livello sonoro misurato presso la postazione di lavoro dell'operatore durante un ciclo completo della macchina. Il processo rappresentato in figura 3 rappresenta quello di una macchina avvolgitrice di prodotti, che ha un tempo di ciclo di circa 95 secondi. Come mostrato nella figura, il livello massimo di rumore di 96.2 dBA si verifica durante il rilascio di aria compressa, 33 secondi nel ciclo della macchina. Gli altri eventi importanti sono anch'essi etichettati nella figura, che permette di identificare la fonte e il relativo contributo di ciascuna attività durante l'intero ciclo di avvolgimento.
Figura 3. Postazione di lavoro per operatore di confezionamento
In ambienti industriali in cui sono presenti più linee di processo con la stessa apparecchiatura, vale la pena confrontare tra loro i dati di frequenza per apparecchiature simili. La Figura 4 illustra questo confronto per due linee di processo simili, che producono entrambe lo stesso prodotto e operano alla stessa velocità. Parte del processo prevede l'uso di un dispositivo ad azionamento pneumatico che perfora un foro di mezzo pollice nel prodotto come fase finale della sua produzione. L'ispezione di questa figura rivela chiaramente che la linea n. 1 ha un livello sonoro complessivo superiore di 5 dBA rispetto alla linea n. Inoltre, lo spettro rappresentato per la linea #2 contiene una frequenza fondamentale e molte armoniche che non compaiono nello spettro per la linea #1. Di conseguenza, è necessario indagare la causa di queste differenze. Spesso differenze significative saranno un'indicazione della necessità di manutenzione, come nel caso del meccanismo di punzonatura finale della linea n. 2. Tuttavia, questo particolare problema di rumore richiederà ulteriori misure di controllo poiché il livello generale sulla linea n. 2 è ancora relativamente alto. Ma il punto di questa tecnica di indagine è identificare i diversi problemi di rumore che possono esistere tra elementi simili di apparecchiature e processi che possono essere facilmente risolti con una manutenzione efficace o altri aggiustamenti.
Figura 4. Operazione di punzonatura finale per linee di processo identiche
Come accennato in precedenza, un SLM fornisce tipicamente un SPL che comprende energia acustica da una o più sorgenti di rumore. In condizioni di misurazione ottimali, sarebbe meglio misurare ogni elemento dell'apparecchiatura con tutte le altre apparecchiature spente. Sebbene questa situazione sia ideale, raramente è pratico arrestare l'impianto per consentire l'isolamento di una particolare sorgente. Per aggirare questa limitazione, è spesso efficace utilizzare misure di controllo temporanee con determinate sorgenti di rumore che forniranno una certa riduzione del rumore a breve termine in modo da consentire la misurazione di un'altra sorgente. Alcuni materiali disponibili che possono fornire una riduzione temporanea includono involucri in compensato, coperte acustiche, silenziatori e barriere. Spesso, l'applicazione permanente di questi materiali crea problemi a lungo termine come accumulo di calore, interferenza con l'accesso dell'operatore o il flusso del prodotto o costose cadute di pressione associate a silenziatori selezionati in modo errato. Tuttavia, per facilitare l'isolamento dei singoli componenti, questi materiali possono essere efficaci come controllo a breve termine.
Un altro metodo disponibile per isolare una particolare macchina o componente consiste nell'accendere e spegnere diverse apparecchiature o sezioni di una linea di produzione. Per condurre efficacemente questo tipo di analisi diagnostica, il processo deve essere in grado di funzionare con l'elemento selezionato disattivato. Successivamente, affinché questa procedura sia legittima, è fondamentale che il processo di produzione non ne risenta in alcun modo. Se il processo è interessato, è del tutto possibile che la misurazione non sia rappresentativa del livello di rumore in condizioni normali. Infine, tutti i dati validi possono quindi essere classificati in base all'entità del valore dBA complessivo per aiutare a stabilire la priorità delle apparecchiature per il controllo del rumore tecnico.
Selezione delle opzioni di controllo del rumore appropriate
Una volta identificata la causa o la fonte del rumore e noto come si irradia alle aree di lavoro dei dipendenti, il passo successivo è decidere quali possono essere le opzioni di controllo del rumore disponibili. Il modello standard utilizzato per il controllo di quasi tutti i pericoli per la salute consiste nell'esaminare le varie opzioni di controllo che si applicano alla sorgente, al percorso e al ricevitore. In alcune situazioni sarà sufficiente il controllo di uno di questi elementi. Tuttavia, in altre circostanze può essere necessario il trattamento di più di un elemento per ottenere un ambiente acustico accettabile.
Il primo passo nel processo di controllo del rumore dovrebbe essere tentare una qualche forma di trattamento della sorgente. In effetti, la modifica della sorgente affronta la causa principale di un problema di rumore, mentre il controllo del percorso di trasmissione del suono con barriere e recinzioni tratta solo i sintomi del rumore. In quelle situazioni in cui sono presenti più sorgenti all'interno di una macchina e l'obiettivo è trattare la sorgente, sarà necessario affrontare tutti i meccanismi che generano rumore componente per componente.
Per il rumore eccessivo generato da impatti meccanici, le opzioni di controllo da esaminare possono includere metodi per ridurre la forza motrice, ridurre la distanza tra i componenti, bilanciare le apparecchiature rotanti e installare raccordi antivibranti. Per quanto riguarda il rumore derivante dal flusso d'aria ad alta velocità o dal flusso del fluido, la modifica principale consiste nel ridurre la velocità del mezzo, supponendo che questa sia un'opzione fattibile. A volte la velocità può essere ridotta aumentando l'area della sezione trasversale della condotta in questione. Le ostruzioni nella tubazione devono essere eliminate per consentire un flusso ottimizzato, che a sua volta ridurrà le variazioni di pressione e la turbolenza nel mezzo trasportato. Infine, l'installazione di un silenziatore o di una marmitta opportunamente dimensionati può fornire una significativa riduzione del rumore complessivo. Il produttore del silenziatore deve essere consultato per assistenza nella selezione del dispositivo appropriato, in base ai parametri operativi e ai vincoli stabiliti dall'acquirente.
Quando le superfici vibranti di una macchina fungono da cassa di risonanza per il rumore aereo, le opzioni di controllo includono una riduzione della forza motrice associata al rumore, la creazione di sezioni più piccole su superfici più grandi, la perforazione della superficie, l'aumento della rigidità del substrato o massa, e l'applicazione di materiale smorzante o raccordi antivibranti. Per quanto riguarda l'uso di materiali antivibranti e di smorzamento, è necessario consultare il fabbricante del prodotto per assistenza nella scelta dei materiali appropriati e delle procedure di installazione. Infine, in molte industrie il prodotto effettivo che viene fabbricato sarà spesso un efficiente radiatore del suono aereo. In queste situazioni è importante valutare i modi per proteggere saldamente o supportare meglio il prodotto durante la fabbricazione. Un'altra misura di controllo del rumore da studiare sarebbe quella di ridurre la forza d'urto tra la macchina e il prodotto, tra parti del prodotto stesso o tra elementi di prodotto separati.
Spesso la riprogettazione del processo o dell'apparecchiatura e la modifica della sorgente possono rivelarsi irrealizzabili. Inoltre, potrebbero esserci situazioni in cui è praticamente impossibile identificare la causa principale del rumore. Quando esiste una qualsiasi di queste situazioni, l'uso di misure di controllo per il trattamento del percorso di trasmissione del suono sarebbe un mezzo efficace per ridurre il livello di rumore complessivo. Le due principali misure di abbattimento per i trattamenti dei percorsi sono i recinti e le barriere acustiche.
Lo sviluppo di custodie acustiche è molto avanzato nel mercato odierno. Sia le custodie standard che quelle personalizzate sono disponibili da diversi produttori. Per procurarsi il sistema appropriato è necessario che l'acquirente fornisca informazioni sull'attuale livello di rumore complessivo (e possibilmente dati sulla frequenza), le dimensioni dell'apparecchiatura, l'obiettivo di riduzione del rumore, la necessità di flusso di prodotti e l'accesso dei dipendenti, ed ogni altro vincolo operativo. Il venditore sarà quindi in grado di utilizzare queste informazioni per selezionare un articolo in stock o fabbricare un involucro personalizzato per soddisfare le esigenze dell'acquirente.
In molte situazioni può essere più economico progettare e costruire un armadio invece di acquistare un sistema commerciale. Nella progettazione degli involucri, molti fattori devono essere presi in considerazione se si vuole che l'involucro risulti soddisfacente sia dal punto di vista acustico che produttivo. Le linee guida specifiche per la progettazione della custodia sono le seguenti:
Dimensioni della custodia. Non esiste una linea guida critica per le dimensioni o le dimensioni di un contenitore. La migliore regola da seguire è piu 'grande e', meglio 'e. È fondamentale che venga lasciato uno spazio sufficiente per consentire all'apparecchiatura di eseguire tutti i movimenti previsti senza entrare in contatto con la custodia.
Muro di recinzione. La riduzione del rumore fornita da un involucro dipende dai materiali utilizzati nella costruzione delle pareti e dalla tenuta dell'involucro. La selezione dei materiali appropriati per il muro di recinzione dovrebbe essere determinata utilizzando le seguenti regole empiriche (Moreland 1979):
TLrichiesto=NR+20 dBA
TLrichiesto=NR+15 dBA
TLrichiesto=NR+10 dBA.
In queste espressioni TLrichiesto è la perdita di trasmissione richiesta alla parete o al pannello dell'armadio e NR è la riduzione del rumore desiderata per raggiungere l'obiettivo di abbattimento.
Foche. Per la massima efficienza, tutti i giunti delle pareti dell'armadio devono essere ben aderenti. Le aperture attorno agli attraversamenti dei tubi, cavi elettrici e così via, devono essere sigillate con mastice non indurente come mastice siliconico.
Assorbimento interno. Per assorbire e dissipare l'energia acustica, la superficie interna dell'involucro deve essere rivestita con materiale fonoassorbente. Lo spettro di frequenza della sorgente deve essere utilizzato per selezionare il materiale appropriato. I dati di assorbimento pubblicati dal produttore forniscono la base per abbinare il materiale alla fonte del rumore. È importante abbinare i massimi fattori di assorbimento a quelle frequenze della sorgente che presentano i livelli di pressione sonora più elevati. Il fornitore o il produttore del prodotto può anche assistere nella selezione del materiale più efficace in base allo spettro di frequenza della sorgente.
Isolamento della custodia. È importante che la struttura della custodia sia separata o isolata dall'apparecchiatura per garantire che le vibrazioni meccaniche non vengano trasmesse alla custodia stessa. Quando parti della macchina, come le penetrazioni dei tubi, entrano in contatto con l'involucro, è importante includere raccordi antivibranti nel punto di contatto per cortocircuitare qualsiasi potenziale percorso di trasmissione. Infine, se la macchina fa vibrare il pavimento, anche la base dell'armadio deve essere trattata con materiale antivibrante.
Fornire flusso di prodotto. Come con la maggior parte delle apparecchiature di produzione, sarà necessario spostare il prodotto all'interno e all'esterno del recinto. L'uso di canali o tunnel rivestiti acusticamente può consentire il flusso del prodotto e tuttavia fornire assorbimento acustico. Per ridurre al minimo la dispersione del rumore, si raccomanda che tutti i passaggi siano tre volte più lunghi della larghezza interna della dimensione maggiore dell'apertura del tunnel o del canale.
Fornire l'accesso ai lavoratori. Porte e finestre possono essere installate per fornire accesso fisico e visivo all'apparecchiatura. È fondamentale che tutte le finestre abbiano almeno le stesse proprietà di perdita di trasmissione delle pareti del recinto. Successivamente, tutte le porte di accesso devono essere sigillate ermeticamente su tutti i bordi. Per impedire il funzionamento dell'apparecchiatura con le porte aperte, si consiglia di prevedere un sistema di interblocco che consenta il funzionamento solo quando le porte sono completamente chiuse.
Ventilazione della custodia. In molte applicazioni con custodia, si verificherà un eccessivo accumulo di calore. Per far passare l'aria di raffreddamento attraverso l'armadio, è necessario installare un ventilatore con una capacità da 650 a 750 piedi cubi/metri cubi sull'uscita o sul condotto di scarico. Infine, i condotti di aspirazione e scarico devono essere rivestiti con materiale assorbente.
Protezione del materiale assorbente. Per evitare che il materiale assorbente venga contaminato, è necessario applicare una barriera antispruzzo sul rivestimento assorbente. Questo dovrebbe essere di un materiale molto leggero, come una pellicola di plastica da un mil. Lo strato assorbente deve essere mantenuto con lamiera stirata, lamiera forata o tela metallica. Il materiale di rivestimento deve avere almeno il 25% di area aperta.
Un trattamento alternativo del percorso di trasmissione del suono consiste nell'utilizzare una barriera acustica per bloccare o schermare il ricevitore (il lavoratore a rischio di rumore) dal percorso del suono diretto. Una barriera acustica è un materiale ad alta perdita di trasmissione, come una partizione solida o un muro, inserito tra la sorgente di rumore e il ricevitore. Bloccando il percorso visivo diretto verso la sorgente, la barriera fa sì che le onde sonore raggiungano il ricevitore per riflessione su varie superfici della stanza e per diffrazione ai bordi della barriera. Di conseguenza, il livello di rumore complessivo viene ridotto nella posizione del ricevitore.
L'efficacia di una barriera è funzione della sua posizione rispetto alla sorgente o ai ricevitori di rumore e delle sue dimensioni complessive. Per massimizzare la potenziale riduzione del rumore, la barriera dovrebbe essere posizionata il più vicino possibile alla sorgente o al ricevitore. Successivamente, la barriera dovrebbe essere il più alta e larga possibile. Per bloccare efficacemente il percorso del suono, un materiale ad alta densità, dell'ordine da 4 a 6 lb/ft3, dovrebbe essere usato. Infine, la barriera non deve contenere aperture o lacune, che possono ridurne significativamente l'efficacia. Se è necessario includere una finestra per l'accesso visivo all'apparecchiatura, allora è importante che la finestra abbia un grado di trasmissione del suono almeno equivalente a quello del materiale barriera stesso.
L'ultima opzione per ridurre l'esposizione al rumore dei lavoratori è trattare lo spazio o l'area in cui lavora il dipendente. Questa opzione è più pratica per quelle attività lavorative, come l'ispezione dei prodotti o le stazioni di monitoraggio delle apparecchiature, in cui il movimento dei dipendenti è limitato a un'area relativamente piccola. In queste situazioni, è possibile installare una cabina acustica o un riparo per isolare i dipendenti e fornire sollievo da livelli di rumore eccessivi. Le esposizioni quotidiane al rumore saranno ridotte fintanto che una parte significativa del turno di lavoro viene trascorsa all'interno del rifugio. Per costruire un tale rifugio, dovrebbero essere consultate le linee guida precedentemente descritte per la progettazione del recinto.
In conclusione, l'implementazione di un efficace programma “Buy Quiet” dovrebbe essere il primo passo in un processo di controllo totale del rumore. Questo approccio è progettato per impedire l'acquisto o l'installazione di qualsiasi apparecchiatura che potrebbe presentare un problema di rumore. Tuttavia, per quelle situazioni in cui esistono già livelli di rumore eccessivi, è quindi necessario valutare sistematicamente l'ambiente acustico al fine di sviluppare l'opzione di controllo ingegneristico più pratica per ogni singola sorgente di rumore. Nel determinare la priorità relativa e l'urgenza dell'attuazione delle misure di controllo del rumore, è necessario considerare l'esposizione dei dipendenti, l'occupazione dello spazio e i livelli di rumore dell'area complessiva. Ovviamente, un aspetto importante del risultato desiderato è quello di ottenere la massima riduzione dell'esposizione al rumore dei dipendenti per i fondi monetari investiti e che allo stesso tempo sia garantito il massimo grado di protezione dei dipendenti.
Gli autori ringraziano il Dipartimento del lavoro della Carolina del Nord per il permesso di riutilizzare i materiali sviluppati durante la stesura di una guida del settore NCDOL sulla conservazione dell'udito.
L'obiettivo primario dei programmi professionali di conservazione dell'udito (HCP) è quello di prevenire la perdita dell'udito indotta dal rumore sul posto di lavoro a causa di pericolose esposizioni al rumore sul posto di lavoro (Royster e Royster 1989 e 1990). Tuttavia, la persona - che in seguito sarà definita "persona chiave" - responsabile dell'efficacia dell'HCP dovrebbe usare il buon senso per modificare queste pratiche per adattarle alla situazione locale al fine di raggiungere l'obiettivo desiderato: protezione dei lavoratori da esposizioni professionali dannose al rumore. Un obiettivo secondario di questi programmi dovrebbe essere quello di educare e motivare le persone in modo tale che scelgano anche di proteggersi da dannose esposizioni al rumore non professionale e trasferire le loro conoscenze sulla conservazione dell'udito alle loro famiglie e amici.
La figura 1 mostra le distribuzioni di oltre 10,000 campioni di esposizione al rumore provenienti da quattro fonti in due paesi, tra cui una varietà di ambienti di lavoro industriali, minerari e militari. I campioni sono valori medi ponderati nel tempo di 8 ore basati su tassi di cambio di 3, 4 e 5 dB. Questi dati indicano che circa il 90% delle esposizioni giornaliere equivalenti al rumore sono pari o inferiori a 95 dBA e solo il 10% supera i 95 dBA.
Figura 1. Rischio di esposizione al rumore stimato per diverse popolazioni
L'importanza dei dati nella figura 1, supponendo che si applichino alla maggior parte dei paesi e delle popolazioni, è semplicemente che la stragrande maggioranza dei dipendenti esposti al rumore deve raggiungere solo 10 dBA di protezione dal rumore per eliminare il pericolo. Quando i dispositivi di protezione dell'udito (HPD) vengono indossati per ottenere questa protezione, i responsabili della salute dei lavoratori devono prendersi il tempo necessario per dotare ogni individuo di un dispositivo che sia comodo, pratico per l'ambiente, tenga conto delle esigenze uditive dell'individuo (capacità di sentire segnali di avvertimento, discorsi, ecc.) e fornisce una tenuta acustica se indossato giorno dopo giorno in ambienti reali.
Questo articolo presenta un insieme condensato di buone pratiche di conservazione dell'udito, come riassunto nella lista di controllo presentata nella figura 2.
Figura 2. Lista di controllo delle buone pratiche HCP
Vantaggi della conservazione dell'udito
La prevenzione dell'ipoacusia professionale avvantaggia il dipendente preservando le capacità uditive che sono fondamentali per una buona qualità della vita: comunicazione interpersonale, godimento della musica, rilevamento di suoni di avvertimento e molto altro. L'HCP fornisce un vantaggio di screening sanitario, poiché le perdite uditive non professionali e le malattie dell'orecchio potenzialmente curabili vengono spesso rilevate attraverso audiogrammi annuali. La riduzione dell'esposizione al rumore riduce anche il potenziale stress e la fatica legati al rumore.
Il datore di lavoro ne beneficia direttamente implementando un HCP efficace che mantenga il buon udito dei dipendenti, poiché i lavoratori rimarranno più produttivi e più versatili se le loro capacità di comunicazione non saranno compromesse. Operatori sanitari efficaci possono ridurre i tassi di infortunio e promuovere l'efficienza del lavoro.
Fasi di un HCP
Fare riferimento alla lista di controllo nella figura 2 per i dettagli di ciascuna fase. Personale diverso può essere responsabile di fasi diverse e questo personale costituisce il team HCP.
Indagini sull'esposizione sonora
I fonometri o i dosimetri di rumore personale vengono utilizzati per misurare i livelli sonori sul posto di lavoro e stimare l'esposizione al rumore dei lavoratori per determinare se è necessario un operatore sanitario; in tal caso, i dati così raccolti contribuiranno a stabilire adeguate politiche HCP per proteggere i dipendenti (Royster, Berger e Royster 1986). I risultati del sondaggio identificano quali dipendenti (per reparto o mansione) saranno inclusi nell'HCP, quali aree dovrebbero essere affisse per l'uso obbligatorio di protezioni acustiche e quali dispositivi di protezione dell'udito sono adeguati. Sono necessari campioni adeguati di condizioni di produzione rappresentative per classificare le esposizioni in intervalli (inferiori a 85 dBA, 85-89, 90-94, 95-99 dBA, ecc.). La misurazione dei livelli sonori ponderati A durante l'indagine generale sul rumore spesso identifica le fonti di rumore dominanti nelle aree dell'impianto in cui gli studi di controllo del rumore di ingegneria successivi possono ridurre significativamente l'esposizione dei dipendenti.
Controlli del rumore ingegneristici e amministrativi
I controlli del rumore possono ridurre l'esposizione al rumore dei dipendenti a un livello di sicurezza, eliminando la necessità di un programma di conservazione dell'udito. I controlli tecnici (vedere "Controllo tecnico del rumore" [NOI03AE] in questo capitolo) implicano modifiche della sorgente del rumore (come il montaggio di silenziatori sugli ugelli di scarico dell'aria), del percorso del rumore (come il posizionamento di involucri insonorizzanti attorno all'apparecchiatura) o del ricevitore (come la costruzione di un recinto attorno alla postazione di lavoro del dipendente). L'input del lavoratore è spesso necessario nella progettazione di tali modifiche per garantire che siano pratiche e non interferiscano con i suoi compiti. Ovviamente, le esposizioni pericolose al rumore dei dipendenti dovrebbero essere ridotte o eliminate per mezzo di controlli tecnici del rumore ogni volta che è pratico e fattibile.
