Свет и инфракрасное (ИК) излучение представляют собой две формы оптического излучения, и вместе с ультрафиолетовым излучением они образуют оптический спектр. В оптическом спектре разные длины волн имеют значительно разные потенциалы для вызывания биологических эффектов, и по этой причине оптический спектр может быть дополнительно подразделен.

Термин легкий должны быть зарезервированы для длин волн лучистой энергии от 400 до 760 нм, которые вызывают визуальную реакцию сетчатки (CIE 1987). Свет является важным компонентом выходной мощности осветительных ламп, визуальных дисплеев и широкого спектра осветительных приборов. Однако, помимо важности освещения для зрения, некоторые источники света могут вызывать нежелательные физиологические реакции, такие как инвалидность и неприятные блики, мерцание и другие формы зрительного стресса из-за плохой эргономики рабочих задач. Излучение интенсивного света также является потенциально опасным побочным эффектом некоторых промышленных процессов, таких как дуговая сварка.

Инфракрасное излучение (IRR, длины волн от 760 нм до 1 мм) также довольно часто называют тепловая радиация (или лучистое тепло), и испускается от любых теплых предметов (горячие двигатели, расплавленные металлы и другие литейные источники, термообработанные поверхности, электрические лампы накаливания, системы лучистого отопления и т. д.). Инфракрасное излучение также исходит от большого разнообразия электрического оборудования, такого как электродвигатели, генераторы, трансформаторы и различное электронное оборудование.

Инфракрасное излучение является фактором, способствующим тепловому стрессу. Высокая температура и влажность окружающего воздуха, а также низкая степень циркуляции воздуха могут сочетаться с лучистым теплом, вызывая тепловой стресс с потенциалом тепловых травм. В более прохладных условиях нежелательные или плохо спроектированные источники лучистого тепла также могут вызывать дискомфорт — эргономическое соображение.

Биологические эффекты

Профессиональные вредности, представляемые для глаз и кожи видимыми и инфракрасными формами излучения, ограничиваются отвращением глаз к яркому свету и болевыми ощущениями в коже в результате интенсивного лучистого нагрева. Глаз хорошо приспособлен для защиты от острого повреждения оптическим излучением (из-за ультрафиолетовой, видимой или инфракрасной лучистой энергии) от окружающего солнечного света. Он защищен естественной реакцией отвращения к созерцанию ярких источников света, которая обычно защищает его от травм, возникающих в результате воздействия таких источников, как солнце, дуговые лампы и сварочная дуга, поскольку это отвращение ограничивает продолжительность воздействия долей (около двух-трех часов). десятых) секунды. Однако источники, богатые IRR, без сильного визуального стимула могут быть опасны для хрусталика глаза в случае хронического воздействия. Можно также заставить себя смотреть на солнце, сварочную дугу или снежное поле и тем самым временно (а иногда и навсегда) потерять зрение. В промышленных условиях, когда яркие огни кажутся низкими в поле зрения, защитные механизмы глаз менее эффективны, и особенно важны меры предосторожности.

Существует по крайней мере пять отдельных типов опасностей для глаз и кожи, связанных с интенсивным светом и источниками IRR, и меры защиты должны выбираться с пониманием каждого из них. Помимо потенциальных опасностей, связанных с ультрафиолетовым излучением (УФИ) от некоторых источников интенсивного света, следует учитывать следующие опасности (Слайни и Вольбаршт, 1980; ВОЗ, 1982):

