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49. 輻射,非電離

章節編輯:  本特無賴


 

目錄 

表格和數字

電場和磁場與健康結果
本特無賴

電磁頻譜:基本物理特性
Kjell Hansson 溫和型

紫外線輻射
大衛·H·斯萊尼

紅外輻射
R.馬修斯

光和紅外輻射
大衛·H·斯萊尼

激光
大衛·H·斯萊尼

射頻場和微波
Kjell Hansson 溫和型

VLF 和 ELF 電場和磁場
邁克爾·H·雷帕喬利

靜電場和磁場
馬蒂諾·格蘭多夫

單擊下面的鏈接以在文章上下文中查看表格。

1. IR 的來源和曝光
2. 視網膜熱危害函數
3. 典型激光的曝光極限
4. 使用範圍 >0 至 30 kHz 的設備應用
5. 暴露於磁場的職業來源
6. 電流通過人體的影響
7. 各種電流密度範圍的生物效應
8. 職業接觸限值——電場/磁場
9. 暴露於靜電場的動物研究
10. 重大技術與大靜磁場
11. ICNIRP 對靜態磁場的建議

人物

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星期二,15 March 2011 14:45

電場和磁場與健康結果

近年來,人們對弱電場和磁場的生物效應和可能的健康結果的興趣有所增加。 已經提出了關於磁場和癌症、生殖和神經行為反應的研究。 在下文中,總結了我們所知道的、仍然需要調查的內容,特別是什麼政策是合適的——是否應該完全不限制暴露、“謹慎避免”或昂貴的干預。

我們所知道的

癌症

對兒童白血病和住宅接觸電線的流行病學研究似乎表明風險略有增加,而且據報導,“電氣”職業的白血病和腦瘤風險過高。 最近對暴露評估技術進行改進的研究普遍加強了相關性的證據。 然而,曝光特性仍然不夠明確——例如,磁場頻率和曝光間歇性; 對可能的混雜因素或影響改變因素知之甚少。 此外,大多數職業研究表明有一種特殊形式的白血病,即急性髓性白血病,而其他研究則發現另一種形式的慢性淋巴性白血病的發病率更高。 報導的少數動物癌症研究並未對風險評估提供太多幫助,儘管進行了大量實驗性細胞研究,但尚未提出可以解釋致癌作用的合理且可理解的機制。

生殖,特別參考妊娠結局

在流行病學研究中,已報告母體和父體暴露於磁場後出現不良妊娠結局和兒童癌症,而父系暴露表明存在遺傳毒性作用。 其他研究團隊複製積極結果的努力並未成功。 對暴露於屏幕發射的電場和磁場的視覺顯示單元 (VDU) 操作員的流行病學研究主要是負面的,並且對類似 VDU 場的動物致畸研究自相矛盾,無法支持可靠的結論。

神經行為反應

對年輕志願者的激發研究似乎表明,在暴露於相對較弱的電場和磁場後,心率減慢和腦電圖 (EEG) 發生變化等生理變化。 最近出現的對電過敏的現像似乎是多方面的原因,是否涉及領域尚不清楚。 已經報導了各種各樣的症狀和不適,主要是皮膚和神經系統。 大多數患者有面部瀰漫性皮膚不適,如潮紅、紅潤、紅潤、發熱、發熱、刺痛、疼痛和緊繃感。 還描述了與神經系統相關的症狀,例如頭痛、頭暈、疲勞和昏厥、四肢刺痛和刺痛感、呼吸急促、心悸、大量出汗、抑鬱和記憶困難。 沒有出現典型的器質性神經系統疾病症狀。

曝光

暴露於場的情況遍及整個社會:在家中、在工作中、在學校中以及通過電動交通工具的操作。 只要有電線、電動機和電子設備,就會產生電場和磁場。 0.2 至 0.4 μT(微特斯拉)的平均工作日場強似乎是可能會增加風險的水平,並且已計算出生活在電線下或附近的受試者的年平均值類似水平。

許多人在家中(通過電暖氣、剃須刀、吹風機和其他家用電器,或建築物中電氣接地系統不平衡導致的雜散電流)、工作中同樣暴露在這些水平以上,但時間較短(在某些涉及靠近電氣和電子設備的行業和辦公室中)或在火車和其他電動交通工具中旅行時。 這種間歇性暴露的重要性尚不清楚。 關於暴露(涉及與場頻的重要性、其他修改或混雜因素或對白天和黑夜總暴露的知識有關的問題)和效果(考慮到關於癌症類型的發現的一致性)還有其他不確定性,以及流行病學研究,這使得有必要非常謹慎地評估所有風險評估。

風險評估

在斯堪的納維亞的住宅研究中,結果表明高於 0.2 μT 的白血病風險增加一倍,該暴露水平對應於架空電力線 50 至 100 米範圍內通常遇到的暴露水平。 然而,輸電線下的兒童白血病病例數量很少,因此與社會上的其他環境危害相比,風險較低。 據統計,瑞典每年有兩例兒童白血病是在電線下或附近發生的。 這些情況之一可能歸因於磁場風險(如果有的話)。

職業磁場暴露通常高於住宅暴露,暴露工人的白血病和腦瘤風險計算值高於生活在電線附近的兒童。 根據瑞典一項研究發現的歸因風險計算,每年大約有 20 例白血病和 20 例腦瘤可歸因於磁場。 這些數字將與瑞典每年 40,000 例癌症病例的總數進行比較,其中 800 例經計算具有職業起源。

還需要調查什麼

很明顯,需要更多的研究來確保對迄今為止獲得的流行病學研究結果有一個令人滿意的理解。 世界上不同國家正在進行更多的流行病學研究,但問題是這些研究是否會增加我們已有的知識。 事實上,尚不清楚場的哪些特徵會導致這些影響(如果有的話)。 因此,我們肯定需要對可能的機制進行更多研究,以解釋我們收集到的發現。

然而,在文獻中有大量的 體外 致力於尋找可能機制的研究。 基於細胞表面和細胞膜鈣離子轉運的變化、細胞通訊的中斷、細胞生長的調節、通過調節的核糖核酸 (RNA) 轉錄激活特定基因序列、抑鬱症,已經提出了幾種癌症促進模型松果體褪黑激素的產生、鳥氨酸脫羧酶活性的調節以及可能破壞激素和免疫系統的抗腫瘤控制機制。 這些機制中的每一個都具有適用於解釋已報導的磁場致癌作用的特徵; 然而,沒有一個是沒有問題和根本反對意見的。

褪黑激素和磁鐵礦

有兩種可能的機制可能與癌症促進有關,因此值得特別關注。 其中之一與磁場引起的夜間褪黑激素水平降低有關,另一個與在人體組織中發現磁鐵礦晶體有關。

從動物研究中得知,褪黑激素通過影響循環性激素水平,具有間接的抑制腫瘤的作用。 動物研究還表明,磁場會抑制松果體褪黑激素的產生,這一發現表明了一個理論機制,即所報告的(例如)乳腺癌的增加可能是由於暴露於此類磁場。 最近,有人提出了癌症風險增加的另一種解釋。 已發現褪黑激素是最有效的羥基自由基清除劑,因此褪黑激素可顯著抑制自由基可能造成的 DNA 損傷。 如果褪黑激素水平受到抑制,例如通過磁場,DNA 就更容易受到氧化攻擊。 該理論解釋了磁場對褪黑激素的抑制如何導致任何組織的癌症發病率更高。

但是,當個人暴露在弱磁場中時,人體褪黑激素的血液水平會降低嗎? 有一些跡象表明情況可能如此,但還需要進一步研究。 多年以來,人們已經知道,鳥類在季節性遷徙期間定位自己的能力是通過細胞中對地球磁場作出反應的磁鐵礦晶體介導的。 現在,如上所述,磁鐵礦晶體也已被證明以理論上足夠高的濃度存在於人體細胞中以響應弱磁場。 因此,在討論電場和磁場的潛在有害影響可能提出的可能機制時,應考慮磁鐵礦晶體的作用。

機制知識的必要性

總而言之,顯然需要對此類可能機制進行更多研究。 流行病學家需要有關他們在暴露評估中應關注哪些電場和磁場特徵的信息。 在大多數流行病學研究中,使用平均或中值場強(頻率為 50 至 60 赫茲); 在其他國家,研究了接觸的累積量度。 在最近的一項研究中,發現頻率較高的場與風險有關。 最後,在一些動物研究中,發現場瞬變很重要。 對於流行病學家來說,問題不在於效果; 今天,許多國家都有疾病登記冊。 問題是流行病學家不知道在他們的研究中要考慮的相關暴露特徵。

什麼政策合適

保護系統

通常,在法規、指南和政策方面需要考慮不同的保護系統。 大多數情況下,選擇基於健康的系統,在該系統中,可以在特定暴露水平下識別特定的不利健康影響,而不管暴露類型,化學或物理。 第二個系統的特點是對已知和可接受的危害進行優化,沒有閾值,低於該閾值就不存在風險。 屬於此類系統的暴露示例是電離輻射。 第三個系統涵蓋危害或風險,其中暴露和結果之間的因果關係尚未以合理的確定性顯示,但人們普遍擔心可能存在的風險。 這最後的保護系統被表示為 謹慎原則,或者最近 謹慎迴避,這可以概括為未來在沒有科學確定性的情況下避免不必要暴露的低成本。 以這種方式討論了暴露在電場和磁場中的問題,並提出了系統的策略,例如,未來的電力線應該如何佈線、工作場所的安排和家用電器的設計,以最大限度地減少暴露。