I controlli amministrativi sul rumore includono la sostituzione delle vecchie apparecchiature con nuovi modelli più silenziosi, l'adesione ai programmi di manutenzione delle apparecchiature relativi al controllo del rumore e le modifiche agli orari di lavoro dei dipendenti per ridurre le dosi di rumore limitando il tempo di esposizione quando pratico e tecnicamente consigliabile. La pianificazione e la progettazione per raggiungere livelli di rumore non pericolosi quando vengono messi in funzione nuovi impianti di produzione è un controllo amministrativo che può anche eliminare la necessità di un operatore sanitario.
Educazione e motivazione
I membri del team HCP e i dipendenti non parteciperanno attivamente alla conservazione dell'udito a meno che non ne comprendano lo scopo, come beneficeranno direttamente del programma e che il rispetto dei requisiti di sicurezza e salute dell'azienda è una condizione per l'assunzione. Senza un'istruzione significativa per motivare le azioni individuali, l'HCP fallirà (Royster e Royster 1986). Gli argomenti da trattare dovrebbero includere quanto segue: lo scopo e i benefici dell'operatore sanitario, i metodi e i risultati dell'indagine sonora, l'uso e il mantenimento di trattamenti ingegneristici per il controllo del rumore per ridurre le esposizioni, esposizioni pericolose al rumore fuori dal lavoro, come il rumore danneggia l'udito, conseguenze di perdita dell'udito nella vita quotidiana, selezione e applicazione di dispositivi di protezione dell'udito e importanza di un'usura costante, come i test audiometrici identificano i cambiamenti dell'udito per indicare la necessità di una maggiore protezione e le politiche HCP del datore di lavoro. Idealmente, questi argomenti possono essere spiegati a piccoli gruppi di dipendenti nelle riunioni sulla sicurezza, lasciando ampio spazio per le domande. Negli operatori sanitari efficaci la fase educativa è un processo continuo, non solo una presentazione annuale, poiché il personale sanitario coglie opportunità quotidiane per ricordare agli altri di conservare il proprio udito.
Protezione dell'udito
Il datore di lavoro fornisce dispositivi di protezione dell'udito (tappi per le orecchie, cuffie e dispositivi semi-inserti) che i dipendenti possono indossare fintanto che esistono livelli di rumore pericolosi sul posto di lavoro. Poiché per molti tipi di apparecchiature industriali non sono stati sviluppati controlli del rumore ingegneristici fattibili, le protezioni acustiche sono la migliore opzione attuale per prevenire la perdita dell'udito indotta dal rumore in queste situazioni. Come indicato in precedenza, la maggior parte dei lavoratori esposti al rumore deve raggiungere solo 10 dB di attenuazione per essere adeguatamente protetti dal rumore. Con l'ampia selezione di protezioni acustiche oggi disponibili, è possibile ottenere facilmente una protezione adeguata (Royster 1985; Royster e Royster 1986) se i dispositivi vengono adattati individualmente a ciascun dipendente per ottenere una tenuta acustica con un comfort accettabile e se al lavoratore viene insegnato come indossare il dispositivo correttamente per mantenere una tenuta acustica, ma in modo coerente ogni volta che esiste un rischio di rumore.
Valutazioni audiometriche
Ogni individuo esposto dovrebbe ricevere un controllo dell'udito di base seguito da controlli annuali per monitorare lo stato dell'udito e rilevare qualsiasi cambiamento dell'udito. Un audiometro viene utilizzato in una cabina di attenuazione del suono per testare le soglie uditive del dipendente a 0.5, 1, 2, 3, 4, 6 e 8 kHz. Se l'HCP è efficace, i risultati audiometrici dei dipendenti non mostreranno cambiamenti significativi associati ai danni all'udito indotti dal rumore durante il lavoro. Se vengono rilevati cambiamenti dell'udito sospetti, il tecnico audiometrico e l'audiologo o il medico che esamina la registrazione possono consigliare al dipendente di indossare gli HPD con maggiore attenzione, valutare se sono necessari HPD più adatti e motivare l'individuo a prestare maggiore attenzione nel proteggere il proprio ascoltare sia dentro che fuori dal lavoro. A volte possono essere identificate cause non professionali del cambiamento dell'udito, come l'esposizione al rumore da colpi di arma da fuoco o per hobby o problemi all'orecchio medico. Il monitoraggio audiometrico è utile solo se viene mantenuto il controllo di qualità delle procedure di test e se i risultati vengono utilizzati per avviare il follow-up per le persone con cambiamenti uditivi significativi (Royster 1985).
Tenuta del registro
I requisiti per il tipo di registri da conservare e la durata della loro conservazione variano da paese a paese. Nei paesi in cui le questioni legali e il risarcimento dei lavoratori sono questioni importanti, i registri dovrebbero essere conservati più a lungo di quanto richiesto dalle normative sul lavoro poiché sono spesso utili per scopi legali. L'obiettivo della tenuta dei registri è documentare come i dipendenti sono stati protetti dal rumore (Royster e Royster 1989 e 1990). Le registrazioni particolarmente importanti includono le procedure e i risultati dell'indagine sonora, la calibrazione ei risultati audiometrici, le azioni di follow-up in risposta ai cambiamenti dell'udito dei dipendenti e la documentazione dell'applicazione e della formazione delle protezioni acustiche. Le registrazioni dovrebbero includere i nomi del personale che ha svolto i compiti di HCP così come i risultati.
Valutazione del programma
Caratteristiche dei programmi efficaci
Gli operatori sanitari di successo condividono le seguenti caratteristiche e promuovono una "cultura della sicurezza" rispetto a tutti i programmi di sicurezza (occhiali di sicurezza, "caschi protettivi", comportamento di sollevamento sicuro, ecc.).
L'"individuo chiave"
La strategia più importante per far funzionare efficacemente insieme le cinque fasi dell'HCP è unirle sotto la supervisione di un individuo di importanza centrale (Royster e Royster 1989 e 1990). Nelle aziende più piccole in cui una persona può effettivamente svolgere tutti gli aspetti dell'HCP, la mancanza di coordinamento di solito non è un problema. Tuttavia, con l'aumentare delle dimensioni dell'organizzazione, diversi tipi di personale vengono coinvolti nell'HCP: personale addetto alla sicurezza, personale medico, ingegneri, igienisti industriali, supervisori di attrezzi, supervisori di produzione e altri. Con personale di diverse discipline che svolge diversi aspetti del programma, diventa molto difficile coordinare i propri sforzi a meno che un "individuo chiave" non sia in grado di supervisionare l'intero HCP. La scelta di chi dovrebbe essere questa persona è fondamentale per il successo del programma. Una delle principali qualifiche per l'individuo chiave è il genuino interesse per l'HCP dell'azienda.
L'individuo chiave è sempre accessibile ed è sinceramente interessato a commenti o reclami che possono aiutare a migliorare l'HCP. Questo individuo non assume un atteggiamento remoto o rimane in un ufficio, gestendo l'HCP su carta su mandato, ma trascorre del tempo negli stabilimenti di produzione o ovunque i lavoratori siano attivi per interagire con loro e osservare come i problemi possono essere prevenuti o risolti.
Comunicazione attiva e ruoli
I membri principali del team HCP dovrebbero incontrarsi regolarmente per discutere i progressi del programma e garantire che tutti i compiti vengano svolti. Una volta che le persone con compiti diversi capiranno come i loro ruoli contribuiscono al risultato complessivo del programma, collaboreranno meglio per prevenire la perdita dell'udito. L'individuo chiave può ottenere questa comunicazione e cooperazione attiva se la direzione gli fornisce l'autorità per prendere decisioni HCP e l'allocazione delle risorse per agire sulle decisioni una volta prese. Il successo dell'HCP dipende da tutti, dal capo superiore al tirocinante assunto più di recente; ognuno ha un ruolo importante. Il ruolo della direzione è in gran parte quello di supportare l'HCP e far rispettare le sue politiche come un aspetto del programma generale di salute e sicurezza dell'azienda. Per quadri e quadri il ruolo è più diretto: aiutano a realizzare le cinque fasi. Il ruolo dei dipendenti è quello di partecipare attivamente al programma ed essere aggressivi nel formulare suggerimenti per migliorare il funzionamento degli operatori sanitari. Tuttavia, affinché la partecipazione dei dipendenti abbia successo, la direzione e il team HCP devono essere ricettivi ai commenti e rispondere effettivamente agli input dei dipendenti.
Protettori dell'udito: efficaci e applicati
L'importanza delle politiche di protezione dell'udito per il successo degli operatori sanitari è sottolineata da due caratteristiche desiderate per gli operatori sanitari efficaci: applicazione rigorosa dell'utilizzo delle protezioni acustiche (deve esserci un'applicazione effettiva, non solo una politica cartacea) e la disponibilità di protezioni potenzialmente efficaci per l'uso da parte di i portatori nell'ambiente di lavoro. I dispositivi potenzialmente efficaci sono abbastanza pratici e comodi da essere indossati costantemente dai dipendenti e forniscono un'adeguata attenuazione del suono senza compromettere la comunicazione a causa dell'iperprotezione.
Influenze esterne limitate sull'operatore sanitario
Se le decisioni degli operatori sanitari locali sono limitate dalle politiche imposte dalla sede centrale dell'azienda, la persona chiave potrebbe aver bisogno dell'assistenza del top management per ottenere eccezioni alle regole aziendali o esterne al fine di soddisfare le esigenze locali. L'individuo chiave deve anche mantenere uno stretto controllo su tutti i servizi forniti da consulenti esterni, appaltatori o funzionari governativi (come sondaggi sonori o audiogrammi). Quando vengono utilizzati appaltatori, è più difficile integrare i loro servizi in modo coerente nell'HCP generale, ma è fondamentale farlo. Se il personale interno all'impianto non si attiene all'utilizzo delle informazioni fornite dagli appaltatori, gli elementi contrattuali del programma perdono efficacia. L'esperienza indica chiaramente che è molto difficile stabilire e mantenere un operatore sanitario efficace che dipende prevalentemente da appaltatori esterni.
In contrasto con le caratteristiche precedenti, il seguente è un elenco di alcune cause comuni di inefficacia HCP.
Valutazione oggettiva dei dati audiometrici
I dati audiometrici per la popolazione esposta al rumore forniscono la prova che l'operatore sanitario sta prevenendo l'ipoacusia professionale. Nel corso del tempo, il tasso di cambiamento dell'udito per i dipendenti esposti al rumore non dovrebbe essere superiore a quello dei controlli abbinati senza lavori rumorosi. Per dare una prima indicazione dell'efficacia degli operatori sanitari, sono state sviluppate procedure per l'analisi di database audiometrici utilizzando la variabilità di anno in anno nei valori soglia (Royster e Royster 1986; ANSI 1991).
Termini
Nel campo del rumore professionale, i termini regolamento, Standarde legislazione sono spesso usati in modo intercambiabile, anche se tecnicamente possono avere significati leggermente diversi. Uno standard è un insieme codificato di regole o linee guida, molto simile a un regolamento, ma può essere sviluppato sotto gli auspici di un gruppo di consenso, come l'Organizzazione internazionale per la standardizzazione (ISO). La legislazione è costituita da leggi prescritte dalle autorità legislative o dagli organi di governo locali.
Molte norme nazionali sono chiamate legislazione. Alcuni organismi ufficiali usano anche i termini standard e regolamenti. Questioni del Consiglio delle Comunità europee (CEC). direttive. Tutti i membri della Comunità Europea avevano bisogno di “armonizzare” i loro standard di rumore (regolamenti o legislazione) con la Direttiva CEE del 1986 sull'esposizione professionale al rumore entro l'anno 1990 (CEC 1986). Ciò significa che gli standard e le normative sul rumore dei paesi membri dovevano essere protettivi almeno quanto la direttiva CEE. Negli Stati Uniti, a regolamento è una regola o un ordine prescritto da un'autorità governativa e di solito ha più la natura di una formalità che di uno standard.
Alcune nazioni hanno a codice di pratica, che è un po' meno formale. Ad esempio, lo standard nazionale australiano per l'esposizione professionale al rumore è costituito da due brevi paragrafi che stabiliscono regole obbligatorie, seguiti da un codice di condotta di 35 pagine che fornisce una guida pratica su come lo standard dovrebbe essere implementato. I codici di condotta di solito non hanno forza legale di regolamenti o leggi.
Un altro termine che viene usato occasionalmente è raccomandazione, che è più simile a una linea guida che a una norma imperativa e non è applicabile. In questo articolo, il termine Standard sarà usato genericamente per rappresentare gli standard di rumore di tutti i gradi di formalità.
Standard di consenso
Uno degli standard di rumore più ampiamente utilizzati è ISO 1999, Acustica: determinazione dell'esposizione professionale al rumore e stima del danno uditivo indotto dal rumore (ISO 1990). Questo standard di consenso internazionale rappresenta una revisione di una versione precedente, meno dettagliata e può essere utilizzato per prevedere l'entità della perdita dell'udito che si prevede si verifichi in vari centili della popolazione esposta a varie frequenze audiometriche in funzione del livello e della durata dell'esposizione, dell'età e sesso.
L'ISO è attualmente molto attivo nel settore della standardizzazione del rumore. Il suo comitato tecnico TC43, "Acustica", sta lavorando a uno standard per valutare l'efficacia dei programmi di conservazione dell'udito. Secondo von Gierke (1993), il Sottocomitato 43 (SC1) del TC1 ha 21 gruppi di lavoro, alcuni dei quali stanno prendendo in considerazione più di tre standard ciascuno. TC43/SC1 ha emesso 58 standard relativi al rumore e 63 standard aggiuntivi sono in fase di revisione o preparazione (von Gierke 1993).
Criteri di rischio-danno
Il termine criteri di danno-rischio si riferisce al rischio di danni all'udito dovuti a vari livelli di rumore. Molti fattori entrano nello sviluppo di questi criteri e standard oltre ai dati che descrivono la quantità di perdita dell'udito risultante da una certa quantità di esposizione al rumore. Ci sono considerazioni sia tecniche che politiche.
Le seguenti domande sono buoni esempi di considerazioni politiche: quale percentuale della popolazione esposta al rumore dovrebbe essere protetta e quanto la perdita dell'udito costituisce un rischio accettabile? Dovremmo proteggere anche i membri più sensibili della popolazione esposta da qualsiasi perdita dell'udito? O dovremmo proteggerci solo da un handicap uditivo risarcibile? Si tratta di stabilire quale formula per la perdita dell'udito utilizzare, e diversi enti governativi hanno variato ampiamente le loro scelte.
Negli anni precedenti, sono state prese decisioni normative che consentivano notevoli quantità di perdita dell'udito come rischio accettabile. La definizione più comune era un livello medio di soglia uditiva (o "limite basso") di 25 dB o superiore alle frequenze audiometriche di 500, 1,000 e 2,000 Hz. Da quel momento, le definizioni di "problema uditivo" o "handicap uditivo" sono diventate più restrittive, con diverse nazioni o gruppi di consenso che sostengono definizioni diverse. Ad esempio, alcune agenzie governative statunitensi ora utilizzano 25 dB a 1,000, 2,000 e 3,000 Hz. Altre definizioni possono incorporare un limite basso di 20 o 25 dB a 1,000, 2,000 e 4,000 Hz e possono includere una gamma più ampia di frequenze.
In generale, poiché le definizioni includono frequenze più elevate e livelli di "recinzione" o soglia uditiva inferiori, il rischio accettabile diventa più stringente e una percentuale più elevata della popolazione esposta sembrerà essere a rischio a causa di determinati livelli di rumore. Se non vi è alcun rischio di perdita dell'udito a causa dell'esposizione al rumore, anche nei membri più sensibili della popolazione esposta, il limite di esposizione consentito dovrebbe essere di appena 75 dBA. La Direttiva CEE ha infatti stabilito un livello equivalente (Leq) di 75 dBA come livello al quale il rischio è trascurabile, e questo livello è stato proposto anche come obiettivo per gli impianti di produzione svedesi (Kihlman 1992).
Nel complesso, il pensiero prevalente su questo argomento è che è accettabile che una forza lavoro esposta al rumore perda un po' l'udito, ma non troppo. Per quanto riguarda quanto è troppo, non c'è consenso in questo momento. Con ogni probabilità, la maggior parte delle nazioni redige standard e regolamenti nel tentativo di mantenere il rischio a un livello minimo tenendo conto della fattibilità tecnica ed economica, ma senza raggiungere un consenso su questioni come le frequenze, il recinto o la percentuale della popolazione a cui essere protetto.
Presentazione dei criteri di rischio-danno
I criteri per la perdita dell'udito indotta dal rumore possono essere presentati in due modi: spostamento permanente della soglia indotto dal rumore (NIPTS) o percentuale di rischio. NIPTS è la quantità di spostamento di soglia permanente rimanente in una popolazione dopo aver sottratto lo spostamento di soglia che si verificherebbe "normalmente" per cause diverse dal rumore professionale. Il rischio percentuale è la percentuale di una popolazione con una certa quantità di danni all'udito causati dal rumore dopo sottraendo la percentuale di una popolazione simile non esposti al rumore professionale. Questo concetto è talvolta chiamato rischio in eccesso. Sfortunatamente, nessuno dei due metodi è privo di problemi.
Il problema con l'utilizzo del solo NIPTS è che è difficile riassumere gli effetti del rumore sull'udito. I dati sono solitamente riportati in una grande tabella che mostra lo spostamento della soglia indotto dal rumore per ogni frequenza audiometrica in funzione del livello di rumore, degli anni di esposizione e del percentile della popolazione. Il concetto di percentuale di rischio è più attraente perché utilizza numeri singoli e sembra facile da capire. Ma il problema con la percentuale di rischio è che può variare enormemente a seconda di una serie di fattori, in particolare l'altezza della barriera del livello della soglia uditiva e le frequenze utilizzate per definire il danno uditivo (o handicap).
Con entrambi i metodi, l'utente deve essere sicuro che le popolazioni esposte e non esposte siano accuratamente abbinate per fattori quali l'età e l'esposizione al rumore non professionale.
Standard nazionali sul rumore
La tabella 1 riporta alcune delle caratteristiche principali degli standard di esposizione al rumore di diverse nazioni. La maggior parte delle informazioni è aggiornata alla data di questa pubblicazione, ma alcuni standard potrebbero essere stati rivisti di recente. Si consiglia ai lettori di consultare le versioni più recenti delle norme nazionali.
Tabella 1. Limiti di esposizione consentiti (PEL), tassi di cambio e altri requisiti per l'esposizione al rumore in base alla nazione
Nazione, data |
PEL Lav., 8 ore, dBAa |
Tasso di cambio, dBAb |
Lmax rms Lpicco SPL |
Controllo ingegneristico di livello dBAc |
Test audiometrico di livello dBAc |
Argentina |
90 |
3 |
110 dBA |
||
Australia,1 1993 |
85 |
3 |
140 dB di picco |
85 |
85 |
Brasile, 1992 |
85 |
5 |
115 dBA |
85 |
|
Canada,2 1990 |
87 |
3 |
87 |
84 |
|
CCE,3, 4 1986 |
85 |
3 |
140 dB di picco |
90 |
85 |
Cile |
85 |
5 |
115 dBA |
||
Cina,5 1985 |
70-90 |
3 |
115 dBA |
||
Finlandia, 1982 |
85 |
3 |
85 |
||
Francia, 1990 |
85 |
3 |
135 dB di picco |
85 |
|
Germania,3, 6 1990 |
85 |
3 |
140 dB di picco |
90 |
85 |
Ungheria |
85 |
3 |
125 dBA |
90 |
|
India,7 1989 |
90 |
115 dBA |
|||
Israele, 1984 |
85 |
5 |
115 dBA |
||
Italia, 1990 |
85 |
3 |
140 dB di picco |
90 |
85 |
Olanda, 8 1987 |
80 |
3 |
140 dB di picco |
85 |
|
Nuova Zelanda,9 1981 |
85 |
3 |
115 dBA |
||
Norvegia,10 1982 |
85 |
3 |
110 dBA |
80 |
|
Spagna, 1989 |
85 |
3 |
140 dB di picco |
90 |
80 |
Svezia, 1992 |
85 |
3 |
115 dBA |
85 |
85 |
Regno Unito, 1989 |
85 |
3 |
140 dB di picco |
90 |
85 |
Stati Uniti d'America,11 1983 |
90 |
5 |
115 dBA |
90 |
85 |
Uruguay |
90 |
3 |
110 dBA |
a PEL = limite di esposizione consentito.
b Tasso di cambio. A volte chiamato tasso di raddoppio o rapporto di scambio tempo/intensità, questa è la quantità di variazione del livello di rumore (in dB) consentita per ogni dimezzamento o raddoppio della durata dell'esposizione.
c Come il PEL, anche i livelli che danno inizio ai requisiti per i controlli tecnici e i test audiometrici, presumibilmente, sono livelli medi.
Fonti: Arenas 1995; Gunn; Embleton 1994; ILO 1994. Gli standard pubblicati di varie nazioni sono stati ulteriormente consultati.
Note alla tabella 1.
1 I livelli per i controlli tecnici, i test dell'udito e altri elementi del programma di conservazione dell'udito sono definiti in un codice di condotta.