1. Термическое повреждение сетчатки, которое может происходить при длинах волн от 400 до 1,400 нм. Обычно опасность такого типа травм представляют только лазеры, очень мощный источник ксеноновой дуги или ядерный огненный шар. Местное ожоги сетчатки приводят к слепому пятну (скотоме).
2. Фотохимическое повреждение сетчатки синим светом (опасность, в основном связанная с синим светом с длиной волны от 400 до 550 нм) (Ham 1989). Травму обычно называют фоторетинитом «синего света»; конкретная форма этой травмы называется, в зависимости от ее источника, солнечный ретинит. Солнечный ретинит когда-то называли «затменной слепотой» и связанным с ним «ожогом сетчатки». Только в последние годы стало ясно, что фоторетинит возникает в результате фотохимического механизма повреждения после воздействия на сетчатку более короткими длинами волн в видимом спектре, а именно фиолетовым и синим светом. До 1970-х годов считалось, что это результат механизма термической травмы. В отличие от синего света, излучение ИРА очень неэффективно в отношении повреждения сетчатки. (Хэм, 1989; Слайни и Вольбаршт, 1980).
3. Тепловая опасность для хрусталика в ближней инфракрасной области (связанная с длинами волн примерно от 800 до 3,000 нм) с потенциалом промышленной тепловой катаракты. Среднее воздействие инфракрасного излучения на роговицу при солнечном свете составляет порядка 10 Вт/м.². Для сравнения, работники стекольной и сталелитейной промышленности подвергались воздействию инфракрасного излучения порядка 0.8–4 кВт/м.² ежедневно в течение 10–15 лет, по сообщениям, у них развилось помутнение хрусталика (Sliney and Wolbarsht, 1980). Эти спектральные диапазоны включают IRA и IRB (см. рисунок 1). Рекомендации Американской конференции правительственных специалистов по промышленной гигиене (ACGIH) по воздействию ИРА на переднюю часть глаза представляют собой взвешенную по времени общую освещенность 100 Вт/м.² при продолжительности воздействия более 1,000 с (16.7 мин) (ACGIH 1992 и 1995).
4. Термическое повреждение роговицы и конъюнктивы (при длинах волн примерно от 1,400 нм до 1 мм). Этот тип травмы почти исключительно ограничивается воздействием лазерного излучения.
5. Термическое поражение кожи. Это редко встречается в обычных источниках, но может происходить во всем оптическом спектре.

Важность длины волны и времени воздействия

Термические поражения (1) и (4) выше, как правило, ограничиваются очень короткой продолжительностью воздействия, и защита глаз предназначена для предотвращения этих острых повреждений. Однако фотохимические повреждения, такие как упомянутые в (2) выше, могут быть результатом низких мощностей доз, распределенных в течение всего рабочего дня. Произведение мощности дозы и продолжительности облучения всегда дает дозу (именно доза определяет степень фотохимической опасности). Как и в случае любого механизма фотохимического повреждения, необходимо учитывать спектр действия, который описывает относительную эффективность различных длин волн в возникновении фотобиологического эффекта. Например, спектр действия при фотохимическом повреждении сетчатки достигает пика примерно при 440 нм (Ham 1989). Большинство фотохимических эффектов ограничено очень узким диапазоном длин волн; тогда как тепловой эффект может возникать на любой длине волны в спектре. Следовательно, средства защиты глаз от этих специфических эффектов должны блокировать только относительно узкую спектральную полосу, чтобы быть эффективными. Обычно при защите глаз от широкополосного источника необходимо фильтровать более одной спектральной полосы.

Источники оптического излучения

Солнечный свет

Наибольшее профессиональное облучение оптическим излучением происходит в результате воздействия солнечных лучей на работающих на открытом воздухе. Солнечный спектр простирается от границы стратосферного озонового слоя примерно 290–295 нм в ультрафиолетовом диапазоне до не менее 5,000 нм (5 мкм) в инфракрасном диапазоне. Солнечное излучение может достигать уровня 1 кВт/м.² в летние месяцы. В зависимости от температуры и влажности окружающего воздуха это может привести к тепловому стрессу.

Искусственные источники

К наиболее значительным искусственным источникам облучения человека оптическим излучением относятся следующие:

1. Сварка и резка. Сварщики и их коллеги обычно подвергаются воздействию не только интенсивного УФ-излучения, но также интенсивного видимого и инфракрасного излучения, испускаемого дугой. В редких случаях эти источники вызывали острое повреждение сетчатки глаза. Защита глаз является обязательной для этих сред.
2. Металлургия и литейное производство. Наиболее значительным источником видимого и инфракрасного излучения являются поверхности расплавленных и горячих металлов в сталелитейной и алюминиевой промышленности, а также в литейных цехах. Воздействие на рабочих обычно колеблется от 0.5 до 1.2 кВт/м.².
3. Дуговые лампы. Многие промышленные и коммерческие процессы, например, с использованием фотохимических ламп, излучают интенсивный коротковолновый видимый (синий) свет, а также УФ- и ИК-излучение. Хотя вероятность вредного воздействия низка из-за экранирования, в некоторых случаях может произойти случайное воздействие.
4. Инфракрасные лампы. Эти лампы излучают преимущественно в диапазоне IRA и обычно используются для термообработки, сушки краски и связанных с ними приложений. Эти лампы не представляют значительной опасности для человека, поскольку дискомфорт, возникающий при воздействии, ограничивает воздействие до безопасного уровня.
5. Медицинское лечение. Инфракрасные лампы используются в физической медицине для различных диагностических и терапевтических целей. Воздействие на пациента значительно различается в зависимости от типа лечения, а ИК-лампы требуют осторожного использования персоналом.
6. Общее освещение. Люминесцентные лампы излучают очень мало инфракрасного излучения и, как правило, недостаточно яркие, чтобы представлять потенциальную опасность для глаз. Вольфрамовые и вольфрамово-галогенные лампы накаливания излучают большую часть своей лучистой энергии в инфракрасном диапазоне. Кроме того, синий свет, излучаемый вольфрамово-галогенными лампами, может представлять опасность для сетчатки глаза, если человек смотрит на нить накала. К счастью, реакция отвращения глаза к яркому свету предотвращает острые травмы даже на коротких расстояниях. Размещение стеклянных «тепловых» фильтров над этими лампами должно свести к минимуму/устранить эту опасность.
7. Оптические проекторы и другие устройства. Интенсивные источники света используются в прожекторах, кинопроекторах и других устройствах для коллимации светового пучка. Они могут представлять опасность для сетчатки при прямом попадании луча на очень близком расстоянии.

Измерение свойств источника

Наиболее важной характеристикой любого оптического источника является его спектральное распределение мощности. Это измеряется с помощью спектрорадиометра, который состоит из подходящей входной оптики, монохроматора и фотодетектора.

Во многих практических ситуациях для выбора заданной области спектра используется широкополосный оптический радиометр. Как для видимого освещения, так и в целях безопасности спектральная характеристика прибора будет соответствовать биологической спектральной характеристике; например, люксметры ориентированы на фотопическую (визуальную) реакцию глаза. Обычно, за исключением измерителей опасности УФИ, измерение и анализ опасностей источников интенсивного света и источников инфракрасного излучения слишком сложны для обычных специалистов по охране труда и технике безопасности. Достигнут прогресс в стандартизации категорий безопасности ламп, так что измерения пользователем не потребуются для определения потенциальных опасностей.

Пределы воздействия на человека

Зная оптические параметры человеческого глаза и яркость источника света, можно рассчитать освещенность (мощность дозы) на сетчатке. Воздействие инфракрасного излучения на передние структуры человеческого глаза также может представлять интерес, и следует также иметь в виду, что относительное положение источника света и степень закрытия века могут сильно повлиять на правильный расчет воздействия на глаз. доза. При воздействии ультрафиолетового и коротковолнового света также важно спектральное распределение источника света.

Ряд национальных и международных групп рекомендовал пределы профессионального воздействия (EL) оптического излучения (ACGIH, 1992 и 1994; Sliney, 1992). Хотя большинство таких групп рекомендовали EL для УФ и лазерного излучения, только одна группа рекомендовала EL для видимого излучения (т. е. света), а именно, ACGIH, агентство, хорошо известное в области гигиены труда. ACGIH называет свои EL пороговыми значениями или TLV. и поскольку они издаются ежегодно, существует возможность ежегодного пересмотра (ACGIH 1992 и 1995). Они основаны в значительной степени на данных о травмах глаз, полученных в исследованиях на животных, и на данных о травмах сетчатки человека, полученных в результате наблюдения за солнцем и сварочной дугой. Кроме того, TLV основаны на исходном предположении, что воздействие видимой лучистой энергии на открытом воздухе обычно не опасно для глаз, за ​​исключением очень необычных условий, таких как снежные поля и пустыни, или когда человек действительно фиксирует глаза на солнце.