顯然,優化系統不適用於電場和磁場的限制,只是因為它們不為人所知且不被接受為風險。 然而,其他兩個系統目前都在考慮之中。

基於健康的系統下限制暴露的法規和指南

在國際準則中,限制場暴露的限值比從架空電力線測得的和在電氣職業中發現的限值高幾個數量級。 國際輻射防護協會 (IRPA) 發行 暴露於 50/60 Hz 電場和磁場的限制指南 1990 年,它已被採納為許多國家標準的基礎。 由於此後發表了重要的新研究,國際非電離輻射防護委員會 (ICNIRP) 於 1993 年發布了一份附錄。 此外,1993 年英國也進行了與 IRPA 一致的風險評估。

這些文件強調,當今的科學知識水平並不能保證將公眾和工作人員的暴露水平限制在 μT 水平,並且需要進一步的數據來確認是否存在健康危害。 IRPA 和 ICNIRP 準則基於體內場感應電流的影響,對應於人體中通常存在的電流(高達約 10 mA/m2). 建議全天暴露在 50/60 Hz 磁場中的職業暴露限制在 0.5 mT,在最多兩小時的短時間暴露在 5 mT。 建議將電場暴露限制在 10 和 30 kV/m。 公眾的 24 小時限值設置為 5 kV/m 和 0.1 mT。

這些關於暴露調節的討論完全基於癌症報告。 在對與電場和磁場相關的其他可能的健康影響(例如,生殖和神經行為障礙)的研究中,結果通常被認為不夠明確和一致,無法構成限制暴露的科學依據。

謹慎或謹慎避免的原則

這兩個概念之間沒有真正的區別。 不過,在討論電場和磁場時,更具體地使用了謹慎迴避。 如上所述,只要對健康影響存在科學不確定性,謹慎避免可以概括為未來的低成本避免不必要的暴露。 它已在瑞典採用,但未在其他國家/地區採用。

在瑞典,五個政府機構(瑞典輻射防護研究所;國家電力安全委員會;國家健康和福利委員會;國家職業安全和健康委員會;以及國家住房、建築和規劃委員會)聯合聲明“現在積累的全部知識證明採取措施減少場功率是合理的”。 如果成本合理,政策是保護人們免受長時間的強磁暴露。 在安裝可能導致高磁場暴露的新設備或新電源線期間,應選擇暴露程度較低的解決方案,前提是這些解決方案不會帶來很大的不便或成本。 一般來說,如輻射防護研究所所述,如果暴露水平超過正常水平十倍以上,則可以採取措施減少磁場,前提是這種減少可以以合理的成本完成。 在現有裝置的暴露水平不超過正常水平十倍的情況下,應避免昂貴的重建。 毋庸置疑,目前的迴避概念受到了各國許多專家的批評,例如電力行業的專家。

結論

在本論文中,總結了我們對電場和磁場可能對健康產生的影響所了解的知識,以及尚待研究的內容。 對於應該採用哪種政策的問題沒有給出答案,但已經提出了可選的保護系統。 在這方面,很明顯,手頭的科學數據庫不足以製定 μT 水平的暴露限值,這反過來意味著沒有理由在這些暴露水平上進行昂貴的干預。 是否應採取某種形式的謹慎策略(例如謹慎避免)由各個國家/地區的公共和職業衛生當局決定。 如果不採用這種策略,通常意味著沒有施加任何暴露限制,因為基於健康的閾值限值遠高於日常公共和職業暴露。 因此,如果今天對法規、指南和政策的意見不同,標準制定者之間的普遍共識是需要更多的研究來為未來的行動打下堅實的基礎。

 

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星期二,15 March 2011 14:46

電磁頻譜:基本物理特性

最熟悉的電磁能形式是陽光。 太陽光(可見光)的頻率是較高頻率下強度更高的電離輻射(X 射線、宇宙射線)與較低頻率下更溫和的非電離輻射之間的分界線。 有一個非電離輻射的光譜。 在本章的上下文中,位於可見光下方的高端是紅外輻射。 在此之下是廣泛的無線電頻率,包括(按降序排列)微波、蜂窩無線電、電視、FM 無線電和 AM 無線電、用於電介質和感應加熱器的短波,以及低端的電源頻率領域。 電磁頻譜如圖 1 所示。 

圖 1. 電磁頻譜

ELF010F1

正如可見光或聲音滲透到我們的環境、我們生活和工作的空間一樣,電磁場的能量也是如此。 此外,正如我們接觸到的大部分聲能都是由人類活動產生的一樣,電磁能也是如此:從我們日常電器(使我們的收音機和電視機工作的電器)發出的微弱電平到高電平醫生為有益目的應用的水平——例如,透熱療法(熱處理)。 通常,這種能量的強度會隨著與源的距離的增加而迅速減弱。 這些領域在環境中的自然含量很低。

非電離輻射 (NIR) 包括電磁波譜中沒有足夠能量產生物質電離的所有輻射和場。 也就是說,NIR 無法通過去除一個或多個電子來向分子或原子提供足夠的能量來破壞其結構。 NIR 和電離輻射之間的分界線通常設置在大約 100 納米的波長處。

與任何形式的能量一樣,NIR 能量有可能與生物系統相互作用,結果可能沒有意義,可能有不同程度的危害,也可能是有益的。 對於射頻 (RF) 和微波輻射,主要的相互作用機制是加熱,但在頻譜的低頻部分,高強度場可能會在體內感應出電流,從而產生危險。 然而,低水平場強的相互作用機制是未知的。

 

 

 

 

 

 

 

 

數量和單位

頻率低於約 300 MHz 的場根據電場強度進行量化(E) 和磁場強度 (H). E 以伏特每米 (V/m) 表示,並且 H 以安培每米 (A/m) 為單位。 兩者都是矢量場——也就是說,它們的特徵在於每個點的大小和方向。 對於低頻範圍,磁場通常用磁通密度表示, B, 與國際單位特斯拉 (T)。 當討論我們日常環境中的場時,亞單位微特斯拉 (μT) 通常是首選單位。 在一些文獻中,通量密度以高斯 (G) 表示,這些單位之間的轉換是(對於空氣中的場):

1噸=104 G 或 0.1 μT = 1 mG 和 1 A/m = 1.26 μT。

可以查閱非電離輻射防護(包括射頻輻射)的概念、數量、單位和術語(NCRP 1981;Polk 和 Postow 1986;WHO 1993)。

術語 輻射 簡單來說就是波浪傳輸的能量。 電磁波是電力和磁力的波,其中波動被定義為物理系統中擾動的傳播。 電場的變化伴隨著磁場的變化,反之亦然。 這些現像在 1865 年由 JC 麥克斯韋用四個方程式描述,這些方程式後來被稱為麥克斯韋方程組。

電磁波的特徵在於一組參數,包括頻率(f), 波長 (λ), 電場強度, 磁場強度, 電極化 (P)(的方向 E 場),傳播速度(c) 和坡印亭向量 (S). 圖 2  說明電磁波在自由空間中的傳播。 頻率定義為電場或磁場在給定點每秒發生完全變化的次數,以赫茲 (Hz) 表示。 波長是波的兩個連續波峰或波谷(最大值或最小值)之間的距離。 頻率、波長和波速(v) 相互關聯如下:

v = f λ

圖2。 在x方向以光速傳播的平面波

ELF010F2

電磁波在自由空間中的速度等於光速,但材料中的速度取決於材料的電氣特性,即介電常數 (ε) 和磁導率 (μ)。 介電常數涉及材料與電場的相互作用,而磁導率表示與磁場的相互作用。 生物物質的介電常數與自由空間的介電常數大不相同,取決於波長(尤其是在射頻範圍內)和組織類型。 然而,生物物質的滲透性等於自由空間的滲透性。

在平面波中,如圖2所示 ,電場垂直於磁場,傳播方向垂直於電場和磁場。

 

 

 

對於平面波,電場強度值與磁場強度值之比為常數,稱為特性阻抗(Z):

Z = E/H

在自由空間, Z= 120π≈377Ω 然而在其他方面 Z 取決於波穿過的材料的介電常數和磁導率。

能量傳遞由 Poynting 矢量描述,它表示電磁通量密度的大小和方向:

S = E x H

對於傳播波,積分 S 在任何表面上表示通過該表面傳輸的瞬時功率(功率密度)。 Poynting 矢量的大小以每平方米瓦特 (W/m2)(在某些文獻中單位為 mW/cm2 使用 - 轉換為 SI 單位為 1 mW/cm2 = 10 瓦/米2) 和平面波與電場和磁場強度的值有關:

S = E2 / 120π = E2 / 377

S =120π H2 = 377 H2

並非所有在實踐中遇到的曝光條件都可以用平面波來表示。 在靠近射頻輻射源的距離處,平面波的關係特性不滿足。 天線輻射的電磁場可分為兩個區域:近場區和遠場區。 這些區域之間的邊界通常位於:

r = 2a2

哪裡 a 是天線的最大尺寸。

在近場區,暴露必須同時由電場和磁場來表徵。 在遠場中,其中一個就足夠了,因為它們通過上述方程相互關聯,涉及 EH. 實際上,近場情況通常在 300 Mhz 以下的頻率下實現。

電磁波與物體的相互作用使暴露於射頻場變得更加複雜。 通常,當電磁波遇到物體時,一些入射能量被反射,一些被吸收,一些被傳輸。 物體傳輸、吸收或反射的能量比例取決於場的頻率和極化以及物體的電氣特性和形狀。 入射波和反射波的疊加導致駐波和空間上不均勻的場分佈。 由於波被金屬物體完全反射,因此在靠近這些物體的地方形成駐波。

由於 RF 場與生物系統的相互作用取決於許多不同的場特性,並且在實踐中遇到的場很複雜,因此在描述 RF 場暴露時應考慮以下因素:

  • 曝光是發生在近場還是遠場
  • 如果是近場,則兩者的值 EH 需要; 如果是遠場,那麼要么 E or H
  • 場大小的空間變化
  • 場極化,即電場相對於波傳播方向的方向。

 

對於暴露於低頻磁場,目前尚不清楚場強或磁通密度是否是唯一重要的考慮因素。 事實證明,其他因素也很重要,例如曝光時間或場變化的速度。

術語 電磁場 (EMF),因為它在新聞媒體和大眾媒體中使用,通常是指頻譜低頻端的電場和磁場,但它也可以用於更廣泛的意義上,包括整個頻譜電磁輻射。 請注意,在低頻範圍內 E B 場的耦合或相互關聯的方式與它們在更高頻率下的方式不同,因此將它們稱為“電場和磁場”而不是 EMF 更為準確。

 

背部

星期二,15 March 2011 14:58

紫外線輻射

與可見光一樣,紫外線輻射 (UVR) 是一種光輻射形式,與可見光相比,它具有更短的波長和更高能的光子(輻射粒子)。 大多數光源也會發出一些 UVR。 UVR 存在於陽光中,也從工業、科學和醫學中使用的大量紫外線源中發出。 工人可能會在各種各樣的職業環境中遇到紫外線輻射。 在某些情況下,在低環境光水平下,可以看到非常強烈的近紫外線(“黑光”)源,但通常 UVR 是不可見的,必須通過在被 UVR 照射時發出熒光的材料的輝光來檢測。

正如光可以分為可以在彩虹中看到的顏色一樣,UVR 被細分,其成分通常表示為 紫外線A、紫外線BUVC. 光和UVR的波長通常以納米(nm)表示; 1納米是十億分之一(10 - 9) 一米。 太陽光中的UVC(極短波UVR)被大氣層吸收,無法到達地球表面。 UVC 只能從人工來源獲得,例如殺菌燈,它們以單一波長 (254 nm) 發射大部分能量,對殺死表面或空氣中的細菌和病毒非常有效。

UVB 是對皮膚和眼睛最俱生物破壞性的 UVR,雖然大部分能量(陽光的組成部分)被大氣吸收,但它仍然會產生曬傷和其他生物效應。 長波紫外線 (UVA) 通常存在於大多數燈源中,也是到達地球的最強烈的紫外線。 儘管 UVA 可以深入組織,但它的生物破壞性不如 UVB,因為單個光子的能量低於 UVB 或 UVC。

紫外線輻射源

陽光

戶外工作人員在陽光下經歷的紫外線輻射最大的職業暴露。 太陽輻射的能量被地球的臭氧層大大削弱,將地面 UVR 限制在大於 290-295 nm 的波長。 陽光中更危險的短波 (UVB) 射線的能量是大氣傾斜路徑的強大函數,並隨季節和一天中的時間而變化(Sliney 1986 和 1987;WHO 1994)。

人工來源

人類接觸的最重要的人工來源包括:

工業電弧焊。 潛在 UVR 暴露的最重要來源是弧焊設備的輻射能。 弧焊設備周圍的 UVR 水平非常高,在幾米的近距離觀察下,暴露在三到十分鐘內可能會對眼睛和皮膚造成急性傷害。 眼睛和皮膚保護是強制性的。

工業/工作場所 UVR 燈。 許多工業和商業過程,例如油墨、油漆和塑料的光化學固化,都涉及使用在紫外線範圍內發出強烈光的燈。 雖然由於屏蔽而有害暴露的可能性很低,但在某些情況下可能會發生意外暴露。

“黑燈”。 黑光燈是一種主要在紫外線範圍內發射的專用燈,通常用於熒光粉的無損檢測、鈔票和文件的認證以及廣告和迪斯科舞廳的特殊效果。 這些燈不會對人類造成任何顯著的暴露危害(在某些情況下對光敏皮膚除外)。

藥物治療。 UVR 燈在醫學上用於各種診斷和治療目的。 UVA 源通常用於診斷應用。 根據治療類型的不同,對患者的照射也有很大差異,皮膚科使用的紫外線燈需要工作人員小心使用。

殺菌紫外線燈。 波長在 250–265 nm 範圍內的 UVR 對滅菌和消毒最有效,因為它對應於 DNA 吸收光譜中的最大值。 低壓汞放電管通常用作 UV 源,因為 90% 以上的輻射能量位於 254 nm 線。 這些燈通常被稱為“殺菌燈”、“殺菌燈”或簡稱為“UVC 燈”。 殺菌燈用於醫院抗擊結核感染,也用於微生物安全櫃內以滅活空氣中和表面的微生物。 正確安裝燈具和使用眼部保護裝置至關重要。

美黑. 在企業中可以找到日光浴床,客戶可以通過特殊的日光浴燈曬黑,這些日光浴燈主要在 UVA 範圍內發射,但也會發射一些 UVB。 經常使用日光浴床可能會顯著增加一個人每年的皮膚紫外線暴露量; 此外,在日光浴沙龍工作的員工也可能接觸到低水平的物質。 客戶應強制使用護目鏡或太陽鏡等護目鏡,根據安排,甚至工作人員也可能需要護目鏡。

一般照明. 熒光燈在工作場所很常見,在家庭中也已經使用了很長時間。 這些燈會發出少量的紫外線輻射,並且只佔一個人每年紫外線照射量的百分之幾。 鹵鎢燈越來越多地用於家庭和工作場所,用於各種照明和展示目的。 未屏蔽的滷素燈可以發出足以在短距離內造成急性傷害的紫外線輻射水平。 在這些燈上安裝玻璃過濾器應該可以消除這種危險。

生物效應

紅斑

紅斑或“曬傷”是皮膚變紅,通常在暴露於紫外線輻射後四到八小時內出現,並在幾天后逐漸消退。 嚴重的曬傷會導致皮膚起泡和脫皮。 UVB 和 UVC 在引起紅斑方面的效果都是 UVA 的 1,000 倍左右(Parrish、Jaenicke 和 Anderson,1982 年),但較長的 UVB 波長(295 至 315 nm)產生的紅斑更嚴重,持續時間更長(Hausser,1928 年)。 紅斑的嚴重程度和時間進程的增加是由於這些波長更深入地滲透到表皮中。 皮膚的最大靈敏度顯然出現在大約 295 nm 處(Luckiesh、Holladay 和 Taylor 1930;Coblentz、Stair 和 Hogue 1931),而在 0.07 nm 和更長的波長處出現的靈敏度要低得多(大約 315)(McKinlay 和 Diffey 1987)。

在最近針對未曬黑的淺色皮膚的研究中,295 nm 的最小紅斑劑量 (MED) 範圍為 6 至 30 mJ/cm2 (Everett、Olsen 和 Sayer 1965 年;Freeman 等人 1966 年;Berger、Urbach 和 Davies 1968 年)。 254 nm 處的 MED 變化很大,具體取決於曝光後經過的時間以及皮膚是否暴露在室外陽光下,但通常約為 20 mJ/cm2, 或高達 0.1 J/cm2. 皮膚色素沉著和曬黑,最重要的是角質層增厚,可以使 MED 增加至少一個數量級。

光敏作用

職業健康專家經常遇到光敏工人職業暴露於紫外線輻射的不利影響。 使用某些藥物可能會在暴露於 UVA 時產生光敏作用,局部應用某些產品(包括某些香水、潤膚露等)也可能產生光敏作用。 對光敏劑的反應包括光過敏(皮膚過敏反應)和從陽光或工業 UVR 來源的 UVR 暴露後的光毒性(皮膚刺激)。 (使用日光浴設備時的光敏反應也很常見。)這種皮膚光敏反應可能是由塗抹在皮膚上的乳膏或軟膏、口服或註射藥物或使用處方吸入器引起的(見圖 1) ). 開出潛在光敏藥物處方的醫生應始終警告患者採取適當措施以確保不會產生不良反應,但患者經常被告知只避免陽光照射而不是紫外線輻射源(因為這些對於一般人群來說並不常見)。