2 C'è qualche variazione tra le singole province canadesi: Ontario, Quebec e New Brunswick utilizzano 90 dBA con un tasso di cambio di 5 dB; Alberta, Nuova Scozia e Terranova utilizzano 85 dBA con un tasso di cambio di 5 dB; e la Columbia Britannica utilizza 90 dBA con un tasso di cambio di 3 dB. Tutti richiedono controlli tecnici al livello del PEL. Manitoba richiede determinate pratiche di conservazione dell'udito superiori a 80 dBA, protezioni acustiche e formazione su richiesta superiori a 85 dBA e controlli tecnici superiori a 90 dBA.
3 Il Consiglio delle Comunità Europee (86/188/CEE) e la Germania (UVV Larm-1990) affermano che non è possibile dare un limite preciso per l'eliminazione dei pericoli per l'udito e il rischio di altri danni alla salute dovuti al rumore. Pertanto il datore di lavoro è obbligato a ridurre il livello di rumore il più possibile, tenendo conto del progresso tecnico e della disponibilità di misure di controllo. Anche altre nazioni della CE potrebbero aver adottato questo approccio.
4 Quei paesi compresi nella Comunità Europea dovevano avere standard conformi almeno alla Direttiva CEE entro il 1 gennaio 1990.
5 La Cina richiede diversi livelli per diverse attività: ad esempio, 70 dBA per linee di assemblaggio di precisione, officine di lavorazione e sale computer; 75 dBA per locali di servizio, di osservazione e di riposo; 85 dBA per nuove officine; e 90 dBA per le officine esistenti.
6 La Germania ha anche standard di rumore di 55 dBA per attività mentalmente stressanti e 70 dBA per il lavoro d'ufficio meccanizzato.
7 Raccomandazione.
8 La legislazione sul rumore dei Paesi Bassi richiede un controllo tecnico del rumore a 85 dBA “a meno che ciò non possa essere ragionevolmente richiesto”. La protezione dell'udito deve essere fornita sopra gli 80 dBA e i lavoratori sono tenuti a indossarla a livelli superiori a 90 dBA.
9 La Nuova Zelanda richiede un massimo di 82 dBA per un'esposizione di 16 ore. Le cuffie devono essere indossate in presenza di livelli di rumore superiori a 115 dBA.
10 La Norvegia richiede un PEL di 55 dBA per lavori che richiedono una grande quantità di concentrazione mentale, 85 dBA per lavori che richiedono comunicazione verbale o grande precisione e attenzione e 85 dBA per altri ambienti di lavoro rumorosi. I limiti consigliati sono inferiori di 10 dB. I lavoratori esposti a livelli di rumore superiori a 85 dBA devono indossare protezioni acustiche.
11 Questi livelli si applicano allo standard acustico OSHA, che copre i lavoratori dell'industria in generale e del commercio marittimo. I servizi militari statunitensi richiedono standard un po' più severi. L'aeronautica americana e l'esercito americano utilizzano entrambi un PEL di 85 dBA e un tasso di cambio di 3 dB.
La tabella 1 mostra chiaramente la tendenza della maggior parte delle nazioni a utilizzare un limite di esposizione consentito (PEL) di 85 dBA, mentre circa la metà degli standard utilizza ancora 90 dBA per la conformità ai requisiti per i controlli tecnici, come consentito dalla direttiva CEE. La stragrande maggioranza delle nazioni sopra elencate ha adottato il tasso di cambio di 3 dB, ad eccezione di Israele, Brasile e Cile, che utilizzano tutti la regola dei 5 dB con un livello di criterio di 85 dBA. L'altra eccezione degna di nota sono gli Stati Uniti (nel settore civile), sebbene sia l'esercito americano che l'aeronautica americana abbiano adottato la regola dei 3 dB.
Oltre ai loro requisiti per proteggere i lavoratori dalla perdita dell'udito, diverse nazioni includono disposizioni per prevenire altri effetti negativi del rumore. Alcune nazioni affermano la necessità di proteggere dagli effetti extra-uditivi del rumore nelle loro normative. Sia la Direttiva CEE che la norma tedesca riconoscono che il rumore sul luogo di lavoro comporta un rischio per la salute e la sicurezza dei lavoratori oltre alla perdita dell'udito, ma che le attuali conoscenze scientifiche sugli effetti extrauditivi non consentono di fissare precisi livelli di sicurezza.
Lo standard norvegese include un requisito secondo cui i livelli di rumore non devono superare i 70 dBA negli ambienti di lavoro in cui è necessaria la comunicazione vocale. Lo standard tedesco sostiene la riduzione del rumore per la prevenzione dei rischi di incidenti e sia la Norvegia che la Germania richiedono un livello massimo di rumore di 55 dBA per migliorare la concentrazione e prevenire lo stress durante le attività mentali.
Alcuni paesi hanno standard di rumore speciali per diversi tipi di luoghi di lavoro. Ad esempio, la Finlandia e gli Stati Uniti hanno norme sul rumore per le cabine dei veicoli a motore, la Germania e il Giappone specificano i livelli di rumore per gli uffici. Altri includono il rumore come uno dei tanti pericoli regolamentati in un particolare processo. Altri standard ancora si applicano a tipi specifici di attrezzature o macchine, come compressori d'aria, motoseghe e macchine edili.
Inoltre, alcune nazioni hanno promulgato standard separati per i dispositivi di protezione dell'udito (come la Direttiva CEE, Paesi Bassi e Norvegia) e per i programmi di conservazione dell'udito (come Francia, Norvegia, Spagna, Svezia e Stati Uniti).
Alcune nazioni utilizzano approcci innovativi per affrontare il problema del rumore professionale. Ad esempio, i Paesi Bassi hanno uno standard separato per i luoghi di lavoro di nuova costruzione e l'Australia e la Norvegia forniscono informazioni ai datori di lavoro per istruire i produttori sulla fornitura di apparecchiature più silenziose.
Ci sono poche informazioni sul grado di applicazione di questi standard e regolamenti. Alcuni specificano che i datori di lavoro "dovrebbero" intraprendere determinate azioni (come nei codici di condotta o nelle linee guida), mentre la maggior parte specifica che i datori di lavoro "devono". Gli standard che utilizzano "devono" sono più propensi a essere obbligatori, ma le singole nazioni variano ampiamente nella loro capacità e inclinazione a garantire l'applicazione. Anche all'interno della stessa nazione, l'applicazione degli standard sul rumore professionale può variare considerevolmente con il governo al potere.
Le radiazioni ionizzanti sono ovunque. Arriva dallo spazio come raggi cosmici. È nell'aria sotto forma di emissioni di radon radioattivo e della sua progenie. Gli isotopi radioattivi presenti in natura entrano e rimangono in tutti gli esseri viventi. È inevitabile. In effetti, tutte le specie su questo pianeta si sono evolute in presenza di radiazioni ionizzanti. Mentre gli esseri umani esposti a piccole dosi di radiazioni potrebbero non mostrare immediatamente alcun effetto biologico apparente, non c'è dubbio che le radiazioni ionizzanti, se somministrate in quantità sufficienti, possono causare danni. Questi effetti sono ben noti sia in natura che in grado.
Mentre le radiazioni ionizzanti possono causare danni, hanno anche molti usi benefici. L'uranio radioattivo genera elettricità nelle centrali nucleari in molti paesi. In medicina, i raggi X producono radiografie per la diagnosi di lesioni interne e malattie. I medici di medicina nucleare usano materiale radioattivo come traccianti per formare immagini dettagliate delle strutture interne e per studiare il metabolismo. I radiofarmaci terapeutici sono disponibili per il trattamento di disturbi come l'ipertiroidismo e il cancro. I medici di radioterapia usano raggi gamma, fasci di pioni, fasci di elettroni, neutroni e altri tipi di radiazioni per curare il cancro. Gli ingegneri utilizzano materiale radioattivo nelle operazioni di registrazione dei pozzi petroliferi e nei misuratori di densità dell'umidità del suolo. I radiografi industriali utilizzano i raggi X nel controllo di qualità per esaminare le strutture interne dei dispositivi fabbricati. I segnali di uscita negli edifici e negli aerei contengono trizio radioattivo per farli brillare al buio in caso di interruzione di corrente. Molti rilevatori di fumo nelle case e negli edifici commerciali contengono americio radioattivo.
Questi molteplici usi delle radiazioni ionizzanti e dei materiali radioattivi migliorano la qualità della vita e aiutano la società in molti modi. I benefici di ogni utilizzo devono sempre essere confrontati con i rischi. I rischi possono essere per i lavoratori direttamente coinvolti nell'applicazione delle radiazioni o del materiale radioattivo, per il pubblico, per le generazioni future e per l'ambiente o per qualsiasi combinazione di questi. Al di là delle considerazioni politiche ed economiche, i benefici devono sempre superare i rischi quando si tratta di radiazioni ionizzanti.
Radiazione ionizzante
Le radiazioni ionizzanti sono costituite da particelle, compresi i fotoni, che provocano la separazione degli elettroni dagli atomi e dalle molecole. Tuttavia, anche alcuni tipi di radiazioni di energia relativamente bassa, come la luce ultravioletta, possono causare ionizzazione in determinate circostanze. Per distinguere questi tipi di radiazioni dalle radiazioni che causano sempre la ionizzazione, un limite di energia inferiore arbitrario per le radiazioni ionizzanti di solito è fissato a circa 10 kiloelettronvolt (keV).
Le radiazioni direttamente ionizzanti sono costituite da particelle cariche. Tali particelle includono elettroni energetici (a volte chiamati negatroni), positroni, protoni, particelle alfa, mesoni carichi, muoni e ioni pesanti (atomi ionizzati). Questo tipo di radiazione ionizzante interagisce con la materia principalmente attraverso la forza di Coulomb, respingendo o attirando elettroni da atomi e molecole in virtù delle loro cariche.
Le radiazioni ionizzanti indirettamente sono costituite da particelle prive di carica. I tipi più comuni di radiazioni ionizzanti indirettamente sono i fotoni superiori a 10 keV (raggi X e raggi gamma) e tutti i neutroni.
I fotoni dei raggi X e dei raggi gamma interagiscono con la materia e causano la ionizzazione in almeno tre modi diversi:
un dato fotone può verificarsi uno qualsiasi di questi, tranne che la produzione di coppie è possibile solo per fotoni con energia maggiore di 1.022 MeV. L'energia del fotone e il materiale con cui interagisce determinano quale interazione è più probabile che si verifichi.
La Figura 1 mostra le regioni in cui ogni tipo di interazione fotonica domina in funzione dell'energia del fotone e del numero atomico dell'assorbitore.
Figura 1. Importanza relativa delle tre principali interazioni dei fotoni nella materia
Le interazioni più comuni dei neutroni con la materia sono le collisioni anelastiche, la cattura (o attivazione) dei neutroni e la fissione. Tutte queste sono interazioni con i nuclei. Un nucleo che collide in modo anelastico con un neutrone viene lasciato a un livello di energia più elevato. Può rilasciare questa energia sotto forma di raggi gamma o emettendo una particella beta, o entrambi. Nella cattura di neutroni, un nucleo interessato può assorbire il neutrone ed espellere energia sotto forma di raggi gamma o raggi X o particelle beta, o entrambi. Le particelle secondarie quindi causano la ionizzazione come discusso sopra. Nella fissione, un nucleo pesante assorbe il neutrone e si divide in due nuclei più leggeri che sono quasi sempre radioattivi.
Quantità, unità e definizioni correlate
La Commissione internazionale per le unità e le misure di radiazione (ICRU) sviluppa definizioni formali accettate a livello internazionale di quantità e unità di radiazione e radioattività. La Commissione internazionale per la protezione radiologica (ICRP) stabilisce anche gli standard per la definizione e l'uso di varie quantità e unità utilizzate nella radioprotezione. Segue una descrizione di alcune grandezze, unità e definizioni comunemente usate nella radioprotezione.
Dose assorbita. Questa è la grandezza dosimetrica fondamentale per le radiazioni ionizzanti. Fondamentalmente, è l'energia che le radiazioni ionizzanti impartiscono alla materia per unità di massa. Formalmente,
where D è la dose assorbita, de è l'energia media impartita alla materia di massa dm. La dose assorbita ha unità di joule per chilogrammo (J kg-1). Il nome speciale per l'unità di dose assorbita è il grigio (Gy).
Attività. Questa quantità rappresenta il numero di trasformazioni nucleari da un dato stato di energia nucleare per unità di tempo. Formalmente,
where A è l'attività, dN è il valore atteso del numero di transizioni nucleari spontanee dal dato stato energetico nell'intervallo di tempo dt. È correlato al numero di nuclei radioattivi N di:
dove l è la costante di decadimento. L'attività ha unità di secondi inversi (s-1). Il nome speciale per l'unità di attività è il becquerel (Bq).
Decadimento costante (l). Questa quantità rappresenta la probabilità per unità di tempo che si verifichi una trasformazione nucleare per un dato radionuclide. La costante di decadimento ha unità di secondi inversi (s-1). È correlato all'emivita t½ di un radionuclide da:
La costante di decadimento l è correlata alla vita media, t, di un radionuclide da:
La dipendenza dal tempo dell'attività A(t) e del numero di nuclei radioattivi N(t) può essere espresso da ed rispettivamente.
Effetto biologico deterministico. Questo è un effetto biologico causato dalle radiazioni ionizzanti e la cui probabilità di accadimento è zero a piccole dosi assorbite ma aumenterà rapidamente fino all'unità (100%) al di sopra di un certo livello di dose assorbita (la soglia). L'induzione della cataratta è un esempio di effetto biologico stocastico.
Dose efficace. La dose efficace E è la somma delle dosi equivalenti pesate in tutti i tessuti e gli organi del corpo. È una quantità di radioprotezione, quindi il suo uso non è appropriato per grandi dosi assorbite erogate in un periodo di tempo relativamente breve. Esso è dato da:
where w T è il fattore di ponderazione del tessuto e HT è la dose equivalente per il tessuto T. La dose efficace ha unità di J kg-1. Il nome speciale per l'unità di dose efficace è il sievert (Sv).
Dose equivalente. La dose equivalente HT è la dose assorbita mediata su un tessuto o organo (piuttosto che in un punto) e ponderata per la qualità della radiazione che interessa. È una quantità di radioprotezione, quindi il suo uso non è appropriato per grandi dosi assorbite erogate in un periodo di tempo relativamente breve. La dose equivalente è data da:
where DT, R è la dose assorbita mediata sul tessuto o organo T dovuta alla radiazione R e w R
è il fattore di ponderazione della radiazione. La dose equivalente ha unità di J kg-1. Il nome speciale per l'unità di dose equivalente è il sievert (Sv).
Metà vita. Questa quantità è la quantità di tempo necessaria affinché l'attività di un campione di radionuclidi si riduca di un fattore della metà. Equivalentemente, è la quantità di tempo necessaria affinché un dato numero di nuclei in un dato stato radioattivo si riduca di un fattore della metà. Ha unità fondamentali di secondi (s), ma è anche comunemente espresso in ore, giorni e anni. Per un dato radionuclide, emivita t½ è correlato alla costante di decadimento l da:
Trasferimento di energia lineare. Questa quantità è l'energia che una particella carica impartisce alla materia per unità di lunghezza mentre attraversa la materia. Formalmente,
where L è il trasferimento di energia lineare (chiamato anche potere di arresto collisione lineare) e De è l'energia media persa dalla particella nell'attraversare una distanza dl. Il trasferimento lineare di energia (LET) ha unità di J m-1.
Vita media. Questa quantità è il tempo medio in cui uno stato nucleare sopravvive prima di subire una trasformazione in uno stato energetico inferiore emettendo radiazioni ionizzanti. Ha unità fondamentali di secondi (s), ma può anche essere espresso in ore, giorni o anni. È correlato alla costante di decadimento da:
dove t è la durata media e l è la costante di decadimento per un dato nuclide in un dato stato energetico.
Fattore di ponderazione delle radiazioni. Questo è un numero w R che, per un dato tipo ed energia di radiazione R, è rappresentativo dei valori dell'efficacia biologica relativa di quella radiazione nell'indurre effetti stocastici a basse dosi. I valori di w R sono correlati al trasferimento lineare di energia (LET) e sono riportati nella tabella 1. La figura 2 (sul retro) mostra la relazione tra w R e LET per i neutroni.
Tabella 1. Fattori di ponderazione della radiazione wR
Tipo e gamma di energia |
wR 1 |
Fotoni, tutte le energie |
1 |
Elettroni e muoni, tutte le energie2 |
1 |
Neutroni, energia 10 keV |
5 |
Da 10 keV a 100 keV |
10 |
da >100 keV a 2 MeV |
20 |
da >2 MeV a 20 MeV |
10 |
>20 MegaV |
5 |
Protoni, diversi dai protoni di rinculo, energia >2 MeV |
5 |
Particelle alfa, frammenti di fissione, nuclei pesanti |
20 |
1 Tutti i valori si riferiscono alla radiazione incidente sul corpo o, per sorgenti interne, emessa dalla sorgente.
2 Escludendo gli elettroni Auger emessi dai nuclei legati al DNA.
Efficacia biologica relativa (RBE). L'RBE di un tipo di radiazione rispetto a un altro è il rapporto inverso delle dosi assorbite che producono lo stesso grado di un punto finale biologico definito.
Figura 2. Fattori di ponderazione della radiazione per i neutroni (la curva liscia deve essere trattata come un'approssimazione)
Effetto biologico stocastico. Si tratta di un effetto biologico causato dalle radiazioni ionizzanti la cui probabilità di accadimento aumenta all'aumentare della dose assorbita, probabilmente senza soglia, ma la cui gravità è indipendente dalla dose assorbita. Il cancro è un esempio di effetto biologico stocastico.
Fattore di ponderazione dei tessuti w T. Questo rappresenta il contributo del tessuto o dell'organo T al danno totale dovuto a tutti gli effetti stocastici derivanti dall'irraggiamento uniforme di tutto il corpo. Viene utilizzato perché la probabilità di effetti stocastici dovuti a una dose equivalente dipende dal tessuto o dall'organo irradiato. Una dose equivalente uniforme su tutto il corpo dovrebbe fornire una dose efficace numericamente uguale alla somma delle dosi efficaci per tutti i tessuti e gli organi del corpo. Pertanto, la somma di tutti i fattori di ponderazione dei tessuti è normalizzata all'unità. La tabella 2 fornisce i valori per i fattori di ponderazione dei tessuti.
Tabella 2. Fattori di ponderazione dei tessuti wT
Tessuto o organo |
wT 1 |
gonadi |
0.20 |
Midollo osseo (rosso) |
0.12 |
Colon |
0.12 |
Polmone |
0.12 |
Stomaco |
0.12 |
Vescica |
0.05 |
Seno |
0.05 |
Fegato |
0.05 |
Esofago |
0.05 |
Tiroide |
0.05 |
Pelle |
0.01 |
Superficie ossea |
0.01 |
Resto |
0.052, 3 |
1 I valori sono stati sviluppati da una popolazione di riferimento composta da un numero uguale di entrambi i sessi e da un'ampia gamma di età. Nella definizione di dose efficace si applicano ai lavoratori, all'intera popolazione e all'uno o all'altro sesso.
2 Ai fini del calcolo, il resto è composto dai seguenti tessuti e organi aggiuntivi: ghiandole surrenali, cervello, intestino crasso superiore, intestino tenue, reni, muscoli, pancreas, milza, timo e utero. L'elenco include organi che possono essere irradiati selettivamente. Alcuni organi nell'elenco sono noti per essere suscettibili all'induzione del cancro.
3 Nei casi eccezionali in cui uno solo dei restanti tessuti o organi riceve una dose equivalente in eccesso rispetto alla dose più elevata in uno qualsiasi dei dodici organi per i quali è specificato un fattore di ponderazione, a tale tessuto dovrebbe essere applicato un fattore di ponderazione di 0.025 o organo e un fattore di ponderazione di 0.025 alla dose media nel resto del resto come sopra definito.
Dopo la sua scoperta da parte di Roentgen nel 1895, i raggi X furono introdotti così rapidamente nella diagnosi e nel trattamento delle malattie che le lesioni dovute all'eccessiva esposizione alle radiazioni iniziarono a essere riscontrate quasi immediatamente nei pionieri delle radiazioni, che dovevano ancora rendersi conto dei pericoli (Brown 1933). Le prime lesioni di questo tipo erano prevalentemente reazioni cutanee sulle mani di coloro che lavoravano con le prime apparecchiature per le radiazioni, ma nel giro di un decennio erano stati segnalati anche molti altri tipi di lesioni, inclusi i primi tumori attribuiti alle radiazioni (Stone 1959).
Per tutto il secolo successivo a queste prime scoperte, lo studio degli effetti biologici delle radiazioni ionizzanti ha ricevuto un impulso continuo dai crescenti usi delle radiazioni in medicina, scienza e industria, nonché dalle applicazioni pacifiche e militari dell'energia atomica. Di conseguenza, gli effetti biologici delle radiazioni sono stati studiati più a fondo di quelli di qualsiasi altro agente ambientale. La conoscenza in evoluzione degli effetti delle radiazioni è stata influente nella definizione di misure per la protezione della salute umana contro molti altri pericoli ambientali oltre alle radiazioni.