Оценка безопасности оптического излучения

Поскольку всесторонняя оценка опасности требует сложных измерений спектрального излучения и мощности источника, а иногда также очень специализированных инструментов и расчетов, она редко проводится на месте промышленными гигиенистами и инженерами по технике безопасности. Вместо этого средства защиты глаз, которые должны быть развернуты, предусмотрены правилами техники безопасности в опасных средах. В научных исследованиях оценивался широкий спектр дуг, лазеров и источников тепла, чтобы разработать общие рекомендации для практических и простых в применении стандартов безопасности.

Защитные меры

Профессиональное воздействие видимого и инфракрасного излучения редко бывает опасным и обычно приносит пользу. Однако некоторые источники испускают значительное количество видимого излучения, и в этом случае вызывается естественная реакция отвращения, поэтому вероятность случайного переоблучения глаз мала. С другой стороны, вполне вероятно случайное облучение в случае искусственных источников, излучающих только излучение ближнего ИК-диапазона. Меры, которые могут быть приняты для сведения к минимуму ненужного воздействия ИК-излучения на персонал, включают надлежащую инженерную конструкцию используемой оптической системы, ношение соответствующих защитных очков или лицевых щитков, ограничение доступа для лиц, непосредственно связанных с работой, и обеспечение того, чтобы рабочие были осведомлены о потенциальные опасности, связанные с воздействием интенсивных источников видимого и инфракрасного излучения. Обслуживающий персонал, занимающийся заменой дуговых ламп, должен пройти соответствующую подготовку, чтобы исключить воздействие опасных факторов. Недопустимо, чтобы у рабочих возникала эритема кожи или фотокератит. Если эти условия действительно возникают, следует изучить методы работы и принять меры для обеспечения того, чтобы в будущем чрезмерное воздействие стало маловероятным. Беременные операторы не подвергаются особому риску оптического излучения в отношении целостности их беременности.

Дизайн и стандарты защиты глаз

Разработка защитных очков для сварки и других операций, связанных с источниками промышленного оптического излучения (например, при литейном производстве, производстве стали и стекла) началась в начале этого века с разработки стекла Крука. Стандарты средств защиты глаз, разработанные позже, следовали общему принципу, согласно которому, поскольку инфракрасное и ультрафиолетовое излучение не нужны для зрения, эти спектральные диапазоны должны максимально блокироваться доступными в настоящее время стеклянными материалами.

Эмпирические стандарты для средств защиты глаз были протестированы в 1970-х годах, и было показано, что они включают высокие коэффициенты безопасности для инфракрасного и ультрафиолетового излучения, когда коэффициенты передачи были проверены на соответствие текущим пределам воздействия на рабочем месте, тогда как коэффициенты защиты для синего света были как раз достаточны. Поэтому требования некоторых стандартов были скорректированы.

Защита от ультрафиолетового и инфракрасного излучения

Ряд специализированных УФ-ламп используется в промышленности для обнаружения флуоресценции и фотоотверждения чернил, пластиковых смол, стоматологических полимеров и т.д. Хотя источники УФ-А обычно представляют небольшой риск, эти источники могут либо содержать следовые количества опасного УФ-В, либо создавать проблему ослепления (из-за флуоресценции хрусталика глаза). Линзы с УФ-фильтром, стеклянные или пластиковые, с очень высоким коэффициентом затухания широко доступны для защиты от всего спектра УФ-излучения. Легкий желтоватый оттенок может быть обнаружен, если обеспечивается защита до 400 нм. Для этого типа очков (и для промышленных солнцезащитных очков) первостепенное значение имеет обеспечение защиты периферийного поля зрения. Боковые экраны или закругленные конструкции важны для защиты от фокусировки височных косых лучей в носовую экваториальную область хрусталика, где часто возникает кортикальная катаракта.