圖 1. 一些光致敏物質

ELF020T1

延遲效應

長期暴露在陽光下——尤其是 UVB 成分——會加速皮膚老化並增加患皮膚癌的風險(Fitzpatrick 等人 1974 年;Forbes 和 Davies 1982 年;Urbach 1969 年;Passchier 和 Bosnjakovic 1987 年)。 幾項流行病學研究表明,皮膚癌的發病率與緯度、海拔高度和天空覆蓋度密切相關,而這又與 UVR 暴露相關(Scotto、Fears 和 Gori 1980 年;WHO 1993 年)。

人類皮膚致癌作用的精確定量劑量反應關係尚未建立,儘管白皙皮膚的人,尤其是凱爾特人,更容易患皮膚癌。 然而,必須注意的是,在動物模型中引發皮膚腫瘤所必需的紫外線照射可能會傳遞得足夠慢,以至於不會產生紅斑,並且這些研究中報告的相對有效性(相對於 302 nm 處的峰值)在相同的情況下有所不同就像曬傷一樣(Cole、Forbes 和 Davies 1986;Sterenborg 和 van der Leun 1987)。

光角膜炎和光結膜炎

這些是由暴露於 UVB 和 UVC 輻射引起的急性炎症反應,在過度暴露後數小時內出現,通常在一到兩天后消退。

強光導致的視網膜損傷

儘管光源不太可能對視網膜造成熱損傷,但暴露於富含藍光的光源可能會造成光化學損傷。 這可能導致暫時或永久性視力下降。 然而,對強光的正常厭惡反應應該可以防止這種情況發生,除非有意識地努力盯著強光看。 UVR 對視網膜損傷的貢獻通常非常小,因為晶狀體的吸收限制了視網膜暴露。

慢性影響

幾十年來長期職業性暴露於紫外線輻射可能會導致白內障和非眼睛相關的退行性影響,例如與陽光照射相關的皮膚老化和皮膚癌。 長期暴露在紅外線輻射下也會增加患白內障的風險,但如果能保護眼睛,這種情況發生的可能性很小。

光化紫外線輻射(UVB 和 UVC)被角膜和結膜強烈吸收。 這些組織的過度暴露會導致角膜結膜炎,通常稱為“焊工閃光”、“弧光眼”或“雪盲”。 Pitts 報告了人類、兔子和猴子角膜中光性角膜炎的作用譜和時程(Pitts 1974)。 潛伏期與暴露的嚴重程度成反比,從1.5到24小時不等,但通常發生在6到12小時內; 不適通常會在 48 小時內消失。 結膜炎隨之而來,並可能伴有眼瞼周圍面部皮膚的紅斑。 當然,UVR 暴露很少會導致永久性眼部損傷。 Pitts 和 Tredici (1971) 報告了 10 至 220 nm 寬 310 nm 波段的人類光性角膜炎閾值數據。 發現角膜的最大靈敏度出現在 270 nm 處——與皮膚的最大靈敏度明顯不同。 據推測,270 nm 輻射在生物學上更具活性,因為缺乏角質層來減弱較短 UVR 波長下角膜上皮組織的劑量。 波長響應或作用光譜沒有像紅斑作用光譜那樣變化很大,閾值在 4 到 14 mJ/cm 之間變化2 在 270 納米。 在 308 nm 處報告的閾值約為 100 mJ/cm2.

眼睛反复暴露於具有潛在危險水平的 UVR 並不會像皮膚暴露那樣增加受影響組織(角膜)的保護能力,這會導致曬黑和角質層增厚。 Ringvold 及其同事研究了角膜 (Ringvold 1980a) 和房水 (Ringvold 1980b) 的紫外線吸收特性,以及 UVB 輻射對角膜上皮細胞 (Ringvold 1983)、角膜基質 (Ringvold 和 Davanger 1985) 和角膜內皮(Ringvold、Davanger 和 Olsen 1982;Olsen 和 Ringvold 1982)。 他們的電子顯微鏡研究表明,角膜組織具有顯著的修復和恢復特性。 儘管人們可以很容易地檢測到最初出現在細胞膜中的所有這些層的顯著損壞,但形態學恢復在一周後完成。 基質層中角膜細胞的破壞很明顯,儘管內皮細胞通常缺乏快速細胞更新,但內皮細胞恢復明顯。 卡倫等人。 (1984) 研究瞭如果紫外線照射持續存在,內皮損傷就會持續存在。 賴利等。 (1987) 還研究了 UVB 暴露後的角膜內皮細胞,並得出結論認為,嚴重的單一損傷不太可能產生延遲效應; 然而,他們還得出結論,長期接觸會加速與角膜老化相關的內皮細胞變化。

295 nm 以上的波長可以透過角膜,幾乎完全被晶狀體吸收。 Pitts、Cullen 和 Hacker (1977b) 表明,在 295–320 nm 波段的波長下,兔子會產生白內障。 瞬態不透明度的閾值範圍為 0.15 至 12.6 J/cm2,取決於波長,最小閾值為 300 nm。 永久性混濁需要更多的輻射照射。 在 325 至 395 nm 的波長范圍內沒有發現透鏡效應,即使在 28 至 162 J/cm 的更高輻射照射下也是如此2 (Pitts、Cullen 和 Hacker 1977a;Zuclich 和 Connolly 1976)。 這些研究清楚地說明了 300-315 nm 光譜帶的特殊危害,正如預期的那樣,因為這些波長的光子可以有效地穿透並具有足夠的能量來產生光化學損傷。

泰勒等。 (1988) 提供了流行病學證據,證明陽光中的 UVB 是老年性白內障的一個病因,但表明白內障與 UVA 暴露沒有相關性。 儘管由於晶狀體對 UVA 的強烈吸收而一度流行,但 UVA 可導致白內障的假設尚未得到實驗實驗室研究或流行病學研究的支持。 實驗室實驗數據表明光性角膜炎的閾值低於白內障發生的閾值,因此必須得出結論,低於每天產生光性角膜炎所需的水平應被視為對晶狀體組織有害。 即使假設角膜暴露在幾乎等於光性角膜炎閾值的水平,人們也會估計晶狀體在 308 nm 處的每日 UVR 劑量將低於 120 mJ/cm2 在戶外 12 小時(Sliney 1987)。 事實上,更現實的平均每日暴露量將小於該值的一半。

火腿等。 (1982) 確定了 320-400 nm 波段的 UVR 產生的光視網膜炎的作用光譜。 他們表明,可見光譜帶的閾值為 20 至 30 J/cm2 在 440 nm 處,減少到大約 5 J/cm2 對於以 10 nm 為中心的 325 nm 波段。 作用光譜隨著波長的減小而單調增加。 因此,我們應該得出結論,水平遠低於 5 J/cm2 在 308 nm 處應該會產生視網膜損傷,儘管這些損傷在曝光後 24 至 48 小時內不會變得明顯。 沒有關於低於 325 nm 的視網膜損傷閾值的公開數據,只能預期角膜和晶狀體組織光化學損傷的作用光譜模式也適用於視網膜,從而導致損傷閾值為0.1 焦耳/厘米2.

儘管 UVB 輻射已明確顯示對皮膚具有致突變性和致癌性,但角膜和結膜致癌的情況極其罕見,這一點非常引人注目。 似乎沒有科學證據表明紫外線照射與人類角膜或結膜的任何癌症有關,儘管牛的情況並非如此。 這表明人眼中有一個非常有效的免疫系統在運作,因為肯定有戶外工人接受與牛所接受的 UVR 暴露相當的暴露。 這一結論得到以下事實的進一步支持:患有免疫反應缺陷的個體,如色素性乾皮病,經常發展為角膜和結膜瘤(Stenson 1982)。

安全標準

UVR 的職業暴露限值 (EL) 已經制定,包括一個作用譜曲線,該曲線包含從輕微紅斑和角膜結膜炎研究中獲得的急性效應閾值數據(Sliney 1972 年;IRPA 1989 年)。 考慮到測量誤差和個體反應的變化,該曲線與集體閾值數據沒有顯著差異,並且遠低於 UVB 致白內障閾值。

UVR 的 EL 在 270 nm (0.003 J/cm2 在 270 nm 處),例如,在 308 nm 處為 0.12 J/cm2 (ACGIH 1995,IRPA 1988)。 無論暴露是來自白天的幾次脈衝暴露、一次非常短暫的暴露,還是來自每平方厘米幾微瓦的 8 小時暴露,生物危害都是相同的,並且上述限制適用於全天工作。

職業防護

在可行的情況下,應盡量減少職業暴露於紫外線輻射。 對於人工源,盡可能優先採取過濾、屏蔽、圍護等工程措施。 管理控制,例如訪問限制,可以降低對個人保護的要求。

農業工人、體力勞動者、建築工人、漁民等戶外工作人員可以穿著合適的緊密編織衣服,最重要的是,戴上有檐帽子以減少面部和頸部暴露,從而最大限度地降低暴露在太陽紫外線下的風險。 可以在暴露的皮膚上塗抹防曬霜,以減少進一步暴露。 戶外工作人員應有陰涼處,並獲得上述所有必要的保護措施。