Natura e meccanismi degli effetti biologici delle radiazioni
Deposizione di energia. A differenza di altre forme di radiazione, la radiazione ionizzante è in grado di depositare abbastanza energia localizzata per rimuovere gli elettroni dagli atomi con cui interagisce. Pertanto, poiché la radiazione si scontra casualmente con atomi e molecole nel passare attraverso le cellule viventi, dà origine a ioni e radicali liberi che rompono i legami chimici e provocano altri cambiamenti molecolari che danneggiano le cellule colpite. La distribuzione spaziale degli eventi ionizzanti dipende dal fattore di ponderazione della radiazione, w R della radiazione (vedi tabella 1 e figura 1).
Tabella 1. Fattori di ponderazione della radiazione wR
Tipo e gamma di energia |
wR 1 |
Fotoni, tutte le energie |
1 |
Elettroni e muoni, tutte le energie2 |
1 |
Neutroni, energia <10 keV |
5 |
Da 10 keV a 100 keV |
10 |
da >100 keV a 2 MeV |
20 |
da >2 MeV a 20 MeV |
10 |
>20 MegaV |
5 |
Protoni, diversi dai protoni di rinculo, energia >2 MeV |
5 |
Particelle alfa, frammenti di fissione, nuclei pesanti |
20 |
1 Tutti i valori si riferiscono alla radiazione incidente sul corpo o, per sorgenti interne, emessa dalla sorgente.
2 Escludendo gli elettroni Auger emessi dai nuclei legati al DNA.
Figura 1. Differenze tra i vari tipi di radiazioni ionizzanti nel potere di penetrazione nei tessuti
Effetti sul DNA. Qualsiasi molecola nella cellula può essere alterata dalle radiazioni, ma il DNA è il bersaglio biologico più critico a causa della ridondanza limitata delle informazioni genetiche che contiene. Una dose assorbita di radiazioni abbastanza grande da uccidere la cellula media in divisione - 2 gray (Gy) - è sufficiente a causare centinaia di lesioni nelle sue molecole di DNA (Ward 1988). La maggior parte di tali lesioni sono riparabili, ma quelle prodotte da una radiazione densamente ionizzante (ad esempio, un protone o una particella alfa) sono generalmente meno riparabili di quelle prodotte da una radiazione scarsamente ionizzante (ad esempio, un raggio X o un raggio gamma) ( Goodhead 1988). Le radiazioni densamente ionizzanti (alto LET), quindi, hanno tipicamente un'efficacia biologica relativa (RBE) più elevata rispetto alle radiazioni scarsamente ionizzanti (basso LET) per la maggior parte delle forme di lesione (ICRP 1991).
Effetti sui geni. Il danno al DNA che rimane non riparato o è mal riparato può essere espresso sotto forma di mutazioni, la cui frequenza sembra aumentare come funzione lineare, non soglia della dose, circa 10-5 a 10-6 per locus per Gy (NAS 1990). Il fatto che il tasso di mutazione sembri proporzionale alla dose viene interpretato nel senso che l'attraversamento del DNA da parte di una singola particella ionizzante può, in linea di principio, essere sufficiente a causare una mutazione (NAS 1990). Nelle vittime di incidenti di Chernobyl, la relazione dose-risposta per le mutazioni della glicoforina nelle cellule del midollo osseo è molto simile a quella osservata nei sopravvissuti alla bomba atomica (Jensen, Langlois e Bigbee 1995).
Effetti sui cromosomi. I danni da radiazioni all'apparato genetico possono anche causare cambiamenti nel numero e nella struttura dei cromosomi, la cui frequenza è stata osservata aumentare con la dose nei lavoratori delle radiazioni, nei sopravvissuti alla bomba atomica e in altri esposti a radiazioni ionizzanti. La relazione dose-risposta per le aberrazioni cromosomiche nei linfociti del sangue umano (figura 2) è stata caratterizzata abbastanza bene in modo che la frequenza delle aberrazioni in tali cellule possa servire come un utile dosimetro biologico (IAEA 1986).
Figura 2. Frequenza delle aberrazioni cromosomiche dicentriche nei linfociti umani in relazione a dose, rateo di dose e qualità dell'irradiazione in vitro
Effetti sulla sopravvivenza cellulare. Tra le prime reazioni all'irradiazione c'è l'inibizione della divisione cellulare, che compare subito dopo l'esposizione, variando sia in grado che in durata con la dose (figura 3). Sebbene l'inibizione della mitosi sia tipicamente transitoria, il danno da radiazioni ai geni e ai cromosomi può essere letale per le cellule in divisione, che sono altamente radiosensibili come classe (ICRP 1984). Misurata in termini di capacità proliferativa, la sopravvivenza delle cellule in divisione tende a diminuire esponenzialmente con l'aumentare della dose, da 1 a 2 Gy generalmente sufficienti a ridurre la popolazione sopravvissuta di circa il 50% (figura 4).
Figura 3. Inibizione mitotica indotta dai raggi X nelle cellule epiteliali corneali di ratto
Figura 4. Tipiche curve dose-sopravvivenza per cellule di mammifero esposte a raggi X e neutroni veloci
Effetti sui tessuti. Le cellule mature, non in divisione, sono relativamente radioresistenti, ma le cellule in divisione in un tessuto sono radiosensibili e possono essere uccise in numero sufficiente dall'irradiazione intensiva per provocare l'atrofia del tessuto (figura 5). La rapidità di tale atrofia dipende dalla dinamica della popolazione cellulare all'interno del tessuto interessato; ovvero, negli organi caratterizzati da un ricambio cellulare lento, come il fegato e l'endotelio vascolare, il processo è tipicamente molto più lento che negli organi caratterizzati da un ricambio cellulare rapido, come il midollo osseo, l'epidermide e la mucosa intestinale (ICRP 1984). È degno di nota, inoltre, che se il volume del tessuto irradiato è sufficientemente piccolo, o se la dose viene accumulata gradualmente, la gravità della lesione può essere notevolmente ridotta dalla proliferazione compensatoria delle cellule sopravvissute.
Figura 5. Sequenza caratteristica degli eventi nella patogenesi degli effetti non stocastici delle radiazioni ionizzanti
Manifestazioni cliniche di lesioni
Tipi di effetti. Gli effetti delle radiazioni comprendono un'ampia varietà di reazioni, che variano notevolmente nelle loro relazioni dose-risposta, manifestazioni cliniche, tempistica e prognosi (Mettler e Upton 1995). Gli effetti sono spesso suddivisi, per comodità, in due grandi categorie: (1) ereditabile effetti, che sono espressi nei discendenti degli individui esposti, e (2) somatico effetti, che si esprimono negli stessi soggetti esposti. Questi ultimi includono effetti acuti, che si verificano relativamente presto dopo l'irradiazione, così come effetti tardivi (o cronici), come il cancro, che potrebbero non manifestarsi fino a mesi, anni o decenni dopo.
Effetti acuti. Gli effetti acuti delle radiazioni derivano prevalentemente dall'esaurimento delle cellule progenitrici nei tessuti colpiti (figura 5) e possono essere provocati solo da dosi sufficientemente elevate da uccidere molte di queste cellule (ad esempio, tabella 2). Per questo motivo, tali effetti sono visti come non stocastico, o deterministico, in natura (ICRP 1984 e 1991), in contrasto con gli effetti mutageni e cancerogeni delle radiazioni, che sono visti come stocastico fenomeni risultanti da alterazioni molecolari casuali nelle singole cellule che aumentano come funzioni lineari non soglia della dose (NAS 1990; ICRP 1991).
Tabella 2. Dosi soglia approssimative di radiazioni X terapeutiche frazionate convenzionalmente per effetti non stocastici clinicamente dannosi in vari tessuti
Organo |
Infortunio a 5 anni |
Soglia |
Irradiazione |
Pelle |
Ulcera, fibrosi grave |
55 |
100 cm2 |
Mucosa orale |
Ulcera, fibrosi grave |
60 |
50 cm2 |
Esofago |
Ulcera, stenosi |
60 |
75 cm2 |
Stomaco |
Ulcera, perforazione |
45 |
100 cm2 |
Intestino tenue |
Ulcera, stenosi |
45 |
100 cm2 |
Colon |
Ulcera, stenosi |
45 |
100 cm2 |
Retto |
Ulcera, stenosi |
55 |
100 cm2 |
Ghiandole salivari |
xerostomia |
50 |
50 cm2 |
Fegato |
Insufficienza epatica, ascite |
35 |
tutto |
Rene |
nephrosclerosis |
23 |
tutto |
Vescica urinaria |
Ulcera, contrattura |
60 |
tutto |
Prove |
Sterilità permanente |
5-15 |
tutto |
ovaia |
Sterilità permanente |
2-3 |
tutto |
Utero |
Necrosi, perforazione |
> 100 |
tutto |
Vagina |
Ulcera, fistola |
90 |
5 cm2 |
Seno, bambino |
ipoplasia |
10 |
5 cm2 |
Seno, adulto |
Atrofia, necrosi |
> 50 |
tutto |
Polmone |
Polmonite, fibrosi |
40 |
lobo |
Capillari |
Teleangectasie, fibrosi |
50-60 |
s |
Cuore |
Pericardite, pancardite |
40 |
tutto |
Osso, bambino |
Crescita arrestata |
20 |
10 cm2 |
Osso, adulto |
Necrosi, frattura |
60 |
10 cm2 |
Cartilagine, bambino |
Crescita arrestata |
10 |
tutto |
Cartilagine, adulto |
Necrosi |
60 |
tutto |
Sistema nervoso centrale (cervello) |
Necrosi |
50 |
tutto |
Midollo spinale |
Necrosi, transezione |
50 |
5 cm2 |
Occhio |
Panoftalmite, emorragia |
55 |
tutto |
cornea |
Cheratite |
50 |
tutto |
lente |
Cataratta |
5 |
tutto |
Orecchio (interno) |
Sordità |
> 60 |
tutto |
Tiroide |
Ipotiroidismo |
45 |
tutto |
Surrenale |
Ipoadrenalismo |
> 60 |
tutto |
Pituitaria |
ipopituitarismo |
45 |
tutto |
Muscolo, bambino |
ipoplasia |
20-30 |
tutto |
Muscolo, adulto |
Atrofia |
> 100 |
tutto |
Midollo osseo |
ipoplasia |
2 |
tutto |
Midollo osseo |
Ipoplasia, fibrosi |
20 |
localizzata |
Linfonodi |
Atrofia |
33-45 |
s |
linfatici |
Sclerosi |
50 |
s |
Feto |
Morte |
2 |
tutto |
* Dose che causa effetto nell'1-5% delle persone esposte.
Fonte: Rubin e Casarett 1972.
Le lesioni acute del tipo che erano prevalenti nei lavoratori pionieri delle radiazioni e nei primi pazienti in radioterapia sono state in gran parte eliminate grazie al miglioramento delle precauzioni di sicurezza e dei metodi di trattamento. Tuttavia, la maggior parte dei pazienti trattati con radiazioni oggi subisce ancora qualche lesione del tessuto normale che viene irradiato. Inoltre, continuano a verificarsi gravi incidenti dovuti alle radiazioni. Ad esempio, tra il 285 e il 1945 sono stati segnalati in vari paesi circa 1987 incidenti ai reattori nucleari (escluso l'incidente di Chernobyl), che hanno irradiato più di 1,350 persone, 33 delle quali mortalmente (Lushbaugh, Fry e Ricks 1987). Il solo incidente di Chernobyl ha rilasciato abbastanza materiale radioattivo da richiedere l'evacuazione di decine di migliaia di persone e animali da fattoria dall'area circostante, e ha causato malattie da radiazioni e ustioni in più di 200 tra personale di emergenza e vigili del fuoco, ferendone 31 mortalmente (UNSCEAR 1988 ). Gli effetti sulla salute a lungo termine del materiale radioattivo rilasciato non possono essere previsti con certezza, ma le stime dei conseguenti rischi di effetti cancerogeni, basate su modelli di dose-incidenza senza soglia (discussi di seguito), implicano che possono verificarsi fino a 30,000 ulteriori decessi per cancro in la popolazione dell'emisfero settentrionale durante i successivi 70 anni a seguito dell'incidente, anche se è probabile che i tumori aggiuntivi in un dato paese siano troppo pochi per essere rilevabili epidemiologicamente (USDOE 1987).
Meno catastrofici, ma molto più numerosi, degli incidenti ai reattori sono stati gli incidenti che hanno coinvolto sorgenti di raggi gamma mediche e industriali, che hanno anche causato feriti e perdite di vite umane. Ad esempio, lo smaltimento improprio di una fonte di radioterapia al cesio-137 a Goiânia, in Brasile, nel 1987, ha provocato l'irradiazione di dozzine di vittime ignare, quattro delle quali mortali (UNSCEAR 1993).
Una discussione completa delle lesioni da radiazioni va oltre lo scopo di questa revisione, ma le reazioni acute dei tessuti più radiosensibili sono di interesse diffuso e sono, pertanto, descritte brevemente nelle sezioni seguenti.
Pelle. Le cellule nello strato germinale dell'epidermide sono altamente radiosensibili. Di conseguenza, una rapida esposizione della pelle a una dose di 6 Sv o più provoca eritema (arrossamento) nell'area esposta, che compare entro un giorno circa, dura in genere alcune ore ed è seguito da due a quattro settimane dopo da una o più ondate di eritema più profonde e prolungate, nonché per epilazione (perdita di capelli). Se la dose supera i 10-20 Sv, entro 1984-XNUMX settimane possono insorgere vesciche, necrosi e ulcerazioni, seguite da fibrosi del derma e della vascolarizzazione sottostanti, che possono portare ad atrofia e a una seconda ondata di ulcerazioni mesi o anni dopo (ICRP XNUMX ).
Midollo osseo e tessuto linfoide. I linfociti sono anche altamente radiosensibili; una dose da 2 a 3 Sv somministrata rapidamente a tutto il corpo può ucciderne abbastanza da deprimere la conta dei linfociti periferici e compromettere la risposta immunitaria in poche ore (UNSCEAR 1988). Le cellule emopoietiche nel midollo osseo sono similmente radiosensibili e sono sufficientemente impoverite da una dose comparabile da causare granulocitopenia e trombocitopenia entro tre-cinque settimane. Tali riduzioni della conta dei granulociti e delle piastrine possono essere abbastanza gravi dopo una dose maggiore da provocare emorragia o infezione fatale (tabella 3).
Tabella 3. Principali forme e caratteristiche della sindrome acuta da radiazioni
Tempo dopo |
Forma cerebrale |
Gastro- |
Forma emopoietica |
Forma polmonare |
Il primo giorno |
nausea |
nausea |
nausea |
nausea |
Seconda settimana |
nausea |
|||
Dal terzo al sesto |
debolezza |
|||
Dal secondo all'ottavo |
tosse |
Fonte: UNSCEAR 1988.
Intestino. Anche le cellule staminali nell'epitelio che riveste l'intestino tenue sono estremamente radiosensibili, l'esposizione acuta a 10 Sv riduce il loro numero a sufficienza da causare la denudazione dei villi intestinali sovrastanti in pochi giorni (ICRP 1984; UNSCEAR 1988). La denudazione di un'ampia area della mucosa può provocare una sindrome simile alla dissenteria fulminante e rapidamente fatale (tabella 3).
gonadi. Gli spermatozoi maturi possono sopravvivere a dosi elevate (100 Sv), ma gli spermatogoni sono così radiosensibili che appena 0.15 Sv erogati rapidamente a entrambi i testicoli sono sufficienti a causare oligospermia e una dose da 2 a 4 Sv può causare sterilità permanente. Gli ovociti, allo stesso modo, sono radiosensibili, una dose da 1.5 a 2.0 Sv erogata rapidamente a entrambe le ovaie causando sterilità temporanea, e una dose maggiore, sterilità permanente, a seconda dell'età della donna al momento dell'esposizione (ICRP 1984).
Vie respiratorie. Il polmone non è altamente radiosensibile, ma una rapida esposizione a una dose da 6 a 10 Sv può causare lo sviluppo di polmonite acuta nell'area esposta entro uno o tre mesi. Se è interessato un grande volume di tessuto polmonare, il processo può causare insufficienza respiratoria entro poche settimane o può portare a fibrosi polmonare e cuore polmonare mesi o anni dopo (ICRP 1984; UNSCEAR 1988).
Lente dell'occhio. Le cellule dell'epitelio anteriore del cristallino, che continuano a dividersi per tutta la vita, sono relativamente radiosensibili. Di conseguenza, una rapida esposizione del cristallino a una dose superiore a 1 Sv può portare in pochi mesi alla formazione di una microscopica opacità polare posteriore; e da 2 a 3 Sv ricevuti in una singola breve esposizione - o da 5.5 a 14 Sv accumulati in un periodo di mesi - possono produrre una cataratta che compromette la vista (ICRP 1984).
Altri tessuti. Rispetto ai tessuti sopra menzionati, altri tessuti del corpo sono generalmente sensibilmente meno radiosensibili (ad esempio, tabella 2); tuttavia, l'embrione costituisce un'eccezione notevole, come discusso di seguito. Degno di nota è anche il fatto che la radiosensibilità di ogni tessuto aumenta quando si trova in uno stato di rapida crescita (ICRP 1984).
Lesione da radiazioni su tutto il corpo. La rapida esposizione di una parte importante del corpo a una dose superiore a 1 Gy può causare il sindrome acuta da radiazioni. Questa sindrome include: (1) uno stadio prodromico iniziale, caratterizzato da malessere, anoressia, nausea e vomito, (2) un successivo periodo di latenza, (3) una seconda fase (principale) della malattia e (4) infine, guarigione o morte (tabella 3). La fase principale della malattia assume tipicamente una delle seguenti forme, a seconda del luogo predominante del danno da radiazioni: (1) ematologica, (2) gastro-intestinale, (3) cerebrale o (4) polmonare (tabella 3).
Lesioni da radiazioni localizzate. A differenza delle manifestazioni cliniche del danno acuto da radiazioni su tutto il corpo, che tipicamente sono drammatiche e tempestive, la reazione all'irradiazione nettamente localizzata, sia da una fonte di radiazioni esterna che da un radionuclide depositato internamente, tende ad evolversi lentamente e a produrre pochi sintomi o segni a meno che il volume di tessuto irradiato e/o la dose non siano relativamente grandi (per esempio, tabella 3).
Effetti dei radionuclidi. Alcuni radionuclidi, ad esempio il trizio (3H), carbonio-14 (14C) e cesio-137 (137Cs) - tendono a distribuirsi sistemicamente e ad irradiare l'intero organismo, mentre altri radionuclidi sono caratteristicamente captati e concentrati in organi specifici, producendo lesioni corrispondentemente localizzate. Radio (Ra) e stronzio-90
(90Sr), per esempio, sono depositati prevalentemente nelle ossa e quindi danneggiano principalmente i tessuti scheletrici, mentre lo iodio radioattivo si concentra nella ghiandola tiroidea, il sito principale di qualsiasi lesione risultante (Stannard 1988; Mettler e Upton 1995).
Effetti cancerogeni
Caratteristiche generali. La cancerogenicità delle radiazioni ionizzanti, manifestata per la prima volta all'inizio di questo secolo dall'insorgenza di tumori della pelle e leucemie nei lavoratori pionieri delle radiazioni (Upton 1986), è stata da allora ampiamente documentata da eccessi dose-dipendenti di molti tipi di neoplasie nei pittori radio-quadranti, minatori sotterranei di roccia dura, sopravvissuti alla bomba atomica, pazienti sottoposti a radioterapia e animali da laboratorio irradiati sperimentalmente (Upton 1986; NAS 1990).
Le escrescenze benigne e maligne indotte dall'irradiazione richiedono tipicamente anni o decenni per comparire e non presentano caratteristiche note che le permettano di distinguerle da quelle prodotte da altre cause. Con poche eccezioni, inoltre, la loro induzione è stata rilevabile solo dopo dosi equivalenti relativamente elevate (0.5 Sv), ed è variata con il tipo di neoplasia, l'età e il sesso degli esposti (NAS 1990).
meccanismi. I meccanismi molecolari della carcinogenesi da radiazioni restano da chiarire in dettaglio, ma negli animali da laboratorio e nelle cellule in coltura è stato osservato che gli effetti cancerogeni delle radiazioni includono effetti di inizio, effetti promotori ed effetti sulla progressione della neoplasia, a seconda delle condizioni sperimentali in domanda (NAS 1990). Gli effetti sembrano anche coinvolgere l'attivazione di oncogeni e/o l'inattivazione o la perdita di geni oncosoppressori in molti, se non tutti, i casi. Inoltre, gli effetti cancerogeni delle radiazioni assomigliano a quelli dei cancerogeni chimici in quanto modificabili in modo simile da ormoni, variabili nutrizionali e altri fattori modificanti (NAS 1990). È degno di nota, inoltre, che gli effetti delle radiazioni possono essere additivi, sinergici o reciprocamente antagonisti con quelli dei cancerogeni chimici, a seconda delle specifiche sostanze chimiche e delle condizioni di esposizione in questione (UNSCEAR 1982 e 1986).
Relazione dose-effetto. I dati esistenti non sono sufficienti per descrivere in modo univoco la relazione dose-incidenza per qualsiasi tipo di neoplasia o per definire per quanto tempo dopo l'irradiazione il rischio di crescita può rimanere elevato in una popolazione esposta. Eventuali rischi attribuibili all'irradiazione di basso livello possono, quindi, essere stimati solo per estrapolazione, sulla base di modelli che incorporano ipotesi su tali parametri (NAS 1990). Dei vari modelli dose-effetto che sono stati utilizzati per stimare i rischi dell'irradiazione di basso livello, quello che si è ritenuto fornire il miglior adattamento ai dati disponibili è della forma:
where R0 denota il rischio di base specifico per l'età di morte per un tipo specifico di cancro, D la dose di radiazioni, f(RE) una funzione della dose che è lineare-quadratica per la leucemia e lineare per alcuni altri tipi di cancro, e sol(b) è una funzione di rischio dipendente da altri parametri, quali sesso, età all'esposizione e tempo dopo l'esposizione (NAS 1990).