Почти все стеклянные и пластиковые линзы блокируют ультрафиолетовое излучение с длиной волны ниже 300 нм и инфракрасное излучение с длиной волны более 3,000 нм (3 мкм), а для некоторых лазеров и оптических источников хорошую защиту обеспечат обычные ударопрочные прозрачные защитные очки (например, прозрачные линзы из поликарбоната эффективно блокируют длину волны более 3 мкм). Однако должны быть добавлены поглотители, такие как оксиды металлов в стекле или органические красители в пластмассах, для устранения УФ-излучения примерно до 380–400 нм и инфракрасного излучения от 780 нм до 3 мкм. В зависимости от материала это может быть либо просто, либо очень сложно, либо дорого, а стабильность поглотителя может несколько различаться. Фильтры, соответствующие стандарту ANSI Z87.1 Американского национального института стандартов, должны иметь соответствующие коэффициенты ослабления в каждой критической спектральной полосе.

Защита в различных отраслях

Пожаротушение

Пожарные могут подвергаться интенсивному воздействию ближнего инфракрасного излучения, и, помимо крайне важной защиты головы и лица, часто назначают фильтры, снижающие IRR. Здесь также важна защита от ударов.

Очки для литейной и стекольной промышленности

Очки и защитные очки, предназначенные для защиты глаз от инфракрасного излучения, обычно имеют светло-зеленоватый оттенок, хотя оттенок может быть и темнее, если желательна некоторая защита от видимого излучения. Такие защитные очки не следует путать с синими линзами, используемыми при сталелитейных и литейных работах, целью которых является визуальная проверка температуры расплава; эти синие очки не обеспечивают защиты, и их следует носить ненадолго.

сварка

Инфракрасные и ультрафиолетовые фильтрующие свойства можно легко придать стеклянным фильтрам с помощью таких добавок, как оксид железа, но степень строго видимого ослабления определяет степень затухания. номер оттенка, что является логарифмическим выражением затухания. Обычно степень затемнения от 3 до 4 используется для газовой сварки (для чего требуются защитные очки), а степень затемнения от 10 до 14 — для дуговой сварки и операций с плазменной дугой (здесь требуется защита шлема). Эмпирическое правило заключается в том, что если сварщик считает дугу удобной для наблюдения, обеспечивается адекватное затухание для защиты глаз. Руководителям, помощникам сварщиков и другим лицам в рабочей зоне могут потребоваться фильтры с относительно низким числом затемнения (например, от 3 до 4) для защиты от фотокератита («дуговой глаз» или «вспышка сварщика»). В последние годы на сцене появился новый тип сварочного светофильтра — светофильтр с автозатемнением. Независимо от типа фильтра, он должен соответствовать стандартам ANSI Z87.1 и Z49.1 для стационарных сварочных фильтров, предназначенных для темного оттенка (Buhr and Sutter 1989; CIE 1987).

Сварочные светофильтры с автоматическим затемнением

Сварочный светофильтр с автоматическим затемнением, число затемнения которого увеличивается с увеличением интенсивности падающего на него оптического излучения, представляет собой важный шаг вперед в способности сварщиков выполнять сварные швы неизменно высокого качества более эффективно и эргономично. Раньше сварщику приходилось опускать и поднимать шлем или фильтр каждый раз, когда зажигалась и гасилась дуга. Сварщик должен был работать «вслепую» непосредственно перед тем, как зажечь дугу. Кроме того, шлем обычно опускается и поднимается с резким рывком шеи и головы, что может привести к перенапряжению шеи или более серьезным травмам. Столкнувшись с этой неудобной и громоздкой процедурой, некоторые сварщики часто зажигают дугу в обычном шлеме в поднятом положении, что приводит к фотокератиту. В нормальных условиях окружающего освещения сварщик в каске с автозатемняющим фильтром может видеть достаточно хорошо с надетой защитой для глаз, чтобы выполнять такие задачи, как выравнивание свариваемых деталей, точное позиционирование сварочного оборудования и зажигание дуги. В наиболее типичных конструкциях шлемов световые датчики затем обнаруживают вспышку дуги практически сразу после ее появления и направляют электронный привод на переключение жидкокристаллического фильтра со светлого оттенка на предварительно выбранный темный оттенок, устраняя необходимость в неуклюжих и опасных процедурах. маневры, практикуемые с фильтрами с фиксированным затемнением.