在工業中,有許多來源能夠在短時間內造成急性眼損傷。 可以使用適合預期用途的不同防護等級的各種眼部防護裝置。 用於工業用途的產品包括焊接頭盔(此外還提供保護免受強烈的可見光和紅外輻射以及面部保護)、面罩、護目鏡和吸收紫外線的眼鏡。 一般而言,工業用防護眼鏡應緊貼面部,確保沒有縫隙讓紫外線輻射直接到達眼睛,並且結構合理,以防止人身傷害。

防護眼鏡的合適性和選擇取決於以下幾點:

  • UVR 源的強度和光譜發射特性
  • 靠近 UVR 源的人的行為模式(距離和暴露時間很重要)
  • 防護眼鏡材料的傳輸性能
  • 眼鏡框的設計可防止眼睛周邊暴露於直接未吸收的紫外線輻射。

 

在工業暴露情況下,可以通過測量並與推薦的暴露限值進行比較來評估眼部危害程度(Duchene、Lakey 和 Repacholi,1991 年)。

測量

由於生物效應對波長的強烈依賴性,任何 UVR 源的主要測量是其光譜功率或光譜輻照度分佈。 這必須使用由合適的輸入光學器件、單色儀和 UVR 檢測器和讀數器組成的光譜輻射計進行測量。 這種儀器通常不用於職業衛生。

在許多實際情況下,寬帶 UVR 計用於確定安全暴露持續時間。 出於安全目的,可以調整光譜響應以遵循用於 ACGIH 和 IRPA 曝光指南的光譜函數。 如果不使用適當的儀器,將導致危害評估的嚴重錯誤。 也可以使用個人 UVR 劑量計(例如,聚砜膠片),但它們的應用主要局限於職業安全研究,而不是危害評估調查。

結論

紫外線照射引起的關鍵細胞成分的分子損傷不斷發生,並且存在修復機制來應對皮膚和眼組織的紫外線照射。 只有當這些修復機制不堪重負時,急性生物損傷才會變得明顯(Smith 1988)。 由於這些原因,最大限度地減少職業紫外線輻射暴露仍然是職業健康和安全工作者關注的一個重要問題。

 

背部

星期二,15 March 2011 15:01

紅外輻射

紅外輻射是位於微波和可見光之間的非電離輻射光譜的一部分。 它是人類環境的自然組成部分,因此人們在日常生活的所有領域都會少量接觸到它——例如,在家里或在陽光下的娛樂活動中。 但是,工作場所的某些技術過程可能會導致非常強烈的暴露。

許多工業過程涉及各種材料的熱固化。 所使用的熱源或加熱材料本身通常會發出高水平的紅外輻射,以至於大量工人有可能被暴露在外。

概念和數量

紅外輻射 (IR) 的波長范圍為 780 nm 至 1 mm。 根據國際照明委員會 (CIE) 的分類,該波段細分為 IRA(從 780 nm 到 1.4 μm)、IRB(從 1.4 μm 到 3 μm)和 IRC(從 3 μm 到 1 mm)。 這種細分大致遵循了IR在組織中的波長依賴性吸收特性以及由此產生的不同生物學效應。

紅外輻射的數量和時空分佈用不同的輻射量和單位來描述。 由於光學和生理特性,尤其是眼睛的特性,通常會在小“點”源和“擴展”源之間進行區分。 這種區分的標準是在眼睛處測量的光源對向的角度 (α) 的弧度值。 這個角度可以計算為商,即光源尺寸 DL 除以觀看距離 r. 擴展光源是那些在眼睛處的視角大於 α 的光源分鐘,通常為 11 毫弧度。 對於所有擴展源,都有一個觀看距離,其中 α 等於 α分鐘; 在更遠的觀看距離上,可以將源視為點源。 在光輻射防護中,與擴展源相關的最重要的量是 輻射 (L, 以 Wm 表示 - 2sr - 1)和 時間積分輻射 (Lp 在Jm - 2sr - 1),它描述了源的“亮度”。 對於健康風險評估,與點源或距源距離為 α< α 的暴露最相關的量分鐘,是 輻照度 (E, 以 Wm 表示 - 2),相當於照射劑量率的概念,而 輻射照射 (H, 單位為 - 2), 相當於暴露劑量的概念。

在光譜的某些波段,暴露引起的生物效應在很大程度上取決於波長。 因此,必須使用額外的光譜輻射量(例如,光譜輻射, Ll, 以 Wm 表示 - 2 sr - 1 nm - 1) 權衡源的物理髮射值與與生物效應相關的適用作用譜。

 

來源和職業暴露

暴露於 IR 的結果來自各種自然和人工來源。 這些來源的光譜發射可能僅限於單一波長(激光),也可能分佈在很寬的波長帶上。

產生光輻射的不同機制通常是:

  • 熱激發(黑體輻射)
  • 氣體放電
  • 通過受激發射的輻射(激光)進行光放大,氣體放電機制在 IR 波段中不太重要。

 

許多工業過程中使用的最重要來源的輻射是由熱激發產生的,如果已知來源的絕對溫度,則可以使用黑體輻射的物理定律對其進行近似計算。 總排放量(M,Wm - 2) 的黑體輻射體(圖 1)由 Stefan-Boltzmann 定律描述:

公噸) = 5.67 × 10-8T4

並取決於溫度的 4 次方 (T, K) 的輻射體。 輻射的光譜分佈由普朗克輻射定律描述:

和最大發射波長 (λ最大) 根據維恩定律描述為:

λ最大 =(2.898×10-8)/ T

圖 1. 光譜輻射率 λ最大在每條曲線上以開爾文度數顯示的絕對溫度下的黑體輻射體

ELF040F1

工業和醫療過程中使用的許多激光器會發出非常高水平的紅外線。 一般來說,與其他輻射源相比,激光輻射具有一些不尋常的特徵,這些特徵可能會影響暴露後的風險,例如非常短的脈衝持續時間或極高的輻照度。 因此,本章其他地方將詳細討論激光輻射。

許多工業過程需要使用發出高水平可見光和紅外輻射的光源,因此麵包師、玻璃吹製工、窯爐工人、鑄造廠工人、鐵匠、冶煉廠和消防員等大量工人都可能面臨暴露的風險。 除了燈之外,還必須考慮火焰、氣炬、乙炔炬、熔融金屬池和白熾金屬棒等來源。 這些在鑄造廠、鋼廠和許多其他重工業工廠中都會遇到。 表 1 總結了 IR 源及其應用的一些示例。

表 1. 不同的 IR 來源、暴露人群和大致暴露水平

資源

應用或暴露人群

曝光

陽光

戶外工作者、農民、建築工人、海員、公眾

500瓦米 - 2

鎢絲燈

一般人口和工人
一般照明、油墨和油漆乾燥

105 - 106 Wm - 2sr - 1

鹵鎢燈絲燈

(見鎢絲燈)
複印系統(定影)、一般工藝(乾燥、烘烤、收縮、軟化)

50–200 瓦米 - 2 (在 50 厘米處)

發光二極管(例如 GaAs 二極管)

玩具、消費電子、數據傳輸技術等

105 Wm - 2sr - 1

氙弧燈

投影儀、太陽能模擬器、探照燈
印刷廠攝像師、光學實驗室工作人員、藝人

107 Wm - 2sr - 1

鐵熔體

煉鋼爐、鋼廠工人

105 Wm - 2sr - 1

紅外燈陣列

工業加熱乾燥

103 到8.103 Wm - 2

醫院紅外線燈

孵化器

100–300 瓦米 - 2

 

生物效應

光輻射通常不會很深地穿透到生物組織中。 因此,IR 暴露的主要目標是皮膚和眼睛。 在大多數曝光條件下,IR 的主要相互作用機制是熱。 只有激光可能產生的非常短的脈衝,但這裡沒有考慮,也會導致機械熱效應。 電離或化學鍵斷裂的影響預計不會出現在 IR 輻射中,因為粒子能量低於大約 1.6 eV,太低而不會引起此類影響。 出於同樣的原因,光化學反應僅在可見光和紫外線區域的較短波長下才變得重要。 紅外線對健康的不同波長依賴性影響主要來自組織的波長依賴性光學特性——例如,眼部介質的光譜吸收(圖 2)。

圖 2. 眼部介質的光譜吸收

ELF040F2

對眼睛的影響

一般來說,眼睛非常適合保護自己免受自然環境的光輻射。 此外,通過將暴露時間限制在幾分之一秒(約 0.25 秒)內的厭惡反應,眼睛在生理上受到保護,免受明亮光源(例如太陽或高強度燈)的傷害。

由於眼部介質的透明度,IRA 主要影響視網膜。 當直接觀察點光源或激光束時,IRA 區域的聚焦特性還使視網膜比身體的任何其他部位更容易受到損傷。 對於短時間曝光,虹膜因吸收可見光或近紅外光而發熱被認為在晶狀體混濁的發展中發揮了作用。

隨著波長增加,超過約 1 μm,眼部介質的吸收增加。 因此,晶狀體和有色虹膜對 IRA 輻射的吸收被認為在晶狀體混濁的形成中起作用。 透鏡的損壞歸因於低於 3 μm 的波長(IRA 和 IRB)。 對於波長超過 1.4 μm 的紅外輻射,房水和晶狀體的吸收能力特別強。