Modelli senza soglia di questo tipo sono stati applicati ai dati epidemiologici dei sopravvissuti giapponesi alla bomba atomica e ad altre popolazioni irradiate per ricavare stime dei rischi nel corso della vita di diverse forme di cancro indotto da radiazioni (ad esempio, tabella 4). Tali stime devono essere interpretate con cautela, tuttavia, nel tentativo di prevedere i rischi di cancro attribuibili a piccole dosi o dosi accumulate nel corso di settimane, mesi o anni, dal momento che esperimenti con animali da laboratorio hanno dimostrato la potenza cancerogena dei raggi X e dei raggi gamma essere ridotto anche di un ordine di grandezza quando l'esposizione è molto prolungata. Infatti, come è stato sottolineato altrove (NAS 1990), i dati disponibili non escludono la possibilità che ci possa essere una soglia nell'intervallo di dose equivalente in millisievert (mSv), al di sotto della quale la radiazione può mancare di cancerogenicità.
Tabella 4. Rischi stimati di cancro nel corso della vita attribuibili all'irradiazione rapida di 0.1 Sv
Tipo o sede del cancro |
Morti per cancro in eccesso ogni 100,000 abitanti |
|
(NO.) |
(%)* |
|
Stomaco |
110 |
18 |
Polmone |
85 |
3 |
Colon |
85 |
5 |
Leucemia (esclusa LLC) |
50 |
10 |
Vescica urinaria |
30 |
5 |
Esofago |
30 |
10 |
Seno |
20 |
1 |
Fegato |
15 |
8 |
gonadi |
10 |
2 |
Tiroide |
8 |
8 |
Osteosarcoma |
5 |
5 |
Pelle |
2 |
2 |
Resto |
50 |
1 |
Totale |
500 |
2 |
* Aumento percentuale dell'aspettativa di "fondo" per una popolazione non irradiata.
Fonte: ICRP 1991.
È inoltre degno di nota il fatto che le stime tabulate si basano sulle medie della popolazione e non sono necessariamente applicabili a un determinato individuo; cioè, la suscettibilità a certi tipi di cancro (per esempio, tumori della tiroide e della mammella) è sostanzialmente più alta nei bambini che negli adulti, e la suscettibilità a certi tumori è aumentata anche in associazione con alcune malattie ereditarie, come il retinoblastoma e il nevoide sindrome da carcinoma basocellulare (UNSCEAR 1988, 1994; NAS 1990). Nonostante tali differenze di suscettibilità, le stime basate sulla popolazione sono state proposte per l'uso nei casi di risarcimento come base per valutare la probabilità che un cancro insorto in una persona precedentemente irradiata possa essere stato causato dall'esposizione in questione (NIH 1985).
Valutazione del rischio a basso dosaggio. Gli studi epidemiologici per accertare se i rischi di cancro derivanti da un'esposizione di basso livello alle radiazioni variano effettivamente con la dose nel modo previsto dalle stime di cui sopra sono stati finora inconcludenti. Le popolazioni che risiedono in aree con elevati livelli naturali di radiazione di fondo non manifestano aumenti sicuramente attribuibili nei tassi di cancro (NAS 1990; UNSCEAR 1994); al contrario, alcuni studi hanno persino suggerito una relazione inversa tra livelli di radiazione di fondo e tassi di cancro, che è stata interpretata da alcuni osservatori come prova dell'esistenza di effetti benefici (o ormetici) dell'irradiazione di basso livello, in linea con le risposte adattative di alcuni sistemi cellulari (UNSCEAR 1994). La relazione inversa è di significato discutibile, tuttavia, poiché non è persistita dopo aver controllato gli effetti delle variabili confondenti (NAS 1990). Allo stesso modo, negli odierni lavoratori delle radiazioni - ad eccezione di alcune coorti di minatori sotterranei di hardrock (NAS 1994; Lubin, Boice e Edling 1994) - i tassi di tumori diversi dalla leucemia non sono più rilevabili (UNSCEAR 1994), grazie ai progressi nella protezione dalle radiazioni; inoltre, i tassi di leucemia in tali lavoratori sono coerenti con le stime sopra riportate (IARC 1994). In sintesi, quindi, i dati attualmente disponibili sono coerenti con le stime tabulate sopra (tabella 4), le quali implicano che meno del 3% dei tumori nella popolazione generale sono attribuibili alle radiazioni naturali di fondo (NAS 1990; IARC 1994), sebbene fino al 10% dei tumori polmonari può essere attribuito al radon indoor (NAS 1990; Lubin, Boice e Edling 1994).
È stato osservato che alti livelli di ricaduta radioattiva da un test sulle armi termonucleari a Bikini nel 1954 causano un aumento dose-dipendente nella frequenza del cancro alla tiroide negli abitanti delle Isole Marshall che hanno ricevuto grandi dosi alla ghiandola tiroidea durante l'infanzia (Robbins e Adams 1989). Allo stesso modo, i bambini che vivono in aree della Bielorussia e dell'Ucraina contaminate dai radionuclidi rilasciati dall'incidente di Chernobyl hanno mostrato un'aumentata incidenza di cancro alla tiroide (Prisyazhuik, Pjatak e Buzanov 1991; Kasakov, Demidchik e Astakhova 1992), ma i risultati sono in contrasto con quelli dell'International Chernobyl Project, che non ha riscontrato un eccesso di noduli tiroidei benigni o maligni nei bambini che vivono nelle aree più fortemente contaminate intorno a Chernobyl (Mettler, Williamson e Royal 1992). Resta da determinare la base della discrepanza e se gli eccessi segnalati possano essere il risultato della sola intensificazione della sorveglianza. A questo proposito, è degno di nota il fatto che i bambini dello Utah e del Nevada sud-occidentali che sono stati esposti al fallout dei test sulle armi nucleari in Nevada durante gli anni '1950 hanno mostrato un aumento della frequenza di qualsiasi tipo di cancro alla tiroide (Kerber et al. 1993), e la prevalenza della leucemia acuta sembra essere stata elevata in tali bambini morti tra il 1952 e il 1957, il periodo di maggiore esposizione al fallout (Stevens et al. 1990).
È stata anche suggerita la possibilità che gli eccessi di leucemia tra i bambini residenti in prossimità di centrali nucleari nel Regno Unito possano essere stati causati dalla radioattività rilasciata dalle centrali. Tuttavia, si stima che le emissioni abbiano aumentato la dose totale di radiazioni per tali bambini di meno del 2%, da cui si deduce che sono più probabili altre spiegazioni (Doll, Evans e Darby 1994). Un'eziologia inefficace per i cluster osservati di leucemia è implicata dall'esistenza di eccessi comparabili di leucemia infantile in siti nel Regno Unito che mancano di strutture nucleari ma che per il resto assomigliano a siti nucleari per aver sperimentato analogamente grandi afflussi di popolazione in tempi recenti (Kinlen 1988; Doll , Evans e Darby 1994). Un'altra ipotesi - e cioè che le leucemie in questione possano essere state causate dall'irradiazione professionale dei padri dei bambini affetti - è stata anche suggerita dai risultati di uno studio caso-controllo (Gardner et al. 1990), ma questa ipotesi è generalmente scontato per motivi discussi nella sezione a seguire.
Effetti ereditabili
Gli effetti ereditari dell'irradiazione, sebbene ben documentati in altri organismi, devono ancora essere osservati nell'uomo. Ad esempio, uno studio intensivo su più di 76,000 bambini sopravvissuti alla bomba atomica giapponese, condotto nell'arco di quattro decenni, non è riuscito a rivelare alcun effetto ereditario delle radiazioni in questa popolazione, come misurato da esiti avversi della gravidanza, morti neonatali, tumori maligni, riarrangiamenti cromosomici, aneuploidia dei cromosomi sessuali, alterazioni dei fenotipi delle proteine sieriche o eritrocitarie, variazioni del rapporto tra i sessi o disturbi della crescita e dello sviluppo (Neel, Schull e Awa 1990). Di conseguenza, le stime dei rischi degli effetti ereditari delle radiazioni devono basarsi in gran parte sull'estrapolazione dai risultati nei topi di laboratorio e altri animali da esperimento (NAS 1990; UNSCEAR 1993).
Dai dati sperimentali ed epidemiologici disponibili, si deduce che la dose richiesta per raddoppiare il tasso di mutazioni ereditarie nelle cellule germinali umane deve essere almeno 1.0 Sv (NAS 1990; UNSCEAR 1993). Su questa base, si stima che meno dell'1% di tutte le malattie geneticamente determinate nella popolazione umana possa essere attribuito all'irradiazione di fondo naturale (tabella 5).
Tabella 5. Frequenze stimate di disturbi ereditari attribuibili all'irradiazione ionizzante di fondo naturale
Tipo di disturbo |
Prevalenza naturale |
Contributo da sfondo naturale |
|
Prima generazione |
equilibrio |
||
Autosomico |
180,000 |
20-100 |
300 |
Legato all'X |
400 |
<1 |
<15 |
recessivo |
2,500 |
<1 |
aumento molto lento |
cromosomica |
4,400 |
<20 |
aumento molto lento |
Congenita |
20,000-30,000 |
30 |
30-300 |
Altri disturbi di eziologia complessa: |
|||
Malattia del cuore |
600,000 |
non stimato4 |
non stimato4 |
Cancro |
300,000 |
non stimato4 |
non stimato4 |
Altri selezionati |
300,000 |
non stimato4 |
non stimato4 |
1 Equivalente a » 1 mSv all'anno o » 30 mSv per generazione (30 anni).
2 Valori arrotondati.
3 Dopo centinaia di generazioni, l'aggiunta di mutazioni sfavorevoli indotte dalle radiazioni alla fine viene bilanciata dalla loro perdita dalla popolazione, determinando un "equilibrio" genetico.
4 Mancano stime quantitative del rischio a causa dell'incertezza sulla componente mutazionale della/e malattia/e indicata/e.
Fonte: Consiglio Nazionale delle Ricerche 1990.
L'ipotesi che l'eccesso di leucemia e linfoma non-Hodgkin nei giovani residenti nel villaggio di Seascale derivi da effetti oncogeni ereditari causati dall'irradiazione professionale dei padri dei bambini presso l'impianto nucleare di Sellafield è stata suggerita dai risultati di un caso- studio di controllo (Gardner et al. 1990), come indicato sopra. Gli argomenti contro questa ipotesi, tuttavia, sono:
A conti fatti, quindi, i dati disponibili non supportano l'ipotesi dell'irradiazione gonadica paterna (Doll, Evans e Darby 1994; Little, Charles e Wakeford 1995).
Effetti dell'irradiazione prenatale
La radiosensibilità è relativamente elevata per tutta la vita prenatale, ma gli effetti di una data dose variano notevolmente, a seconda dello stadio di sviluppo dell'embrione o del feto al momento dell'esposizione (UNSCEAR 1986). Durante il periodo preimpianto, l'embrione è più suscettibile all'uccisione per irradiazione, mentre durante le fasi critiche dell'organogenesi è suscettibile all'induzione di malformazioni e altri disturbi dello sviluppo (tabella 6). Questi ultimi effetti sono drammaticamente esemplificati dall'aumento dose-dipendente della frequenza del ritardo mentale grave (figura 6) e dalla diminuzione dose-dipendente dei punteggi dei test del QI nei sopravvissuti alla bomba atomica che sono stati esposti tra l'ottava e la quindicesima settimana (e, in misura minore, tra la sedicesima e la venticinquesima settimana) (UNSCEAR 1986 e 1993).
Tabella 6. Principali anomalie dello sviluppo prodotte dall'irradiazione prenatale
Cervello |
||
Anencefalia |
Porencefalia |
Microcefalia* |
Encefalocele |
Mongolismo* |
Midollo ridotto |
Atrofia cerebrale |
Ritardo mentale* |
Neuroblastoma |
Acquedotto stretto |
Idrocefalo* |
Dilatazione dei ventricoli* |
Anomalie del midollo spinale* |
Anomalie dei nervi cranici |
|
Occhi |
||
Anoftalmia |
Microftalmia* |
Microcornie* |
Coloboma* |
Iride deformata |
Assenza di lente |
Assenza di retina |
Palpebre aperte |
Strabismo* |
Nistagmo* |
Retinoblastoma |
Ipermetropia |
Glaucoma |
Cataratta* |
Cecità |
Corioretinite* |
Albinismo parziale |
Anchiloblefaron |
Scheletro |
||
Arresto generale |
Dimensioni ridotte del cranio |
Deformità del cranio* |
Difetti di ossificazione della testa* |
Cranio a volta |
Testa stretta |
Vesciche craniche |
Palatoschisi* |
Torace a imbuto |
Lussazione dell'anca |
Spina bifida |
Coda deformata |
Piedi deformi |
Piede equino* |
Anomalie digitali* |
Calcaneo valgo |
Odontogenesi imperfetta* |
Esostosi tibiale |
Amelanogenesi* |
Necrosi scleratomica |
|
Miscellanea |
||
Sito inverso |
idronefrosi |
Idrouretere |
Idrocele |
Assenza di rene |
Anomalie gonadiche* |
Cardiopatia congenita |
Deformità facciali |
Disturbi ipofisari |
Deformità delle orecchie |
Disturbi motori |
Necrosi dermatomerica |
Necrosi miotomica |
Anomalie della pigmentazione cutanea |
* Queste anomalie sono state osservate negli esseri umani esposti nel periodo prenatale a grandi dosi di radiazioni e sono state quindi provvisoriamente attribuite all'irradiazione.
Fonte: Brill e Forgotson 1964.
Anche la suscettibilità agli effetti cancerogeni delle radiazioni sembra essere relativamente alta durante tutto il periodo prenatale, a giudicare dall'associazione tra cancro infantile (inclusa la leucemia) ed esposizione prenatale a raggi X diagnostici riportati in studi caso-controllo (NAS 1990). I risultati di tali studi implicano che l'irradiazione prenatale può causare un aumento del 4,000% per Sv nel rischio di leucemia e altri tumori infantili (UNSCEAR 1986; NAS 1990), che è un aumento molto maggiore di quello attribuibile all'irradiazione postnatale (UNSCEAR 1988; NAS 1990). Sebbene, paradossalmente, non sia stato registrato alcun eccesso di cancro infantile nei sopravvissuti alla bomba atomica irradiati prima della nascita (Yoshimoto et al. 1990), come notato sopra, c'erano troppo pochi sopravvissuti per escludere un eccesso della grandezza in questione.
Figura 6. La frequenza del ritardo mentale grave in relazione alla dose di radiazioni nei sopravvissuti alla bomba atomica irradiati per via prenatale
Sintesi e conclusioni
Gli effetti negativi delle radiazioni ionizzanti sulla salute umana sono molto diversi e vanno da lesioni rapidamente mortali a tumori, difetti alla nascita e malattie ereditarie che compaiono mesi, anni o decenni dopo. La natura, la frequenza e la gravità degli effetti dipendono dalla qualità della radiazione in questione, nonché dalla dose e dalle condizioni di esposizione. La maggior parte di tali effetti richiede livelli di esposizione relativamente elevati e pertanto si riscontrano solo nelle vittime di incidenti, nei pazienti sottoposti a radioterapia o in altre persone fortemente irradiate. Si presume invece che gli effetti genotossici e cancerogeni delle radiazioni ionizzanti aumentino di frequenza come funzioni lineari non soglia della dose; quindi, sebbene non si possa escludere l'esistenza di soglie per questi effetti, si presume che la loro frequenza aumenti con qualsiasi livello di esposizione. Per la maggior parte degli effetti delle radiazioni, la sensibilità delle cellule esposte varia con il loro tasso di proliferazione e inversamente con il loro grado di differenziazione, essendo l'embrione e il bambino in crescita particolarmente vulnerabili alle lesioni.
Tipi di radiazioni ionizzanti
particelle alfa
Una particella alfa è un insieme strettamente legato di due protoni e due neutroni. È identico a un elio-4 (4lui) nucleo. In effetti, il suo destino finale dopo aver perso la maggior parte della sua energia cinetica è quello di catturare due elettroni e diventare un atomo di elio.
I radionuclidi che emettono alfa sono generalmente nuclei relativamente massicci. Quasi tutti gli emettitori alfa hanno un numero atomico maggiore o uguale a quello del piombo (82Pb). Quando un nucleo decade emettendo una particella alfa, sia il suo numero atomico (numero di protoni) che il suo numero di neutroni si riducono di due e il suo numero di massa atomica si riduce di quattro. Ad esempio, il decadimento alfa dell'uranio-238 (238U) al torio-234 (234Th) è rappresentato da:
L'apice sinistro è il numero di massa atomica (numero di protoni più neutroni), il pedice sinistro è il numero atomico (numero di protoni) e il pedice destro è il numero di neutroni.
I comuni emettitori alfa emettono particelle alfa con energie cinetiche comprese tra circa 4 e 5.5 MeV. Tali particelle alfa hanno una portata in aria non superiore a circa 5 cm (vedi figura 1). Sono necessarie particelle alfa con un'energia di almeno 7.5 MeV per penetrare nell'epidermide (lo strato protettivo della pelle, spesso 0.07 mm). Gli emettitori alfa generalmente non rappresentano un pericolo di radiazioni esterne. Sono pericolosi solo se assunti all'interno del corpo. Poiché depositano la loro energia a breve distanza, le particelle alfa sono radiazioni ad alto trasferimento lineare di energia (LET) e hanno un elevato fattore di ponderazione della radiazione; tipicamente, w R= 20.
Figura 1. Radiazione a portata di energia di particelle alfa lente nell'aria a 15 e 760 m
Particelle beta
Una particella beta è un elettrone o un positrone altamente energetico. (Un positrone è l'antiparticella dell'elettrone. Ha la stessa massa e la maggior parte delle altre proprietà di un elettrone tranne che per la sua carica, che è esattamente della stessa grandezza di quella di un elettrone ma è positiva.) I radionuclidi beta-emittenti possono avere un peso atomico alto o basso.
I radionuclidi che hanno un eccesso di protoni rispetto ai nuclidi stabili di circa lo stesso numero di massa atomica possono decadere quando un protone nel nucleo si converte in un neutrone. Quando ciò accade, il nucleo emette un positrone e una particella estremamente leggera e molto non interagente chiamata neutrino. (Il neutrino e la sua antiparticella non hanno alcun interesse per la protezione dalle radiazioni.) Quando ha ceduto la maggior parte della sua energia cinetica, il positrone alla fine collide con un elettrone ed entrambi vengono annichilati. La radiazione di annichilazione prodotta è quasi sempre costituita da due fotoni da 0.511 keV (chiloelettronvolt) che viaggiano in direzioni distanti 180 gradi. Un tipico decadimento del positrone è rappresentato da:
dove il positrone è rappresentato da β+ e il neutrino di n. Si noti che il nuclide risultante ha lo stesso numero di massa atomica del nuclide genitore e un numero atomico (protone) maggiore di uno e un numero di neutroni minore di uno rispetto a quelli del nuclide originale.
La cattura elettronica compete con il decadimento del positrone. Nel decadimento per cattura elettronica, il nucleo assorbe un elettrone orbitale ed emette un neutrino. Un tipico decadimento per cattura elettronica è dato da:
La cattura elettronica è sempre possibile quando il nucleo risultante ha un'energia totale inferiore a quella del nucleo iniziale. Tuttavia, il decadimento del positrone richiede che l'energia totale dell'iniziale atomo è maggiore di quello risultante atomo di oltre 1.02 MeV (il doppio dell'energia di massa a riposo del positrone).
Simile al decadimento di cattura di elettroni e positroni, il negatrone (β-) il decadimento si verifica per i nuclei che hanno un eccesso di neutroni rispetto ai nuclei stabili di circa lo stesso numero di massa atomica. In questo caso il nucleo emette un negatrone (elettrone energetico) e un antineutrino. Un tipico decadimento del negatron è rappresentato da:
dove il negatron è rappresentato da β- e l'antineutrino by`n Qui il nucleo risultante guadagna un neutrone a spese di un protone ma ancora una volta non cambia il suo numero di massa atomica.
Il decadimento alfa è una reazione a due corpi, quindi le particelle alfa vengono emesse con energie cinetiche discrete. Tuttavia, il decadimento beta è una reazione a tre corpi, quindi le particelle beta vengono emesse su uno spettro di energie. L'energia massima nello spettro dipende dal radionuclide in decadimento. L'energia beta media nello spettro è circa un terzo dell'energia massima (vedi figura 2).
Figura 2. Spettro energetico dei negatroni emessi da 32P
Le energie beta massime tipiche vanno da 18.6 keV per il trizio (3H) a 1.71 MeV per il fosforo-32 (32P).
La portata delle particelle beta nell'aria è di circa 3.65 m per MeV di energia cinetica. Per penetrare nell'epidermide sono necessarie particelle beta di almeno 70 keV di energia. Le particelle beta sono radiazioni a basso LET.