Часто возникает вопрос, могут ли возникнуть скрытые проблемы с безопасностью при использовании фильтров с автоматическим затемнением. Например, могут ли остаточные изображения («мгновенная слепота»), возникающие на рабочем месте, привести к необратимому ухудшению зрения? Действительно ли новые типы фильтров обеспечивают степень защиты, эквивалентную или лучшую, чем та, которую могут обеспечить обычные стационарные фильтры? Хотя на второй вопрос можно ответить утвердительно, нужно понимать, что не все автозатемняющие фильтры равноценны. Скорости реакции фильтров, значения светлых и темных оттенков, достигаемые при заданной интенсивности освещения, а также вес каждой единицы могут варьироваться от одной модели оборудования к другой. Температурная зависимость производительности устройства, изменение степени затемнения при разрядке электрической батареи, «затенение в состоянии покоя» и другие технические факторы различаются в зависимости от конструкции каждого производителя. Эти соображения учитываются в новых стандартах.

Поскольку адекватное ослабление фильтра обеспечивается всеми системами, единственным наиболее важным параметром, указанным производителями фильтров с автоматическим затемнением, является скорость переключения фильтров. Современные фильтры с автоматическим затемнением различаются по скорости переключения от одной десятой секунды до более чем 1/10,000 1989 секунды. Бур и Саттер (0.1) указали способ определения максимального времени переключения, но их формулировка зависит от времени переключения. Скорость переключения имеет решающее значение, поскольку она дает наилучший ключ к важнейшему (но не указанному) показателю того, сколько света попадет в глаз при зажигании дуги по сравнению со светом, пропускаемым фиксированным фильтром с тем же рабочим номером затемнения. . Если при каждом переключении в течение дня в глаз попадает слишком много света, накопленная доза световой энергии вызывает «преходящую адаптацию» и жалобы на «напряжение глаз» и другие проблемы. (Переходная адаптация — это визуальный опыт, вызванный внезапными изменениями в освещении, который может характеризоваться дискомфортом, ощущением яркого света и временной потерей детального зрения.) Текущие продукты со скоростью переключения порядка десяти миллисекунд будет лучше обеспечивать адекватную защиту от фоторетинита. Однако самое короткое время переключения — порядка 1985 мс — имеет то преимущество, что уменьшает переходные эффекты адаптации (Эриксен, 1992; Слайни, XNUMX).

Сварщику доступны простые контрольные испытания, за исключением обширных лабораторных испытаний. Сварщику можно предложить просто просмотреть страницу с подробным отпечатком через несколько фильтров с автоматическим затемнением. Это даст представление об оптическом качестве каждого фильтра. Затем сварщика могут попросить попробовать зажечь дугу, наблюдая за ней через каждый фильтр, рассматриваемый для покупки. К счастью, можно положиться на тот факт, что уровни освещенности, комфортные для просмотра, не будут опасными. Эффективность УФ- и ИК-фильтрации следует проверять по спецификации производителя, чтобы убедиться, что ненужные полосы отфильтрованы. Несколько повторных зажжений дуги должны дать сварщику представление о том, будет ли он испытывать дискомфорт от временной адаптации, хотя лучше всего провести однодневную пробу.

Степень затемнения автозатемняющего фильтра в состоянии покоя или отказа (состояние отказа возникает при выходе из строя батареи) должна обеспечивать 100% защиту глаз сварщика в течение как минимум одной-нескольких секунд. Некоторые производители используют темное состояние в качестве положения «выключено», а другие используют промежуточный оттенок между темным и светлым состояниями затемнения. В любом случае коэффициент пропускания фильтра в состоянии покоя должен быть значительно ниже, чем коэффициент пропускания в светлой тени, чтобы исключить опасность для сетчатки. В любом случае устройство должно обеспечивать пользователю четкую и очевидную индикацию отключения фильтра или отказа системы. Это обеспечит заблаговременное предупреждение сварщика о том, что фильтр не включен или не работает должным образом до начала сварки. Другие функции, такие как срок службы батареи или производительность в экстремальных температурных условиях, могут быть важны для некоторых пользователей.

Выводы

Хотя технические характеристики устройств, защищающих глаза от источников оптического излучения, могут показаться несколько сложными, существуют стандарты безопасности, в которых указываются степени затемнения, и эти стандарты обеспечивают консервативный коэффициент безопасности для пользователя.

Назад