在光譜的 IRB 和 IRC 區域,眼部介質由於其成分水的強烈吸收而變得不透明。 該區域的吸收主要在角膜和房水中。 超過 1.9 μm,角膜實際上是唯一的吸收器。 由於熱傳導,角膜吸收長波紅外輻射可能會導致眼睛溫度升高。 由於表面角膜細胞的更新速度很快,任何僅限於角膜外層的損傷都可以預期是暫時的。 在 IRC 波段,暴露會導致角膜灼傷,類似於皮膚灼傷。 然而,角膜灼傷不太可能發生,因為強烈暴露引起的疼痛感會引發厭惡反應。

對皮膚的影響

紅外輻射不會很深地穿透皮膚。 因此,皮膚暴露在非常強的紅外線下可能會導致不同程度的局部熱效應,甚至嚴重的灼傷。 對皮膚的影響取決於皮膚的光學特性,例如與波長相關的穿透深度(圖 3 ). 特別是在較長波長下,大量暴露可能會導致局部溫度升高和灼傷。 由於皮膚中熱傳輸過程的物理特性,這些影響的閾值取決於時間。 10 kWm 的輻射 - 2,例如,可能會在 5 秒內引起疼痛感,而 2 kWm 的照射 - 2 不會在短於大約 50 秒的時間內引起相同的反應。

圖 3. 不同波長穿透皮膚的深度

ELF040F3

如果暴露時間很長,即使數值遠低於疼痛閾值,熱對人體的負擔也可能很大。 特別是如果暴露覆蓋整個身體,例如在鋼熔體前。 結果可能是生理上平衡良好的體溫調節系統失衡。 耐受這種暴露的閾值將取決於不同的個體和環境條件,例如體溫調節系統的個體能力、暴露期間的實際身體新陳代謝或環境溫度、濕度和空氣流動(風速)。 無需任何體力勞動,最大暴露量為 300 Wm - 2 在某些環境條件下可以容忍超過 140 小時,但該值會降低到大約 XNUMX Wm - 2 在繁重的體力勞動中。

暴露標準

IR 暴露的生物學效應取決於波長和暴露持續時間,僅當超過特定閾值強度或劑量值時才無法忍受。 為了防止這種無法忍受的暴露條件,國際組織,如世界衛生組織 (WHO)、國際勞工局 (ILO)、國際輻射防護協會 (INIRC/IRPA) 的國際非電離輻射委員會,及其繼任者國際非電離輻射防護委員會 (ICNIRP) 和美國政府工業衛生學家會議 (ACGIH) 已經建議了來自相干和非相干光源的紅外輻射的暴露限值。 大多數關於限制人類暴露於紅外輻射的準則的國家和國際建議都是基於甚至與 ACGIH (1993/1994) 發布的建議閾限值 (TLV) 相同的。 這些限制得到廣泛認可,並經常在職業情況下使用。 它們基於當前的科學知識,旨在防止視網膜和角膜的熱損傷,並避免對眼睛晶狀體可能產生的延遲影響。

1994 年修訂的 ACGIH 暴露限值如下:

1. 為了保護視網膜在暴露於可見光的情況下免受熱損傷,(例如,在強光源的情況下),光譜輻射 Lλ 以 W/(m² sr nm) 為單位加權視網膜熱危害函數 Rλ (見表2)在波長間隔Δλ 並在 400 至 1400 nm 波長范圍內求和,不應超過:

哪裡 t 觀看持續時間是否限於從 10-3 到 10 秒(即,對於意外觀察條件,而不是固定觀察),α 是以弧度計算的源的對向角,由 α = 源的最大擴展/到源的距離計算 Rλ  (表 2)。

2. 為了保護視網膜免受紅外熱燈或任何沒有強烈視覺刺激的近紅外源的暴露危害,眼睛觀察到的 770 至 1400 nm 波長范圍內的紅外輻射(基於 7 mm 瞳孔)直徑)延長觀察條件的持續時間應限於:

此限制基於 7 毫米的瞳孔直徑,因為在這種情況下,由於沒有可見光,可能不存在厭惡反應(例如閉眼)。

3. 為避免對眼睛晶狀體可能產生的延遲影響,例如遲發性白內障,並保護角膜免受過度曝光,波長大於 770 nm 的紅外輻射應限制在 100 W/m²,持續時間大於 1,000 s並:

或更短的時間。

4. 對於無晶狀體患者,針對紫外線和可見光 (305–700 nm) 的波長范圍給出單獨的加權函數和由此產生的 TLV。

表 2. 視網膜熱危害函數

波長(納米)

Rλ

波長(納米)

Rλ

400

1.0

460

8.0

405

2.0

465

7.0

410

4.0

470

6.2

415

8.0

475

5.5

420

9.0

480

4.5

425

9.5

485

4.0

430

9.8

490

2.2

435

10.0

495

1.6

440

10.0

500-700

1.0

445

9.7

700-1,050

10((700 - λ )/500)

450

9.4

1,050-1,400

0.2

455

9.0

   

資料來源:ACGIH 1996。

測量

可靠的輻射測量技術和儀器可以用來分析皮膚和眼睛暴露於光輻射源的風險。 為了表徵傳統光源,測量輻射亮度通常非常有用。 為了定義來自光源的危險暴露條件,輻照度和輻射暴露更為重要。 寬帶光源的評估比單一波長或非常窄波段發射的光源的評估更複雜,因為必須考慮光譜特性和光源尺寸。 某些燈的光譜包括寬波長帶上的連續譜發射和某些單一波長(線)上的發射。 如果每條線中的能量分數未正確添加到連續譜中,則可能會在這些光譜的表示中引入重大錯誤。

對於健康危害評估,必須在指定暴露標準的限制孔徑上測量暴露值。 通常 1 毫米孔徑被認為是最小的實際孔徑尺寸。 大於 0.1 毫米的波長存在困難,因為 1 毫米孔徑會產生顯著的衍射效應。 對於該波段,可接受 1 cm²(直徑 11 毫米)的孔徑,因為該波段中的熱點比較短波長處的熱點大。 對於視網膜危害的評估,孔徑的大小由平均瞳孔大小決定,因此選擇 7 mm 的孔徑。

通常,光學區域的測量非常複雜。 由未經培訓的人員進行的測量可能會得出無效的結論。 在 Sliney 和 Wolbarsht (1980) 中可以找到測量程序的詳細總結。

保護措施

防止暴露於光輻射的最有效的標准保護是光源的整個外殼和可能從光源發出的所有輻射路徑。 通過這些措施,在大多數情況下應該很容易達到接觸限值的要求。 如果不是這種情況,則適用個人保護。 例如,應使用合適的護目鏡或面罩或防護服形式的可用眼部保護裝置。 如果工作條件不允許採取此類措施,則可能需要進行行政控制和限制對高強度源的訪問。 在某些情況下,減少電源功率或工作時間(工作暫停以從熱應激中恢復)或兩者都可能是保護工人的可能措施。

結論

一般來說,來自燈等最常見來源或大多數工業應用的紅外輻射不會對工人造成任何風險。 然而,在某些工作場所,紅外線會給工人帶來健康風險。 此外,工業、科學和醫學中特殊用途燈和高溫過程的應用和使用也迅速增加。 如果這些應用程序的暴露量足夠高,則不能排除有害影響(主要是在眼睛中,但也在皮膚上)。 國際公認的光輻射暴露標準的重要性預計會增加。 為保護工人免受過度暴露,應強制採取防護措施,如防護(眼罩)或防護服。

歸因於紅外輻射的主要不利生物效應是白內障,稱為吹玻璃工或熔爐工人白內障。 即使在相對較低的水平下長期接觸也會對人體造成熱應激。 在這種暴露條件下,必須考慮其他因素,例如體溫和蒸發熱損失以及環境因素。

為了告知和指導工人,工業國家製定了一些實用指南。 在 Sliney 和 Wolbarsht (1980) 中可以找到全面的總結。

 

背部

星期二,15 March 2011 15:19

光和紅外輻射

光和紅外 (IR) 輻射能是光輻射的兩種形式,它們與紫外線輻射一起形成光譜。 在光譜中,不同的波長具有相當不同的引起生物效應的潛力,因此光譜可以進一步細分。

術語 應保留 400 至 760 nm 之間的輻射能量波長,這會引起視網膜的視覺反應 (CIE 1987)。 光是照明燈、視覺顯示器和各種照明器輸出的重要組成部分。 然而,除了照明對視覺的重要性之外,由於工作場所任務的人體工程學設計不佳,某些光源可能會造成不良的生理反應,例如失能和不適的眩光、閃爍和其他形式的眼睛壓力。 強光的發射也是某些工業過程(例如弧焊)的潛在危險副作用。

紅外輻射(IRR,波長 760 nm 至 1 mm)通常也可以稱為 熱輻射 輻射熱),並從任何溫暖的物體(熱發動機、熔融金屬和其他鑄造源、熱處理表面、白熾電燈、輻射加熱系統等)中散發出來。 紅外輻射也從各種各樣的電氣設備中發出,例如電動機、發電機、變壓器和各種電子設備。