Radiazione gamma
La radiazione gamma è la radiazione elettromagnetica emessa da un nucleo quando subisce una transizione da uno stato energetico superiore a uno inferiore. Il numero di protoni e neutroni nel nucleo non cambia in tale transizione. Il nucleo potrebbe essere stato lasciato nello stato di energia superiore a seguito di un precedente decadimento alfa o beta. Cioè, i raggi gamma vengono spesso emessi immediatamente dopo i decadimenti alfa o beta. I raggi gamma possono anche derivare dalla cattura di neutroni e dalla diffusione anelastica di particelle subatomiche da parte dei nuclei. I raggi gamma più energetici sono stati osservati nei raggi cosmici.
La Figura 3 è un'immagine dello schema di decadimento per il cobalto-60 (60Co). Mostra una cascata di due raggi gamma emessi in nichel-60 (60Ni) con energie di 1.17 MeV e 1.33 MeV dopo il decadimento beta di 60Co.
Figura 3. Schema di decadimento radioattivo per 60Co
La Figura 4 è un'immagine dello schema di decadimento per il molibdeno-99 (99Mo). Si noti che il risultante tecnezio-99 (99Il nucleo Tc) ha uno stato eccitato che dura per un tempo eccezionalmente lungo (t½ = 6 ore). Un tale nucleo eccitato è chiamato an isomero. La maggior parte degli stati nucleari eccitati ha un'emivita compresa tra pochi picosecondi (ps) e 1 microsecondo (μs).
Figura 4. Schema di decadimento radioattivo per 99Mo
La figura 5 è un'immagine dello schema di decadimento dell'arsenico-74 (74Come). Illustra che alcuni radionuclidi decadono in più di un modo.
Figura 5. Schema di decadimento radioattivo per 74Come, illustrando processi concorrenti di emissione di negatroni, emissione di positroni e cattura di elettroni (m0 è la massa a riposo dell'elettrone)
Mentre le particelle alfa e beta hanno intervalli definiti nella materia, i raggi gamma vengono attenuati in modo esponenziale (ignorando l'accumulo che risulta dalla dispersione all'interno di un materiale) mentre attraversano la materia. Quando l'accumulo può essere ignorato, l'attenuazione dei raggi gamma è data da:
where io(x) è l'intensità dei raggi gamma in funzione della distanza x nel materiale e μ è il coefficiente di attenuazione di massa. Il coefficiente di attenuazione di massa dipende dall'energia dei raggi gamma e dal materiale con cui i raggi gamma interagiscono. I valori del coefficiente di attenuazione di massa sono tabulati in molti riferimenti. La figura 6 mostra l'assorbimento dei raggi gamma nella materia in condizioni di buona geometria (l'accumulo può essere ignorato).
Figura 6. Attenuazione dei raggi gamma a 667 keV in Al e Pb in condizioni di buona geometria (la linea tratteggiata rappresenta l'attenuazione di un fascio di fotoni polienergetico)
L'accumulo si verifica quando un ampio raggio di raggi gamma interagisce con la materia. L'intensità misurata nei punti all'interno del materiale è aumentata rispetto al valore previsto di "buona geometria" (raggio stretto) a causa dei raggi gamma diffusi dai lati del raggio diretto nel dispositivo di misurazione. Il grado di accumulo dipende dalla geometria del raggio, dal materiale e dall'energia dei raggi gamma.
La conversione interna compete con l'emissione gamma quando un nucleo si trasforma da uno stato energetico superiore a uno inferiore. Nella conversione interna, un elettrone orbitale interno viene espulso dall'atomo invece del nucleo che emette un raggio gamma. L'elettrone espulso si ionizza direttamente. Quando gli elettroni orbitali esterni scendono a livelli di energia elettronica inferiori per riempire il posto vacante lasciato dall'elettrone espulso, l'atomo emette raggi x. La probabilità di conversione interna relativa alla probabilità di emissione gamma aumenta con l'aumentare del numero atomico.
Raggi X
I raggi X sono radiazioni elettromagnetiche e, come tali, sono identici ai raggi gamma. La distinzione tra raggi X e raggi gamma è la loro origine. Mentre i raggi gamma hanno origine nel nucleo atomico, i raggi x derivano dalle interazioni degli elettroni. Sebbene i raggi X abbiano spesso energie inferiori rispetto ai raggi gamma, questo non è un criterio per differenziarli. È possibile produrre raggi X con energie molto superiori ai raggi gamma derivanti dal decadimento radioattivo.
La conversione interna, discussa sopra, è un metodo di produzione di raggi X. In questo caso, i raggi x risultanti hanno energie discrete pari alla differenza dei livelli di energia tra i quali transitano gli elettroni orbitali.
Le particelle cariche emettono radiazioni elettromagnetiche ogni volta che vengono accelerate o decelerate. La quantità di radiazione emessa è inversamente proporzionale alla quarta potenza della massa della particella. Di conseguenza, gli elettroni emettono molta più radiazione x rispetto a particelle più pesanti come i protoni, a parità di tutte le altre condizioni. I sistemi a raggi X producono raggi X accelerando gli elettroni attraverso una grande differenza di potenziale elettrico di molti kV o MV. Gli elettroni vengono quindi rapidamente decelerati in un materiale denso e resistente al calore, come il tungsteno (W).
I raggi X emessi da tali sistemi hanno energie distribuite su uno spettro che va da circa zero fino alla massima energia cinetica posseduta dagli elettroni prima della decelerazione. Spesso sovrapposti a questo spettro continuo vi sono raggi X di energia discreta. Sono prodotti quando gli elettroni in decelerazione ionizzano il materiale bersaglio. Mentre altri elettroni orbitali si muovono per riempire i posti vacanti lasciati dopo la ionizzazione, emettono raggi X di energie discrete simili al modo in cui i raggi X vengono emessi dopo la conversione interna. Sono chiamati caratteristica raggi x perché sono caratteristici del materiale bersaglio (anodo). Vedere la figura 7 per un tipico spettro di raggi X. La Figura 8 mostra un tipico tubo a raggi X.
Figura 7. Spettro di raggi X che illustra il contributo dei raggi X caratteristici prodotti quando gli elettroni riempiono i buchi nel guscio K di W (la lunghezza d'onda dei raggi X è inversamente proporzionale alla loro energia)
I raggi X interagiscono con la materia allo stesso modo dei raggi gamma, ma una semplice equazione di attenuazione esponenziale non descrive adeguatamente l'attenuazione dei raggi X con una gamma continua di energie (vedi figura 6). Tuttavia, poiché i raggi X di energia inferiore vengono rimossi più rapidamente dal raggio rispetto ai raggi X di energia più elevata mentre attraversano il materiale, la descrizione dell'attenuazione si avvicina a una funzione esponenziale.
Figura 8. Un tubo a raggi X semplificato con un anodo fisso e un filamento riscaldato
neutroni
Generalmente, i neutroni non vengono emessi come risultato diretto del decadimento radioattivo naturale. Sono prodotti durante le reazioni nucleari. I reattori nucleari producono neutroni nella massima abbondanza, ma anche gli acceleratori di particelle e speciali sorgenti di neutroni, chiamate sorgenti (α, n), possono produrre neutroni.
I reattori nucleari producono neutroni quando i nuclei di uranio (U) nel combustibile nucleare si scindono o si scindono. In effetti, la produzione di neutroni è essenziale per mantenere la fissione nucleare in un reattore.
Gli acceleratori di particelle producono neutroni accelerando particelle cariche, come protoni o elettroni, a energie elevate per bombardare nuclei stabili in un bersaglio. I neutroni sono solo una delle particelle che possono derivare da tali reazioni nucleari. Ad esempio, la seguente reazione produce neutroni in un ciclotrone che sta accelerando gli ioni di deuterio per bombardare un bersaglio di berillio:
Gli emettitori alfa mescolati con il berillio sono sorgenti portatili di neutroni. Queste sorgenti (α, n) producono neutroni attraverso la reazione:
La fonte delle particelle alfa può essere isotopi come il polonio-210 (210Po),
plutonio-239 (239Pu) e americio-241 (241Sono).
I neutroni sono generalmente classificati in base alla loro energia, come illustrato nella tabella 1. Questa classificazione è alquanto arbitraria e può variare in contesti diversi.
Tabella 1. Classificazione dei neutroni in base all'energia cinetica
Tipologia |
Gamma di energia |
Lento o termico |
0-0.1keV |
Intermedio |
0.1-20keV |
Connessione |
20keV-10MeV |
Alta energia |
>10 MegaV |
Esistono numerose modalità possibili di interazione dei neutroni con la materia, ma le due modalità principali ai fini della sicurezza dalle radiazioni sono la diffusione elastica e la cattura dei neutroni.
La diffusione elastica è il mezzo mediante il quale i neutroni di energia più elevata vengono ridotti a energie termiche. I neutroni ad alta energia interagiscono principalmente mediante diffusione elastica e generalmente non causano fissione né producono materiale radioattivo mediante cattura di neutroni. Sono i neutroni termici i principali responsabili di questi ultimi tipi di interazione.
Lo scattering elastico si verifica quando un neutrone interagisce con un nucleo e rimbalza con energia ridotta. Il nucleo che interagisce assorbe l'energia cinetica che il neutrone perde. Dopo essere stato eccitato in questo modo, il nucleo cede presto questa energia sotto forma di radiazione gamma.
Quando il neutrone alla fine raggiunge le energie termiche (cosiddette perché il neutrone è in equilibrio termico con il suo ambiente), viene facilmente catturato dalla maggior parte dei nuclei. I neutroni, non avendo carica, non sono respinti dal nucleo caricato positivamente come lo sono i protoni. Quando un neutrone termico si avvicina a un nucleo e rientra nel campo della forza nucleare forte, dell'ordine di pochi fm (fm = 10-15 metri), il nucleo cattura il neutrone. Il risultato può quindi essere un nucleo radioattivo che emette un fotone o un'altra particella o, nel caso di nuclei fissili come 235U e 239Pu, il nucleo di cattura può scindersi in due nuclei più piccoli e più neutroni.
Le leggi della cinematica indicano che i neutroni raggiungeranno le energie termiche più rapidamente se il mezzo di diffusione elastico include un gran numero di nuclei leggeri. Un neutrone che rimbalza su un nucleo leggero perde una percentuale molto maggiore della sua energia cinetica rispetto a quando rimbalza su un nucleo pesante. Per questo motivo, l'acqua e i materiali idrogenati sono il miglior materiale di schermatura per rallentare i neutroni.
Un fascio monoenergetico di neutroni si attenuerà esponenzialmente nella materia, obbedendo a un'equazione simile a quella data sopra per i fotoni. La probabilità che un neutrone interagisca con un dato nucleo è descritta in termini di quantità sezione trasversale. La sezione trasversale ha unità di area. L'unità speciale per la sezione trasversale è la fienile (b), definito da:
È estremamente difficile produrre neutroni senza accompagnare raggi gamma e x. Si può generalmente presumere che se sono presenti i neutroni, lo siano anche i fotoni ad alta energia.
Fonti di radiazioni ionizzanti
Radionuclidi primordiali
I radionuclidi primordiali sono presenti in natura perché la loro emivita è paragonabile all'età della terra. La tabella 2 elenca i più importanti radionuclidi primordiali.
Tabella 2. Radionuclidi primordiali
Radioisotopo |
Emivita (109 Y) |
Abbondanza (%) |
238U |
4.47 |
99.3 |
232Th |
14.0 |
100 |
235U |
0.704 |
0.720 |
40K |
1.25 |
0.0117 |
87Rb |
48.9 |
27.9 |
Gli isotopi di uranio e torio sono a capo di una lunga catena di radioisotopi discendenti che, di conseguenza, sono anch'essi presenti in natura. La Figura 9, AC, illustra le catene di decadimento per 232Ns, 238U e 235U, rispettivamente. Poiché il decadimento alfa è comune al di sopra del numero di massa atomica 205 e il numero di massa atomica di una particella alfa è 4, ci sono quattro distinte catene di decadimento per i nuclei pesanti. Una di queste catene (vedi figura 9, D), quella per 237Np, non si trova in natura. Questo perché non contiene un radionuclide primordiale (cioè nessun radionuclide in questa catena ha un tempo di dimezzamento paragonabile all'età della terra).
Figura 9. Serie di decadimento (Z = numero atomico; N = numero di massa atomica)
Si noti che gli isotopi del radon (Rn) sono presenti in ogni catena (219Rn, 220Rn e 222Rn). Poiché Rn è un gas, una volta prodotto, Rn ha la possibilità di fuoriuscire nell'atmosfera dalla matrice in cui si è formato. Tuttavia, l'emivita di 219Rn è troppo breve per consentire a quantità significative di esso di raggiungere una zona di respirazione. L'emivita relativamente breve di 220Rn di solito lo rende un rischio per la salute minore rispetto a 222Rn.
Escludendo Rn, i radionuclidi primordiali esterni al corpo erogano in media una dose efficace annua di circa 0.3 mSv alla popolazione umana. La dose efficace annua effettiva varia ampiamente ed è determinata principalmente dalla concentrazione di uranio e torio nel suolo locale. In alcune parti del mondo in cui le sabbie di monazite sono comuni, la dose effettiva annua per un membro della popolazione raggiunge circa 20 mSv. In altri luoghi, come sugli atolli corallini e vicino alle spiagge, il valore può arrivare fino a 0.03 mSv (vedi figura 9).
Il radon è solitamente considerato separatamente dagli altri radionuclidi terrestri presenti in natura. Si diffonde nell'aria dal suolo. Una volta in aria, Rn decade ulteriormente in isotopi radioattivi di Po, bismuto (Bi) e Pb. Questi radionuclidi discendenti si attaccano alle particelle di polvere che possono essere inspirate e intrappolate nei polmoni. Essendo emettitori alfa, forniscono quasi tutta la loro energia di radiazione ai polmoni. Si stima che la dose equivalente polmonare media annua derivante da tale esposizione sia di circa 20 mSv. Questa dose equivalente polmonare è paragonabile a una dose efficace per tutto il corpo di circa 2 mSv. Chiaramente, Rn e la sua progenie radionuclide sono i contributori più significativi alla dose efficace di radiazione di fondo (vedi figura 9).
Raggi cosmici
La radiazione cosmica comprende particelle energetiche di origine extraterrestre che colpiscono l'atmosfera terrestre (principalmente particelle e principalmente protoni). Include anche particelle secondarie; principalmente fotoni, neutroni e muoni, generati dalle interazioni di particelle primarie con i gas nell'atmosfera.
In virtù di queste interazioni, l'atmosfera funge da scudo contro le radiazioni cosmiche, e più sottile è questo scudo, maggiore è il tasso di dose efficace. Pertanto, il tasso di dose efficace dei raggi cosmici aumenta con l'altitudine. Ad esempio, il tasso di dose a un'altitudine di 1,800 metri è circa il doppio di quello al livello del mare.
Poiché la radiazione cosmica primaria consiste principalmente di particelle cariche, è influenzata dal campo magnetico terrestre. Le persone che vivono a latitudini più elevate ricevono dosi efficaci maggiori di radiazioni cosmiche rispetto a quelle più vicine all'equatore terrestre. La variazione dovuta a questo effetto è dell'ordine
del 10%.
Infine, il tasso di dose efficace dei raggi cosmici varia in base alla modulazione dell'emissione dei raggi cosmici del sole. In media, i raggi cosmici contribuiscono per circa 0.3 mSv alla dose efficace di radiazione di fondo per tutto il corpo.
Radionuclidi cosmogenici
I raggi cosmici producono radionuclidi cosmogenici nell'atmosfera. Il più importante di questi è il trizio (3H), berillio-7 (7Be), carbonio-14 (14C) e sodio-22 (22N / a). Sono prodotti dai raggi cosmici che interagiscono con i gas atmosferici. I radionuclidi cosmogenici forniscono una dose efficace annuale di circa 0.01 mSv. La maggior parte di questo viene da 14C.
Ricaduta nucleare
Dagli anni '1940 agli anni '1960 si sono svolti test estesi di armi nucleari in superficie. Questo test ha prodotto grandi quantità di materiali radioattivi e li ha distribuiti nell'ambiente in tutto il mondo come fallout. Anche se gran parte di questi detriti da allora si sono decomposti in isotopi stabili, le piccole quantità che rimangono saranno una fonte di esposizione per molti anni a venire. Inoltre, le nazioni che continuano a testare occasionalmente armi nucleari nell'atmosfera si aggiungono all'inventario mondiale.
I principali contributori di ricaduta alla dose efficace attualmente sono lo stronzio-90 (90Sr) e cesio-137 (137Cs), entrambi con emivita di circa 30 anni. La dose media annua efficace da fallout è di circa 0.05 mSv.
Materiale radioattivo nel corpo
La deposizione di radionuclidi naturali nel corpo umano deriva principalmente dall'inalazione e dall'ingestione di questi materiali nell'aria, nel cibo e nell'acqua. Tali nuclidi includono radioisotopi di Pb, Po, Bi, Ra, K (potassio), C, H, U e Th. Di questi, 40K è il maggior contributore. I radionuclidi presenti in natura depositati nel corpo contribuiscono per circa 0.3 mSv alla dose efficace annuale.
Radiazione prodotta dalla macchina
L'uso dei raggi X nelle arti curative è la più grande fonte di esposizione alle radiazioni prodotte dalle macchine. Milioni di sistemi medici a raggi X sono in uso in tutto il mondo. L'esposizione media a questi sistemi medici a raggi X dipende in gran parte dall'accesso della popolazione alle cure. Nei paesi sviluppati, la dose annua media effettiva delle radiazioni dei raggi X prescritte dal medico e del materiale radioattivo per la diagnosi e la terapia è dell'ordine di 1 mSv.
I raggi X sono un sottoprodotto della maggior parte degli acceleratori di particelle fisiche ad alta energia, in particolare quelli che accelerano elettroni e positroni. Tuttavia, un'adeguata schermatura e precauzioni di sicurezza oltre alla limitata popolazione a rischio rendono questa fonte di esposizione alle radiazioni meno significativa delle fonti di cui sopra.
Radionuclidi prodotti a macchina
Gli acceleratori di particelle possono produrre una grande varietà di radionuclidi in quantità variabili mediante reazioni nucleari. Le particelle accelerate includono protoni, deutoni (2nuclei H), particelle alfa, mesoni carichi, ioni pesanti e così via. I materiali bersaglio possono essere costituiti da quasi tutti gli isotopi.
Gli acceleratori di particelle sono praticamente l'unica fonte di radioisotopi che emettono positroni. (I reattori nucleari tendono a produrre radioisotopi ricchi di neutroni che decadono per emissione di negatroni.) Sono anche sempre più utilizzati per produrre isotopi di breve durata per uso medico, in particolare per la tomografia a emissione di positroni (PET).
Materiali tecnologicamente avanzati e prodotti di consumo
Raggi X e materiali radioattivi compaiono, desiderati e non desiderati, in un gran numero di operazioni moderne. La tabella 3 elenca queste sorgenti di radiazioni.
Tabella 3. Fonti e stime delle dosi efficaci associate alla popolazione da materiali e prodotti di consumo tecnologicamente migliorati
Gruppo I - Coinvolge un gran numero di persone e la dose efficace individuale è molto |
|
prodotti del tabacco |
Combustibili combustibili |
Approvvigionamento idrico domestico |
Vetro e ceramica |
Materiali da costruzione |
Vetro oftalmico |
Prodotti minerari e agricoli |
|
Gruppo II - Coinvolge molte persone ma la dose efficace è relativamente piccola o limitata |
|
Ricevitori televisivi |
Materiali per la costruzione di autostrade e strade |
Prodotti radioluminosi |
Trasporto aereo di materiali radioattivi |
Sistemi di ispezione aeroportuale |
Irradiatori a spinterometro e tubi elettronici |
Rilevatori di gas e aerosol (fumo). |
Prodotti al torio - avviatori per lampade fluorescenti |
Gruppo III - Coinvolge relativamente poche persone e la dose efficace collettiva è piccola |
|
Prodotti al torio - bacchette per saldatura al tungsteno |
Fonte: NCRP 1987.
Caratteristiche di progettazione di base degli impianti di radiazione
I pericoli associati alla manipolazione e all'uso delle sorgenti di radiazioni richiedono speciali caratteristiche di progettazione e costruzione che non sono richieste per i laboratori o le aree di lavoro convenzionali. Queste speciali caratteristiche di progettazione sono incorporate in modo che il lavoratore dell'impianto non sia indebitamente ostacolato, garantendo al tempo stesso che non sia esposto a indebiti rischi di radiazioni esterne o interne.
L'accesso a tutte le aree in cui potrebbe verificarsi l'esposizione a sorgenti di radiazioni o materiali radioattivi deve essere controllato non solo per quanto riguarda i lavoratori della struttura che possono essere autorizzati ad accedere a tali aree di lavoro, ma anche per quanto riguarda il tipo di abbigliamento o equipaggiamento protettivo che dovrebbero usura e le precauzioni che dovrebbero prendere nelle aree controllate. Nella somministrazione di tali misure di controllo, aiuta a classificare le aree di lavoro per radiazioni in base alla presenza di radiazioni ionizzanti, alla presenza di contaminazione radioattiva o entrambe. L'introduzione di tali concetti di classificazione dell'area di lavoro nelle prime fasi di progettazione farà sì che la struttura abbia tutte le caratteristiche necessarie per rendere meno pericolose le operazioni con sorgenti di radiazioni.
Classificazione delle aree di lavoro e tipologie di laboratorio
La base per la classificazione dell'area di lavoro è il raggruppamento dei radionuclidi in base alla relativa radiotossicità per unità di attività. Il gruppo I dovrebbe essere classificato come radionuclidi a tossicità molto elevata, il gruppo II come radionuclidi a tossicità da moderata ad alta, il gruppo III come radionuclidi a tossicità moderata e il gruppo IV come radionuclidi a bassa tossicità. La tabella 1 mostra la classificazione del gruppo di tossicità di molti radionuclidi.
Tabella 1. Radionuclidi classificati in base alla radiotossicità relativa per unità di attività
Gruppo I: Tossicità molto elevata |
|||||||||
210Pb |
210Po |
223Ra |
226Ra |
228Ra |
227Ac |
227Th |
228Th |
230Th |
231Pa |
230U |
232U |
233U |
234U |
237Np |
238Pu |
239Pu |
240Pu |
241Pu |
242Pu |
241Am |
243Am |
242Cm |
243Cm |
244Cm |
245Cm |
246Cm |
249Cm |
250Cf |
252Cf |
Gruppo II: alta tossicità |
|||||||||
22Na |
36Cl |
45Ca |
46Sc |
54Mn |
56Co |
60Co |
89Sr |
90Sr |
91Y |
95Zr |
106Ru |
110Agm |
115Cdm |
114Inm |
124Sb |
125Sb |
127Tem |
129Tem |
124I |
126I |
131I |
133I |
134Cs |
137Cs |
140Ba |
144Ce |
152UE (13 anni) |
154Eu |
160Tb |
170Tm |
181Hf |
210Bi |
182Ta |
192Ir |
204Tl |
207Bi |
230Pa |
211At |
212Pb |
224Ra |
228Ac |
234Th |
236U |
249Bk |
|||||
Gruppo III: Tossicità moderata |
|||||||||
7Be |
14C |
18F |
24Na |
38Cl |
31Si |
32P |
35S |
41A |
42K |
43K |
47Sc |
48Sc |
48V |
51Cr |
52Mn |
56Mn |
52Fe |
55Fe |
59Fe |
57Co |
53Ni |
65Ni |
64Cu |
65Zn |
69Znm |
72Ga |
73As |
74As |
76As |
77As |
82Br |
85Krm |
87Kr |
86Rb |
85Sr |
91Sr |
90Y |
92Y |
93Y |
97Zr |
95Nb |
99Mo |
96Tc |
97Tcm |
97Tc |
99Tc |
97Ru |
103Ru |
105Ru |
105Rh |
109Pd |
105Ag |
111Ag |
109Cd |
115Cd |
115Inm |
113Sn |
125Sn |
122Sb |
125Tem |
129Te |
131Tem |
132Te |
130I |
132I |
134I |
135I |
135Xe |
131Cs |
136Cs |
140La |
141Ce |
143Ce |
142Pr |
143Pr |
147Nd |
149Nd |
147Pm |
149Pm |
151Sm |
152UE (9.2 ore) |
155Eu |
153Gd |
159Gd |
165Dy |
166Dy |
166Ho |
169Er |
171Er |
171Tm |
177Lu |
181W |
185W |
187W |
183Re |
186Re |
188Re |
185Os |
191Os |
193Os |
190Ir |
195Ir |
191Pt |
193Pt |
197Pt |
196Au |
198Au |
199Au |
197Hg |
197Hgm |
203Hg |
200Tl |
201Tl |
202Tl |
203Pb |
206Bi |
212Bi |
220Rn |
222Rn |
231Th |
233Pa |
239Np |
|||||||
Gruppo IV: Bassa tossicità |
|||||||||
3H |
15O |
37A |
58Com |
59Ni |
69Zn |
71Ge |
85Kr |
85Srm |
87Rb |
91Ym |
93Zr |
97Nb |
96Tcm |
99Tcm |
103Rhm |
133Inm |
129I |
131Xem |
133Xe |
134Csm |
135Cs |
147Sm |
187Re |
191Osm |
193Ptm |
197Ptm |
natTh |
232Th |
235U |
238U |
natU |
(AIEA 1973)
Si possono prevedere tre grandi tipologie di laboratori sulla base di considerazioni di radiotossicità, delle quantità o quantità di materiali radioattivi che saranno manipolati nell'area di lavoro e del tipo di operazioni coinvolte.
La tabella 2 descrive i laboratori per tipo e fornisce esempi per ogni tipo. La tabella 3 mostra le tipologie di laboratori insieme alla classificazione dell'area di lavoro e al controllo degli accessi (IAEA 1973).
Tabella 2. Classificazione delle aree di lavoro
Tipologia |
Definizione |
Controllo Accessi |
Operazioni tipiche |
1 |
Aree in cui la radiazione esterna ha assorbito i livelli di dose oi livelli di contaminazione radioattiva potrebbero essere elevati |
Accesso controllato solo ai lavoratori delle radiazioni, in condizioni di lavoro rigorosamente controllate e con dispositivi di protezione adeguati |
Laboratori caldi, aree altamente contaminate |
2 |
Aree in cui potrebbero esistere livelli di radiazioni esterne e in cui la possibilità di contaminazione richiede istruzioni operative |
Accesso limitato ai lavoratori delle radiazioni con |
Fabbriche di illuminazione e altri equivalenti |
3 |
Aree in cui il livello medio di radiazione esterna è inferiore a 1 mGy·wk-1 e in cui la possibilità di contaminazione radioattiva richiede istruzioni operative speciali |
Accesso limitato ai lavoratori delle radiazioni, n |
Aree di lavoro nelle immediate vicinanze di |
4 |
Aree all'interno dei confini di un impianto di radiazione in cui i livelli di radiazione esterna sono inferiori a 0.1 mGy•wk-1 e dove |
Accesso non controllato |
Amministrazioni e aree di attesa dei pazienti |
(ICRP 1977, AIEA 1973)
Tabella 3. Classificazione dei laboratori per la manipolazione di materiali radioattivi
Gruppo di |
Tipo di laboratorio richiesto per l'attività specificata di seguito |
||
Tipo 1 |
Tipo 2 |
Tipo 3 |
|
I |
<370kBq |
70 kBq a |
>37MBq |
II |
<37MBq |
37 MBq a |
>37GBq |
III |
<37GBq |
37 GBq a |
>370GBq |
IV |
<370GBq |
370 GBq a |
>37 Tbq |
Fattori operativi per l'uso in laboratorio di materiale radioattivo |
Fattori moltiplicativi per i livelli di attività |
Stoccaggio semplice |
× 100 |
Semplici operazioni a umido (ad esempio, preparazione di aliquote di soluzione madre) |
× 10 |
Normali operazioni chimiche (ad esempio, semplice preparazione chimica e analisi) |
× 1 |
Operazioni umide complesse (ad esempio, operazioni multiple o operazioni con vetreria complessa) |
× 0.1 |
Semplici operazioni a secco (ad esempio manipolazioni di polveri di composti radioattivi volatili) |
× 0.1 |
Operazioni a secco e polverose (ad esempio, molatura) |
× 0.01 |
(ICRP 1977, AIEA 1973)
I rischi legati al lavoro con materiale radioattivo dipendono non solo dal livello di radiotossicità o tossicità chimica e dall'attività dei radionuclidi, ma anche dalla forma fisica e chimica del materiale radioattivo e dalla natura e dalla complessità dell'operazione o procedura eseguita.
Ubicazione di un impianto di radiazioni in un edificio
Quando un impianto di radiazioni fa parte di un grande edificio, quando si decide l'ubicazione di tale impianto si dovrebbe tenere presente quanto segue:
Pianificazione degli impianti di radiazione
Dove è prevista una gradazione dei livelli di attività, il laboratorio dovrebbe essere posizionato in modo che l'accesso alle aree dove esistono livelli elevati di radiazioni o di contaminazione radioattiva sia graduale; cioè si entra prima in un'area senza radiazioni, poi in un'area a bassa attività, poi in un'area a media attività e così via.
La necessità di un controllo elaborato della ventilazione nei piccoli laboratori può essere evitata mediante l'uso di cappe o scatole a guanti per la manipolazione di sorgenti non sigillate di materiale radioattivo. Tuttavia, il sistema di ventilazione dovrebbe essere progettato per consentire il flusso d'aria in una direzione tale che qualsiasi materiale radioattivo che si disperde nell'aria possa fluire lontano dal lavoratore radiante. Il flusso d'aria dovrebbe sempre provenire da un'area non contaminata verso un'area contaminata o potenzialmente contaminata.
Per la manipolazione di sorgenti non sigillate di radioattività da bassa a media, la velocità media dell'aria attraverso l'apertura nella cappa deve essere di circa 0.5 ms-1. Per radioattività altamente radiotossica o di alto livello, la velocità dell'aria attraverso l'apertura dovrebbe essere aumentata a una media di 0.6 a
ms 1.0-1. Tuttavia, velocità dell'aria eccessivamente elevate possono estrarre materiali radioattivi dai contenitori aperti e contaminare l'intera area della cappa.
Il posizionamento della cappa in laboratorio è importante rispetto alle bozze incrociate. In generale, una cappa dovrebbe essere posizionata ben lontana dalle porte dove deve entrare l'aria di mandata o di reintegro. I ventilatori a doppia velocità consentiranno il funzionamento a una velocità dell'aria maggiore mentre la cappa è in uso e una velocità inferiore quando è chiusa.
Lo scopo di qualsiasi sistema di ventilazione dovrebbe essere quello di:
Nella progettazione degli impianti di radiazione, i pesanti requisiti di schermatura possono essere ridotti al minimo mediante l'adozione di alcuni semplici accorgimenti. Ad esempio, per radioterapia, acceleratori, generatori di neutroni o sorgenti di radiazioni panoramiche, un labirinto può ridurre la necessità di una pesante porta rivestita di piombo. La rastremazione della barriera protettiva primaria in aree che non si trovano direttamente nella trave utile o l'ubicazione della struttura parzialmente o completamente interrata può ridurre significativamente la quantità di schermatura richiesta.
Particolare attenzione deve essere prestata al corretto posizionamento delle finestre di visualizzazione, dei cavi delle condutture sotterranee e dei deflettori del sistema di ventilazione. La finestra di visualizzazione dovrebbe intercettare solo la radiazione diffusa. Ancora meglio è un televisore a circuito chiuso, che può anche migliorare l'efficienza.
Finiture superficiali all'interno di un'area di lavoro
Tutte le superfici grezze, come intonaco, cemento, legno e così via, devono essere sigillate in modo permanente con un materiale idoneo. La scelta del materiale deve essere effettuata tenendo presenti le seguenti considerazioni:
Pitture, vernici e lacche ordinarie non sono raccomandate per coprire le superfici soggette a usura. L'applicazione di un materiale di superficie che può essere facilmente rimosso può essere utile se si verifica contaminazione ed è necessaria la decontaminazione. Tuttavia, la rimozione di tali materiali a volte può essere difficile e disordinata.
Oggetti per idraulica
Lavandini, lavabi e scarichi a pavimento devono essere opportunamente contrassegnati. I lavabi dove possono essere lavate le mani contaminate dovrebbero avere rubinetti azionati a ginocchio o a pedale. Può essere economico ridurre la manutenzione utilizzando tubazioni che possono essere facilmente decontaminate o sostituite se necessario. In alcuni casi può essere consigliabile installare serbatoi interrati di contenimento o stoccaggio per controllare lo smaltimento di materiali radioattivi liquidi.
Progettazione di schermatura dalle radiazioni
La schermatura è importante per ridurre l'esposizione alle radiazioni dei lavoratori della struttura e dei membri del pubblico in generale. I requisiti di schermatura dipendono da una serie di fattori, tra cui il tempo in cui i lavoratori delle radiazioni oi membri del pubblico sono esposti alle sorgenti di radiazioni e il tipo e l'energia delle sorgenti di radiazioni e dei campi di radiazioni.
Nella progettazione di schermi contro le radiazioni, il materiale schermante dovrebbe essere posizionato vicino alla sorgente di radiazioni, se possibile. Considerazioni sulla schermatura separate devono essere fatte per ogni tipo di radiazione interessata.
La progettazione della schermatura può essere un compito complesso. Ad esempio, l'uso di computer per modellare schermature per acceleratori, reattori e altre sorgenti di radiazioni di alto livello esula dallo scopo di questo articolo. Esperti qualificati dovrebbero sempre essere consultati per progetti di schermatura complessi.
Schermatura della sorgente gamma
L'attenuazione della radiazione gamma è qualitativamente diversa da quella della radiazione alfa o beta. Entrambi questi tipi di radiazione hanno una portata definita nella materia e sono completamente assorbiti. La radiazione gamma, invece, può essere ridotta di intensità da assorbitori sempre più spessi ma non può essere assorbita completamente. Se l'attenuazione dei raggi gamma monoenergetici viene misurata in condizioni di buona geometria (ovvero, la radiazione è ben collimata in un raggio stretto) i dati di intensità, quando tracciati su un grafico semilogaritmico in funzione dello spessore dell'assorbitore, giacciono su una linea retta con la pendenza pari all'attenuazione
coefficiente, μ.
L'intensità o la velocità di dose assorbita trasmessa attraverso un assorbitore può essere calcolata come segue:
I(T) = I(0)e- μ t
where I(t) è l'intensità dei raggi gamma o la velocità di dose assorbita trasmessa attraverso un assorbitore di spessore t.
Le unità di μ e t sono reciproci tra loro. Se lo spessore dell'assorbitore t è misurato in cm, quindi μ è il coefficiente di attenuazione lineare e ha unità di cm-1. Se t ha unità di densità areale (g/cm2), allora μ è il coefficiente di attenuazione di massa μm ed ha unità di cm2/G.
Come approssimazione di primo ordine utilizzando la densità areale, tutti i materiali hanno all'incirca le stesse proprietà di attenuazione dei fotoni per i fotoni con energie comprese tra circa 0.75 e 5.0 MeV (mega-elettronvolt). All'interno di questo intervallo di energia, le proprietà di schermatura gamma sono approssimativamente proporzionali alla densità del materiale schermante. Per energie fotoniche inferiori o superiori, assorbitori di numero atomico superiore forniscono una schermatura più efficace di quelli di numero atomico inferiore, per una data densità areale.
In condizioni di scarsa geometria (ad esempio, per un fascio largo o per uno schermo spesso), l'equazione di cui sopra sottostimerà significativamente lo spessore dello schermo richiesto perché assume che ogni fotone che interagisce con lo schermo sarà rimosso dal raggio e non sarà rilevato. Un numero significativo di fotoni può essere disperso dallo schermo nel rivelatore, oppure i fotoni che erano stati dispersi fuori dal raggio possono essere dispersi nuovamente in esso dopo una seconda interazione.
Uno spessore dello schermo per condizioni di scarsa geometria può essere stimato attraverso l'uso del fattore di accumulo B che può essere stimato come segue:
I(T) = I(0)Be- μ t
Il fattore di accumulo è sempre maggiore di uno e può essere definito come il rapporto tra l'intensità della radiazione fotonica, comprendente sia la radiazione primaria che quella diffusa, in qualsiasi punto del fascio, e l'intensità del fascio primario solo a quel punto. Il fattore di accumulo può essere applicato al flusso di radiazioni o alla velocità di dose assorbita.
I fattori di accumulo sono stati calcolati per varie energie di fotoni e vari assorbitori. Molti grafici o tabelle danno lo spessore dello scudo in termini di lunghezze di rilassamento. Una lunghezza di rilassamento è lo spessore di uno schermo che attenuerà un raggio stretto a 1/e (circa il 37%) della sua intensità originale. Una lunghezza di rilassamento, quindi, è numericamente uguale al reciproco del coefficiente di attenuazione lineare (ovvero 1/μ).
Lo spessore di un assorbitore che, quando introdotto nel fascio di fotoni primario, riduce della metà la velocità di dose assorbita è chiamato strato di mezzo valore (HVL) o spessore di mezzo valore (HVT). L'HVL può essere calcolato come segue:
HVL = ln2 /μ
Lo spessore dello schermo fotonico richiesto può essere stimato ipotizzando un raggio stretto o una buona geometria durante il calcolo della schermatura richiesta, e quindi aumentando il valore così trovato di un HVL per tenere conto dell'accumulo.
Lo spessore di un assorbitore che, quando introdotto nel fascio di fotoni primario, riduce di un decimo il rateo di dose assorbito è lo strato di valore decimo (TVL). Un TVL è pari a circa 3.32 HVL, poiché:
ln10 / ln2 ≈ 3.32
I valori sia per TVL che per HVL sono stati tabulati per varie energie fotoniche e diversi materiali di schermatura comuni (ad esempio, piombo, acciaio e cemento) (Schaeffer 1973).
L'intensità o il tasso di dose assorbita per una sorgente puntiforme obbedisce alla legge dell'inverso del quadrato e può essere calcolata come segue:
where Ii è l'intensità del fotone o la velocità di dose assorbita a distanza di dalla fonte.
Schermatura di apparecchiature radiologiche mediche e non mediche
La schermatura per le apparecchiature a raggi X è considerata nelle due categorie, schermatura della sorgente e schermatura strutturale. La schermatura della sorgente è generalmente fornita dal produttore dell'alloggiamento del tubo radiogeno.
Le norme di sicurezza specificano un tipo di alloggiamento del tubo protettivo per le strutture a raggi X diagnostiche mediche e un altro tipo per le strutture a raggi X terapeutiche mediche. Per le apparecchiature a raggi X non medicali, l'alloggiamento del tubo e altre parti dell'apparato a raggi X, come il trasformatore, sono schermati per ridurre la radiazione di raggi X di dispersione a livelli accettabili.
Tutte le macchine a raggi X, sia mediche che non mediche, hanno alloggiamenti protettivi per tubi progettati per limitare la quantità di radiazioni di dispersione. Per radiazione di dispersione, come utilizzato in queste specifiche per gli alloggiamenti dei tubi, si intendono tutte le radiazioni provenienti dall'alloggiamento dei tubi ad eccezione del raggio utile.
La schermatura strutturale per un impianto a raggi X fornisce protezione dal raggio di raggi X utile o primario, dalla radiazione di dispersione e dalla radiazione diffusa. Racchiude sia l'apparecchiatura a raggi X che l'oggetto da irradiare.
La quantità di radiazione di dispersione dipende dalla dimensione del campo di raggi X, dall'energia del raggio utile, dal numero atomico effettivo del mezzo di diffusione e dall'angolo tra il raggio utile in arrivo e la direzione di diffusione.
Un parametro chiave di progettazione è il carico di lavoro della struttura (W):
where W è il carico di lavoro settimanale, generalmente espresso in mA-min alla settimana; E è la corrente del tubo moltiplicata per il tempo di esposizione per visione, generalmente espresso in mA s; Nv è il numero di visualizzazioni per paziente o oggetto irradiato; Np è il numero di pazienti o oggetti per settimana e k è un fattore di conversione (1 min diviso 60 s).
Un altro parametro chiave della progettazione è il fattore di utilizzo Un per parete (o pavimento o soffitto) n. Il muro può proteggere qualsiasi area occupata come una sala di controllo, un ufficio o una sala d'attesa. Il fattore di utilizzo è dato da:
dove, Nv, n è il numero di viste per le quali il raggio di raggi X primario è diretto verso la parete n.
I requisiti di schermatura strutturale per un determinato impianto a raggi X sono determinati da quanto segue:
Con queste considerazioni incluse, il valore del rapporto del fascio primario o fattore di trasmissione K in mGy per mA-min ad un metro è dato da:
La schermatura dell'impianto radiografico deve essere realizzata in modo tale che la protezione non sia pregiudicata dalle giunture; da aperture per condotti, tubi e quant'altro, che attraversano le barriere; oppure da canaline, cassette di servizio e quant'altro, annegate nelle barriere. La schermatura dovrebbe coprire non solo il retro delle scatole di servizio, ma anche i lati, o essere sufficientemente estesa per offrire una protezione equivalente. I condotti che passano attraverso le barriere dovrebbero avere curve sufficienti per ridurre la radiazione al livello richiesto. Le finestre di osservazione devono avere una schermatura equivalente a quella richiesta per la partizione (barriera) o la porta in cui sono ubicate.
Le strutture di radioterapia possono richiedere interblocchi delle porte, spie luminose, televisione a circuito chiuso o mezzi per la comunicazione udibile (ad es. voce o cicalino) e visiva tra chiunque possa trovarsi nella struttura e l'operatore.
Le barriere protettive sono di due tipi:
Per progettare la barriera protettiva secondaria, calcolare separatamente lo spessore richiesto per proteggere da ciascun componente. Se gli spessori richiesti sono all'incirca gli stessi, aggiungere un HVL aggiuntivo allo spessore massimo calcolato. Se la differenza maggiore tra gli spessori calcolati è di un TVL o più, sarà sufficiente il più spesso dei valori calcolati.
L'intensità della radiazione diffusa dipende dall'angolo di diffusione, dall'energia del raggio utile, dalle dimensioni del campo o dall'area di diffusione e dalla composizione del soggetto.
Durante la progettazione di barriere protettive secondarie, vengono fatte le seguenti ipotesi conservative semplificative:
La relazione di trasmissione per la radiazione diffusa è scritta in termini del fattore di trasmissione della diffusione (Kμx) con unità di mGy•m2 (mA-min)-1:
where P è la massima dose settimanale assorbita (in mGy), dscat è la distanza dal bersaglio del tubo a raggi X e dall'oggetto (paziente), dasciutto è la distanza dal diffusore (oggetto) al punto di interesse che le barriere secondarie dovrebbero schermare, a è il rapporto tra radiazione diffusa e radiazione incidente, f è la dimensione effettiva del campo di diffusione (in cm2), E F è un fattore che tiene conto del fatto che l'emissione di raggi x aumenta con la tensione. Valori minori di Kµx richiedono scudi più spessi.