紅外輻射是熱應激的促成因素。 高環境空氣溫度和濕度以及低程度的空氣循環可以與輻射熱結合產生熱應激,並有可能導致熱損傷。 在較冷的環境中,不受歡迎或設計不當的輻射熱源也會產生不適——這是一個符合人體工程學的考慮。

生物效應

可見光和紅外線形式的輻射對眼睛和皮膚造成的職業危害受到眼睛對強光的厭惡和強烈輻射加熱導致的皮膚疼痛感的限制。 眼睛非常適合保護自己免受周圍陽光的急性光輻射損傷(由於紫外線、可見光或紅外線輻射能)。 它受到對觀看明亮光源的自然厭惡反應的保護,這種反應通常可以保護它免受因暴露於太陽、弧光燈和焊接電弧等光源而造成的傷害,因為這種厭惡將暴露的持續時間限制在一小部分(大約兩倍)十分之一)秒。 然而,如果長期暴露在沒有強烈視覺刺激的情況下,富含 IRR 的光源可能會對眼睛的晶狀體造成危害。 一個人也可以強迫自己盯著太陽、焊弧或雪地,從而遭受暫時(有時是永久)的視力喪失。 在強光在視野中顯得較低的工業環境中,眼睛的保護機制不太有效,危險預防措施尤為重要。

強光和 IRR 源對眼睛和皮膚至少有五種不同類型的危害,必須在了解每種情況的情況下選擇保護措施。 除了來自某些強光源的紫外線輻射 (UVR) 帶來的潛在危害外,還應考慮以下危害(Sliney 和 Wolbarsht 1980 年;WHO 1982 年):

  1. 視網膜熱損傷,可在 400 nm 至 1,400 nm 波長范圍內發生。 通常,只有激光、非常強烈的氙弧源或核火球才會造成此類傷害的危險。 視網膜的局部灼傷會導致盲點(暗點)。
  2. 藍光對視網膜的光化學損傷(主要與波長為 400 nm 至 550 nm 的藍光相關的危害)(Ham 1989)。 這種損傷通常被稱為“藍光”光性視網膜炎; 根據其來源,這種傷害的一種特殊形式被命名為, 日光性視網膜炎. 日光性視網膜炎曾被稱為“日食失明”和相關的“視網膜灼傷”。 僅在最近幾年,人們才清楚地認識到,光性視網膜炎是由視網膜暴露於可見光譜中較短波長的光(即紫光和藍光)後的光化學損傷機制引起的。 直到 1970 世紀 1989 年代,它才被認為是熱損傷機制的結果。 與藍光相反,IRA 輻射在造成視網膜損傷方面非常無效。 (Ham 1980;Sliney 和 Wolbarsht XNUMX)。
  3. 近紅外熱對晶狀體的危害(與大約 800 nm 至 3,000 nm 的波長相關)可能導致工業熱性白內障。 平均角膜暴露於陽光中的紅外輻射約為 10 W/m2. 相比之下,玻璃和鋼鐵工人暴露在 0.8 至 4 kW/m 量級的紅外輻射下2 據報導,在 10 到 15 年的時間裡每天都會出現晶狀體混濁(Sliney 和 Wolbarsht 1980)。 這些光譜帶包括 IRA 和 IRB(見圖 1)。 美國政府工業衛生學家會議 (ACGIH) 針對眼前部 IRA 暴露的指南是 100 W/m 的時間加權總輻照度2 暴露時間超過 1,000 秒(16.7 分鐘)(ACGIH 1992 和 1995)。
  4. 角膜和結膜的熱損傷(波長約為 1,400 nm 至 1 mm)。 這種類型的傷害幾乎完全限於暴露於激光輻射。
  5. 皮膚的熱損傷。 這在傳統光源中很少見,但可能發生在整個光譜範圍內。

波長和曝光時間的重要性

上述熱損傷 (1) 和 (4) 通常僅限於非常短暫的暴露持續時間,而眼睛保護裝置旨在防止這些急性損傷。 然而,如上文 (2) 中所述的光化學損傷可能是由於整個工作日的低劑量率造成的。 劑量率和暴露持續時間的乘積總是導致劑量(劑量決定了光化學危害的程度)。 與任何光化學損傷機制一樣,必須考慮作用光譜,它描述了不同波長在引起光生物學效應方面的相對有效性。 例如,光化學視網膜損傷的作用光譜在大約 440 nm 處達到峰值(Ham 1989)。 大多數光化學效應僅限於非常窄的波長范圍; 而熱效應可以發生在光譜中的任何波長。 因此,針對這些特定效果的眼睛保護只需要阻擋相對較窄的光譜帶才能有效。 通常,在寬帶光源的眼睛保護中,必須過濾一​​個以上的光譜帶。

光輻射源

陽光

最大的職業性光輻射暴露是戶外工作人員暴露在陽光下造成的。 太陽光譜從紫外線波段的平流層臭氧層截止波長約 290-295 nm 延伸到紅外波段的至少 5,000 nm(5 μm)。 太陽輻射可達 1 kW/m2 在夏季。 它會導致熱應激,具體取決於環境空氣溫度和濕度。

人工來源

人類暴露於光輻射的最重要的人工來源包括:

  1. 焊接和切割。 焊工及其同事通常不僅會暴露在強烈的紫外線輻射下,還會暴露在電弧發出的強烈可見光和紅外輻射下。 在極少數情況下,這些來源會對眼睛的視網膜造成急性損傷。 在這些環境中必須保護眼睛。
  2. 金屬工業和鑄造廠。 可見光和紅外線照射的最重要來源是鋼鐵和鋁工業以及鑄造廠中熔融和高溫的金屬表面。 工人接觸的範圍通常為 0.5 至 1.2 kW/m2.
  3. 弧光燈。 許多工業和商業過程,例如涉及光化學固化燈的過程,都會發出強烈的短波可見(藍光)光以及紫外線和紅外線輻射。 雖然由於屏蔽而有害暴露的可能性很低,但在某些情況下可能會發生意外暴露。
  4. 紅外燈。 這些燈主要在 IRA 範圍內發射,通常用於熱處理、油漆乾燥和相關應用。 這些燈不會對人類造成任何顯著的暴露危害,因為暴露時產生的不適會將暴露限制在安全水平。
  5. 藥物治療。 紅外燈在物理醫學中用於各種診斷和治療目的。 根據治療的類型,對患者的照射有很大差異,工作人員需要小心使用紅外線燈。
  6. 一般照明。 熒光燈發出的紅外線非常少,通常亮度不足以對眼睛造成潛在危害。 鎢和鎢-鹵素白熾燈在紅外線中發射大部分輻射能。 此外,如果人盯著燈絲看,鹵鎢燈發出的藍光會對視網膜造成危害。 幸運的是,眼睛對強光的厭惡反應即使在短距離內也能防止急性傷害。 在這些燈上放置玻璃“熱”過濾器應該可以最大限度地減少/消除這種危險。
  7. 光學投影儀和其他設備。 強光源用於探照燈、電影放映機和其他光束准直設備。 這些可能會對非常近距離的直射光束造成視網膜危害。

 

源屬性的測量

任何光源最重要的特性是其光譜功率分佈。 這是使用分光輻射計測量的,該分光輻射計由合適的輸入光學器件、單色儀和光電探測器組成。

在許多實際情況下,寬帶光輻射計用於選擇給定的光譜區域。 出於可見照明和安全目的,儀器的光譜響應將被定制以遵循生物光譜響應; 例如,照度計適用於眼睛的適光(視覺)反應。 通常,除了UVR危害測量儀,強光源和紅外光源的測量和危害分析對於常規的職業健康和安全專家來說過於復雜。 燈的安全類別標準化正在取得進展,因此將不需要用戶進行測量來確定潛在危險。

人體接觸限值

根據人眼的光學參數和光源輻射的知識,可以計算視網膜的輻照度(劑量率)。 人眼的前部結構暴露於紅外輻射也可能很有趣,還應牢記光源的相對位置和眼瞼閉合程度會極大地影響眼睛暴露的正確計算劑量。 對於紫外線和短波長光曝光,光源的光譜分佈也很重要。

許多國家和國際組織已經推薦了光輻射的職業暴露限值 (EL)(ACGIH 1992 和 1994;Sliney 1992)。 儘管大多數此類團體都推薦了用​​於紫外線和激光輻射的 EL,但只有一個團體推薦了用於可見輻射(即光)的 EL,即 ACGIH,這是職業健康領域的一家知名機構。 ACGIH 將其 EL 稱為閾限值或 TLV, 由於這些每年發布一次,因此有機會進行年度修訂(ACGIH 1992 和 1995)。 它們在很大程度上基於來自動物研究的眼部損傷數據以及來自觀察太陽和焊接電弧導致的人類視網膜損傷的數據。 TLV 還基於這樣一個基本假設,即暴露於可見輻射能的室外環境通常不會對眼睛造成危害,除非是在非常不尋常的環境中,例如雪地和沙漠,或者當人們真正將眼睛固定在太陽上時。

光輻射安全評估

由於全面的危害評估需要對光源的光譜輻照度和輻射度進行複雜的測量,有時還需要非常專業的儀器和計算,因此工業衛生學家和安全工程師很少在現場進行。 相反,要部署的眼睛保護設備是危險環境中安全法規的強制要求。 研究評估了範圍廣泛的電弧、激光和熱源,以便為實用、易於應用的安全標準制定廣泛的建議。