Il fattore di attenuazione delle perdite BLX per i sistemi diagnostici a raggi X è calcolato come segue:
where d è la distanza dal bersaglio del tubo al punto di interesse e I è la corrente del tubo in mA.
La relazione di attenuazione della barriera per i sistemi a raggi X terapeutici funzionanti a 500 kV o meno è data da:
Per i tubi radiogeni terapeutici funzionanti a potenziali superiori a 500 kV, la perdita è solitamente limitata allo 0.1% dell'intensità del fascio utile a 1 m. Il fattore di attenuazione in questo caso è:
where Xn è la velocità di dose assorbita (in mGy/h) a 1 m da un tubo a raggi X terapeutico azionato con una corrente del tubo di 1 mA.
Il numero n di HVL necessari per ottenere l'attenuazione desiderata BLX si ottiene dalla relazione:
or
Schermatura delle particelle beta
Due fattori devono essere considerati quando si progetta uno scudo per un emettitore beta ad alta energia. Sono le stesse particelle beta e le bremsstrahlung prodotto dalle particelle beta assorbite nella sorgente e nello scudo. bremsstrahlung è costituito da fotoni di raggi X prodotti quando particelle cariche ad alta velocità subiscono una rapida decelerazione.
Pertanto, uno scudo beta è spesso costituito da una sostanza di basso numero atomico (per minimizzare bremsstrahlung produzione) che è abbastanza spessa da fermare tutte le particelle beta. Questo è seguito da un materiale di alto numero atomico che è abbastanza spesso da attenuarsi bremsstrahlung ad un livello accettabile. (Invertendo l'ordine degli scudi aumenta bremsstrahlung produzione nel primo schermo ad un livello così alto che il secondo schermo può fornire una protezione inadeguata.)
Ai fini della stima bremsstrahlung pericolo, si può usare la seguente relazione:
where f è la frazione dell'energia beta incidente convertita in fotoni, Z è il numero atomico dell'assorbitore, e Eβ è l'energia massima dello spettro delle particelle beta in MeV. Per garantire una protezione adeguata, si presume normalmente che tutti bremsstrahlung i fotoni sono di massima energia.
I bremsstrahlung flusso F a distanza d dalla fonte beta può essere stimato come segue:
`Eβ è l'energia media delle particelle beta e può essere stimata da:
La gamma Rβ di particelle beta in unità di densità areale (mg/cm2) può essere stimato come segue per particelle beta con energie comprese tra 0.01 e 2.5 MeV:
where Rβ è in mg/cm2 ed Eβ è in MeV.
Nel Eβ>2.5 MeV, la gamma di particelle beta Rβ può essere stimato come segue:
where Rβ è in mg/cm2 ed Eβ è in MeV.
Schermatura delle particelle alfa
Le particelle alfa sono il tipo di radiazione ionizzante meno penetrante. A causa della natura casuale delle sue interazioni, l'intervallo di una singola particella alfa varia tra i valori nominali come indicato nella figura 1. L'intervallo nel caso delle particelle alfa può essere espresso in diversi modi: per intervallo minimo, medio, estrapolato o massimo . L'intervallo medio è il più accuratamente determinabile, corrisponde all'intervallo della particella alfa "media" e viene utilizzato più spesso.
Figura 1. Tipica distribuzione dell'intervallo delle particelle alfa
L'aria è il mezzo assorbente più comunemente usato per specificare la relazione intervallo-energia delle particelle alfa. Per l'energia alfa Eα meno di circa 4 MeV, Rα in aria è approssimativamente data da:
where Rα è in cm, Eα in MeV.
Nel Eα tra 4 e 8 MeV, Rα in aria è dato approssimativamente da:
where Rα è in cm, Eα in MeV.
La gamma di particelle alfa in qualsiasi altro mezzo può essere stimata dalla seguente relazione:
Rα (in altro terreno; mg/cm2) » 0.56 A1/3 Rα (in aria; cm) dove A è il numero atomico del mezzo.
Schermatura dei neutroni
Come regola generale per la schermatura dei neutroni, l'equilibrio energetico dei neutroni viene raggiunto e quindi rimane costante dopo una o due lunghezze di rilassamento del materiale schermante. Pertanto, per schermi più spessi di alcune lunghezze di rilassamento, la dose equivalente all'esterno della schermatura in cemento o ferro sarà attenuata con lunghezze di rilassamento di 120 g/cm2 o 145 g / cm2, Rispettivamente.
La perdita di energia dei neutroni per diffusione elastica richiede uno scudo idrogeno per massimizzare il trasferimento di energia quando i neutroni vengono moderati o rallentati. Per energie dei neutroni superiori a 10 MeV, i processi anelastici sono efficaci nell'attenuazione dei neutroni.
Come per i reattori nucleari, gli acceleratori ad alta energia richiedono una schermatura pesante per proteggere i lavoratori. La maggior parte degli equivalenti di dose per i lavoratori deriva dall'esposizione a materiale radioattivo attivato durante le operazioni di manutenzione. I prodotti di attivazione sono realizzati nei componenti e nei sistemi di supporto dell'acceleratore.
Monitoraggio dell'ambiente di lavoro
È necessario trattare separatamente la progettazione di programmi di monitoraggio di routine e operativi per l'ambiente di lavoro. Programmi speciali di monitoraggio saranno concepiti per raggiungere obiettivi specifici. Non è auspicabile progettare programmi in termini generali.
Monitoraggio di routine per le radiazioni esterne
Una parte importante nella preparazione di un programma per il monitoraggio di routine delle radiazioni esterne sul posto di lavoro è condurre un'indagine completa quando una nuova sorgente di radiazioni o una nuova struttura viene messa in servizio, o quando sono state apportate o potrebbero essere state apportate modifiche sostanziali realizzato in un impianto esistente.
La frequenza del monitoraggio di routine è determinata dalla considerazione dei cambiamenti previsti nell'ambiente di radiazione. Se le modifiche ai dispositivi di protezione o le alterazioni dei processi condotti sul posto di lavoro sono minime o non sostanziali, raramente è richiesto il monitoraggio di routine delle radiazioni sul posto di lavoro ai fini della revisione. Se i campi di radiazione sono soggetti ad aumentare rapidamente e in modo imprevedibile fino a livelli potenzialmente pericolosi, è necessario un sistema di monitoraggio e allarme delle radiazioni nell'area.
Monitoraggio operativo per radiazioni esterne
La progettazione di un programma di monitoraggio operativo dipende in gran parte dal fatto che le operazioni da condurre influenzino i campi di radiazione o se i campi di radiazione rimarranno sostanzialmente costanti durante le normali operazioni. La progettazione dettagliata di tale indagine dipende in modo critico dalla forma dell'operazione e dalle condizioni in cui si svolge.
Monitoraggio di routine per la contaminazione della superficie
Il metodo convenzionale di monitoraggio di routine per la contaminazione superficiale consiste nel monitorare una frazione rappresentativa delle superfici in un'area con una frequenza dettata dall'esperienza. Se le operazioni sono tali da rendere probabile una notevole contaminazione della superficie e tali che i lavoratori potrebbero trasportare quantità significative di materiale radioattivo fuori dall'area di lavoro in un unico evento, il monitoraggio di routine dovrebbe essere integrato dall'uso di monitor della contaminazione del portale.
Monitoraggio operativo per contaminazione superficiale
Una forma di monitoraggio operativo è il rilevamento della contaminazione degli articoli quando lasciano un'area radiologicamente controllata. Questo monitoraggio deve includere mani e piedi dei lavoratori.
Gli obiettivi principali di un programma di monitoraggio della contaminazione superficiale sono:
Monitoraggio della contaminazione aerea
Il monitoraggio dei materiali radioattivi trasportati dall'aria è importante perché l'inalazione è di solito la via più importante di assunzione di tale materiale da parte dei lavoratori delle radiazioni.
Il monitoraggio del luogo di lavoro per la contaminazione aerea sarà necessario su base routinaria nelle seguenti circostanze:
Quando è richiesto un programma di monitoraggio dell'aria, esso deve:
La forma più comune di monitoraggio per la contaminazione aerea è l'uso di campionatori d'aria in una serie di luoghi selezionati selezionati per essere ragionevolmente rappresentativi delle zone di respirazione dei lavoratori delle radiazioni. Potrebbe essere necessario fare in modo che i campioni rappresentino in modo più accurato le zone di respirazione utilizzando campionatori d'aria personali o da bavero.
Rilevamento e misurazione di radiazioni e contaminazione radioattiva
Il monitoraggio o il rilevamento mediante salviette e indagini strumentali su piani di lavoro, pavimenti, indumenti, pelle e altre superfici sono nella migliore delle ipotesi procedure qualitative. È difficile renderli altamente quantitativi. Gli strumenti utilizzati di solito rilevano i tipi piuttosto che i dispositivi di misurazione. Poiché la quantità di radioattività coinvolta è spesso piccola, la sensibilità degli strumenti dovrebbe essere elevata.
Il requisito per la portabilità dei rilevatori di contaminazione dipende dagli usi previsti. Se lo strumento è destinato al monitoraggio generico delle superfici di laboratorio, è preferibile uno strumento portatile. Se lo strumento è destinato a un uso specifico in cui l'elemento da monitorare può essere portato nello strumento, la portabilità non è necessaria. I monitor per indumenti e i monitor per mani e scarpe generalmente non sono portatili.
Gli strumenti e i monitor a frequenza di conteggio di solito incorporano letture dei contatori e uscite uditive o jack per auricolari. La tabella 4 identifica gli strumenti che possono essere utilizzati per il rilevamento di contaminanti radioattiviione.+
Tabella 4. Strumenti per il rilevamento della contaminazione
Strumento |
Gamma di velocità di conteggio e altre caratteristiche1 |
Usi tipici |
Commento |
monitor di superficie bg2 |
|||
Generale |
|||
Misuratore di velocità di conteggio portatile (GM a parete sottile o finestra sottile3 contatore) |
0-1,000 cpm |
Superfici, mani, vestiti |
Semplice, affidabile, alimentato a batteria |
Finestra terminale sottile |
0-1,000 cpm |
Superfici, mani, vestiti |
Azionato dalla linea |
Personale |
|||
Monitor mano e scarpa, GM o |
Tra 1½ e 2 volte naturale |
Monitoraggio rapido della contaminazione |
funzionamento automatico |
Special |
|||
Monitor per lavanderia, monitor per pavimenti, |
Tra 1½ e 2 volte naturale |
Monitoraggio della contaminazione |
Comodo e rapido |
Monitor di superficie alfa |
|||
Generale |
|||
Contatore portatile proporzionale ad aria con sonda |
0-100,000 cpm oltre 100 cm2 |
Superfici, mani, vestiti |
Non per l'uso in condizioni di elevata umidità, batteria- |
Contagas portatile con sonda |
0-100,000 cpm oltre 100 cm2 |
Superfici, mani, vestiti |
Finestra fragile alimentata a batteria |
Contatore portatile a scintillazione con sonda |
0-100,000 cpm oltre 100 cm2 |
Superfici, mani, vestiti |
Finestra fragile alimentata a batteria |
MONITOR PERSONALI |
|||
Controtipo proporzionale a mano e scarpa, monitor |
0-2,000 cpm su circa 300 cm2 |
Monitoraggio rapido di mani e scarpe per la contaminazione |
funzionamento automatico |
Contatore di scintillazione a mano e scarpa, monitor |
0-4,000 cpm su circa 300 cm2 |
Monitoraggio rapido di mani e scarpe per la contaminazione |
Aspro |
Monitor delle ferite |
Rivelazione di fotoni a bassa energia |
Monitoraggio del plutonio |
disegno speciale |
Monitor dell'aria |
|||
Campionatori di particelle |
|||
Carta da filtro, ad alto volume |
1.1 m3/ min |
Campioni rapidi |
Uso intermittente, richiede separato |
Carta da filtro, basso volume |
0.2-20 m3/h |
Monitoraggio continuo dell'aria ambiente |
Uso continuo, richiede separato |
Risvolto |
0.03 m3/ min |
Monitoraggio continuo dell'aria nella zona di respirazione |
Uso continuo, richiede separato |
Precipitatore elettrostatico |
0.09 m3/ min |
Il monitoraggio continuo |
Campione depositato su guscio cilindrico, |
Perturbare |
0.6-1.1 m3/ min |
Contaminazione alfa |
Usi speciali, richiede contatore separato |
Monitor d'aria al trizio |
|||
Camere di ionizzazione a flusso |
0-370kBq/m3 verbale |
Il monitoraggio continuo |
Può essere sensibile ad altra ionizzazione |
Sistemi completi di monitoraggio dell'aria |
Attività minima rilevabile |
|
|
Carta da filtro fissa |
α » 0.04 Bq/m3; βγ » 0.04 Bq/m3 |
L'accumulo di sfondo può mascherare attività di basso livello, contatore incluso |
|
Carta da filtro in movimento |
α » 0.04 Bq/m3; βγ » 0.04 Bq/m3 |
Registrazione continua dell'attività aerea, il tempo di misurazione può essere regolato da |
1 cpm = conteggi al minuto.
2 Pochi monitor di superficie sono adatti per rilevare il trizio (3H). I test di strofinamento contati da dispositivi a scintillazione liquida sono appropriati per rilevare la contaminazione da trizio.
3 GM = contatore Geiger-Muller.
Rivelatori di contaminazione alfa
La sensibilità di un rivelatore alfa è determinata dall'area della finestra e dallo spessore della finestra. Generalmente l'area della finestra è di 50 cm2 o superiore con una densità areale della finestra di 1 mg/cm2 o meno. I monitor di contaminazione alfa dovrebbero essere insensibili alle radiazioni beta e gamma per ridurre al minimo l'interferenza di fondo. Ciò viene generalmente ottenuto mediante discriminazione dell'altezza dell'impulso nel circuito di conteggio.
I monitor alfa portatili possono essere contatori proporzionali di gas o contatori a scintillazione al solfuro di zinco.
Rilevatori di contaminazione beta
Beta monitor portatili di diversi tipi possono essere utilizzati per il rilevamento della contaminazione da particelle beta. I contatori Geiger-Mueller (GM) generalmente richiedono una finestra sottile (densità areale compresa tra 1 e 40 mg/cm2). I contatori a scintillazione (antracene o plastica) sono molto sensibili alle particelle beta e relativamente insensibili ai fotoni. I contatori beta portatili generalmente non possono essere utilizzati per monitorare il trizio (3H) contaminazione perché l'energia delle particelle beta del trizio è molto bassa.
Tutti gli strumenti utilizzati per il monitoraggio della contaminazione beta rispondono anche alle radiazioni di fondo. Questo deve essere preso in considerazione quando si interpretano le letture dello strumento.
Quando esistono elevati livelli di radiazione di fondo, i contatori portatili per il monitoraggio della contaminazione hanno un valore limitato, poiché non indicano piccoli aumenti nei tassi di conteggio inizialmente elevati. In queste condizioni si consigliano test di striscio o strofinamento.
Rivelatori di contaminazione gamma
Poiché la maggior parte degli emettitori gamma emette anche particelle beta, la maggior parte dei monitor di contaminazione rileverà sia le radiazioni beta che quelle gamma. La pratica abituale è quella di utilizzare un rivelatore sensibile a entrambi i tipi di radiazione per avere una maggiore sensibilità, poiché l'efficienza di rilevamento è solitamente maggiore per le particelle beta che per i raggi gamma. Gli scintillatori plastici oi cristalli di ioduro di sodio (NaI) sono più sensibili ai fotoni rispetto ai contatori GM e sono quindi consigliati per rilevare i raggi gamma.
Campionatori d'aria e monitor
Il particolato può essere campionato con i seguenti metodi: sedimentazione, filtrazione, impatto e precipitazione elettrostatica o termica. Tuttavia, la contaminazione da particolato nell'aria è generalmente monitorata mediante filtrazione (pompando aria attraverso il mezzo filtrante e misurando la radioattività sul filtro). Le portate di campionamento generalmente sono superiori a 0.03 m3/min. Tuttavia, le portate di campionamento della maggior parte dei laboratori non sono superiori a 0.3 m3/min. Tipi specifici di campionatori d'aria includono campionatori "a presa" e monitor d'aria continui (CAM). I CAM sono disponibili con carta filtro fissa o mobile. Un CAM dovrebbe includere un allarme poiché la sua funzione principale è quella di avvisare dei cambiamenti nella contaminazione aerea.
Poiché le particelle alfa hanno una portata molto breve, per la misurazione della contaminazione da particelle alfa è necessario utilizzare filtri a caricamento superficiale (ad esempio filtri a membrana). Il campione raccolto deve essere sottile. Il tempo che intercorre tra la raccolta e la misurazione deve essere considerato per consentire il decadimento della progenie del radon (Rn).
Iodio radioattivo come 123I, 125Io e 131I possono essere rilevati con carta da filtro (in particolare se la carta è caricata con carbone o nitrato d'argento) perché parte dello iodio si depositerà sulla carta da filtro. Tuttavia, le misurazioni quantitative richiedono carbone attivo o trappole o contenitori di zeolite d'argento per fornire un assorbimento efficiente.
L'acqua triziata e il gas trizio sono le forme primarie di contaminazione da trizio. Sebbene l'acqua triziata abbia una certa affinità con la maggior parte delle carte da filtro, le tecniche della carta da filtro non sono molto efficaci per il campionamento dell'acqua triziata. I metodi di misurazione più sensibili e accurati comportano l'assorbimento di condensa di vapore acqueo triziato. Il trizio nell'aria (ad esempio come idrogeno, idrocarburi o vapore acqueo) può essere misurato efficacemente con le camere di Kanne (camere di ionizzazione a flusso continuo). L'assorbimento del vapore acqueo triziato da un campione d'aria può essere ottenuto facendo passare il campione attraverso una trappola contenente un setaccio molecolare di gel di silice o facendo gorgogliare il campione attraverso acqua distillata.
A seconda dell'operazione o del processo, potrebbe essere necessario monitorare i gas radioattivi. Questo può essere ottenuto con le camere Kanne. I dispositivi più comunemente utilizzati per il campionamento per assorbimento sono gli scrubber e gli impingers a griglia. Molti gas possono anche essere raccolti raffreddando l'aria al di sotto del punto di congelamento del gas e raccogliendo la condensa. Questo metodo di raccolta è più spesso utilizzato per l'ossido di trizio e i gas nobili.
Esistono diversi modi per ottenere campioni prelevati. Il metodo selezionato deve essere appropriato per il gas da campionare e per il metodo di analisi o misurazione richiesto.
Monitoraggio degli effluenti
Il monitoraggio degli effluenti si riferisce alla misurazione della radioattività nel punto di rilascio nell'ambiente. È relativamente facile da realizzare a causa della natura controllata della posizione di campionamento, che di solito si trova in un flusso di rifiuti che viene scaricato attraverso un camino o una linea di scarico del liquido.
Potrebbe essere necessario un monitoraggio continuo della radioattività aerea. Oltre al dispositivo di raccolta del campione, solitamente un filtro, una tipica disposizione di campionamento per il particolato nell'aria comprende un dispositivo di spostamento dell'aria, un flussometro e relativi condotti. Il dispositivo di spostamento dell'aria si trova a valle del raccoglitore di campioni; ovvero, l'aria viene prima fatta passare attraverso il raccoglitore di campioni, quindi attraverso il resto del sistema di campionamento. Le linee di campionamento, in particolare quelle a monte del sistema di raccolta dei campioni, devono essere mantenute il più corte possibile e prive di curve strette, aree di turbolenza o resistenza al flusso d'aria. Per il campionamento dell'aria deve essere utilizzato un volume costante in un intervallo adeguato di cadute di pressione. Il campionamento continuo per gli isotopi radioattivi dello xenon (Xe) o del cripton (Kr) viene effettuato mediante adsorbimento su carbone attivo o mediante mezzi criogenici. La cella di Lucas è una delle tecniche più antiche e ancora il metodo più popolare per la misurazione delle concentrazioni di Rn.
A volte è necessario il monitoraggio continuo dei liquidi e delle linee di scarico per i materiali radioattivi. Ne sono un esempio le linee di scarico dei laboratori a caldo, i laboratori di medicina nucleare e le linee del refrigerante dei reattori. Il monitoraggio continuo può essere eseguito, tuttavia, mediante analisi di laboratorio di routine di un piccolo campione proporzionale alla portata dell'effluente. Sono disponibili campionatori che prelevano aliquote periodiche o che estraggono continuamente una piccola quantità di liquido.
Il campionamento a benna è il metodo abituale utilizzato per determinare la concentrazione di materiale radioattivo in un serbatoio di ritenzione. Il campione deve essere prelevato dopo il ricircolo per confrontare il risultato della misurazione con i tassi di scarico consentiti.
Idealmente, i risultati del monitoraggio degli effluenti e del monitoraggio ambientale saranno in buon accordo, con il secondo calcolabile dal primo con l'ausilio di vari modelli di percorso. Tuttavia, va riconosciuto e sottolineato che il monitoraggio degli effluenti, non importa quanto buono o esteso, non può sostituire la misurazione effettiva delle condizioni radiologiche nell'ambiente.
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