保護措施

職業暴露於可見光和紅外線輻射很少有危險,通常是有益的。 然而,有些光源會發出相當多的可見輻射,在這種情況下會引起自然的厭惡反應,因此眼睛意外過度曝光的可能性很小。 另一方面,在人造光源僅發射近紅外輻射的情況下,意外暴露很可能發生。 可採取的措施盡量減少工作人員不必要地暴露於紅外輻射,包括對使用中的光學系統進行適當的工程設計,佩戴合適的護目鏡或面罩,限制與工作直接相關的人員接觸,並確保工作人員了解與暴露於強可見光和紅外輻射源相關的潛在危害。 更換弧光燈的維護人員必須經過充分培訓,以防止接觸危險。 工人出現皮膚紅斑或光性角膜炎是不可接受的。 如果確實發生這些情況,則應檢查工作實踐並採取措施以確保將來不太可能發生過度暴露。 就懷孕的完整性而言,懷孕的操作員不會面臨光輻射的特定風險。

護目鏡設計及標準

隨著 Crooke 玻璃的開發,本世紀初開始設計用於焊接和其他存在工業光輻射源(例如,鑄造工作、鋼鐵和玻璃製造)的護目鏡。 後來發展起來的護目鏡標準遵循的一般原則是,由於視覺不需要紅外線和紫外線輻射,因此應使用現有的玻璃材料盡可能地阻擋這些光譜帶。

眼部防護設備的經驗標准在 1970 年代進行了測試,結果表明,當根據當前的職業暴露限制測試傳輸係數時,它包括了很大的紅外線和紫外線輻射安全係數,而藍光的防護係數就足夠了。 部分標準的要求因此進行了調整。

紫外線和紅外線輻射防護

許多專用紫外燈在工業上用於熒光檢測和油墨、塑料樹脂、牙科聚合物等的光固化。 儘管 UVA 來源通常不會帶來什麼風險,但這些來源可能含有微量的有害 UVB 或造成失能眩光問題(來自眼睛晶狀體的熒光)。 具有非常高衰減係數的玻璃或塑料紫外線濾鏡被廣泛使用,以防止整個紫外線光譜。 如果對 400 nm 提供保護,則可能會檢測到輕微的淡黃色。 對於此類眼鏡(以及工業太陽鏡)來說,為周邊視野提供保護至關重要。 側護罩或環繞式設計對於防止暫時的傾斜光線聚焦到晶狀體的鼻赤道區域很重要,皮質性白內障經常起源於此。

幾乎所有的玻璃和塑料鏡片材料都能阻擋 300 納米以下的紫外線輻射和波長大於 3,000 納米(3 微米)的紅外線輻射,對於少數激光和光源,普通的耐衝擊透明安全眼鏡將提供良好的保護(例如,透明聚碳酸酯鏡片可有效阻擋大於 3 μm 的波長)。 然而,必須添加吸收劑,例如玻璃中的金屬氧化物或塑料中的有機染料,以消除高達約 380–400 nm 的紫外線和超過 780 nm 至 3 μm 的紅外線。 根據材料的不同,這可能很容易,也可能非常困難或昂貴,並且吸收器的穩定性可能會有所不同。 符合美國國家標準協會 ANSI Z87.1 標準的濾波器必須在每個關鍵光譜帶中具有適當的衰減係數。

各行業防護

消防

消防員可能會暴露在強烈的近紅外輻射中,除了至關重要的頭部和麵部保護外,IRR 衰減過濾器也經常被使用。 在這裡,衝擊保護也很重要。

鑄造和玻璃工業眼鏡

專為保護眼睛免受紅外輻射而設計的眼鏡和護目鏡通常具有淡綠色調,但如果需要一些舒適度以防止可見輻射,則色調可能會更深。 此類護目鏡不應與鋼鐵和鑄造作業中使用的藍色鏡片相混淆,後者的目的是目視檢查熔化物的溫度; 這些藍色眼鏡不提供保護,只能短暫佩戴。

焊接

通過氧化鐵等添加劑可以很容易地將紅外線和紫外線過濾特性賦予玻璃過濾器,但嚴格可見的衰減程度決定了 樹蔭數,這是衰減的對數表達式。 通常,氣焊使用 3 到 4 的遮光度(需要護目鏡),電弧焊和等離子弧操作使用 10 到 14 的遮光度(此處需要頭盔保護)。 經驗法則是,如果焊工發現電弧可以舒適地觀看,則可以提供足夠的衰減以防止眼部危害。 主管、焊工助手和工作區域中的其他人員可能需要色度數相對較低(例如 3 至 4)的過濾器,以防止光性角膜炎(“電弧眼”或“焊工閃光”)。 近年來一種新型的電焊濾光片——自動變光濾光片嶄露頭角。 無論濾光片的類型如何,都應符合 ANSI Z87.1 和 Z49.1 標準,用於指定用於深色陰影的固定焊接濾光片(Buhr 和 Sutter 1989;CIE 1987)。

自動變光焊接濾光片

自動變光焊接濾光片的陰影數隨著照射在其上的光輻射強度而增加,代表了焊工在更高效、更符合人體工程學的情況下生產始終如一的高質量焊縫的能力方面的重要進步。 以前,每次啟動和熄滅電弧時,焊工都必須降低和升高頭盔或過濾器。 焊工必須在引弧之前“盲目”工作。 此外,頭盔通常會隨著頸部和頭部的猛烈撞擊而降低和升高,這可能導致頸部拉傷或更嚴重的傷害。 面對這種不舒服且繁瑣的程序,一些焊工經常在抬高位置的傳統頭盔上啟動電弧,從而導致光性角膜炎。 在正常的環境照明條件下,戴上裝有自動變光濾光片的頭盔的焊工在佩戴護目鏡的情況下可以看得很清楚,可以執行諸如對齊待焊部件、精確定位焊接設備和引弧等任務。 在最典型的頭盔設計中,光傳感器幾乎在電弧閃光一出現就檢測到它,並指示電子驅動單元將液晶濾光片從淺色切換到預選的深色,從而無需笨拙和危險的操作使用固定遮光濾鏡練習的動作。

人們經常提出這樣一個問題,即自動變暗濾鏡是否會產生安全隱患。 例如,工作場所出現的殘像(“閃光失明”)是否會導致永久性視力受損? 新型過濾器是否真的提供了與傳統固定過濾器所能提供的保護程度相當或更好的保護程度? 儘管可以肯定地回答第二個問題,但必須明白並非所有自動暗化濾鏡都是等效的。 過濾器反應速度、在給定光照強度下達到的明暗度值,以及每個單元的重量可能因設備的一種模式而異。 設備性能的溫度依賴性、遮陽程度隨電池退化的變化、“靜止狀態遮陽”和其他技術因素因每個製造商的設計而異。 這些考慮因素正在新標準中得到解決。

由於所有系統都提供了足夠的過濾器衰減,自動變暗過濾器製造商指定的最重要的一個屬性是過濾器切換的速度。 當前的自動變暗濾波器的切換速度從十分之一秒到快於 1/10,000 秒不等。 Buhr 和 Sutter (1989) 指出了一種指定最大切換時間的方法,但他們的公式隨著切換的時間進程而變化。 開關速度是至關重要的,因為它為最重要(但未指定)的測量提供了最好的線索,即與相同工作色號的固定濾光片所允許的光相比,當電弧被擊中時有多少光進入眼睛. 如果白天每次開關時有太多光線進入眼睛,累積的光能劑量會產生“短暫適應”和抱怨“眼睛疲勞”等問題。 (瞬時適應是指光環境突然變化引起的視覺體驗,其特徵可能是不適、暴露在強光下的感覺和暫時失去詳細視覺。)當前產品的切換速度為 0.1 毫秒左右將更好地提供足夠的保護以防止光性視網膜炎。 然而,最短的切換時間(大約 1985 毫秒)具有減少瞬態適應效應的優勢(Eriksen 1992 年;Sliney XNUMX 年)。

沒有廣泛的實驗室測試,焊工可以使用簡單的檢查測試。 有人可能會建議焊工,他或她只需通過多個自動變暗過濾器查看一頁詳細打印。 這將指示每個過濾器的光學質量。 接下來,可能會要求焊工嘗試引弧,同時通過考慮購買的每個過濾器觀察它。 幸運的是,人們可以相信這樣一個事實,即為了觀看目的而舒適的光照水平不會造成危險。 應在製造商的規格表中檢查 UV 和 IR 過濾的有效性,以確保過濾掉不需要的波段。 幾次重複的引弧應該讓焊工了解瞬態適應是否會帶來不適,儘管一天的試驗是最好的。

自動變光濾光片的靜止或故障狀態陰影數(電池失效時出現故障狀態)應為焊工的眼睛提供至少一到幾秒的 100% 保護。 一些製造商使用黑暗狀態作為“關閉”位置,而其他製造商則使用介於黑暗和淺色狀態之間的中間陰影。 在任何一種情況下,過濾器的靜止狀態透射率都應明顯低於淺色透射率,以排除視網膜危害。 在任何情況下,該設備都應向用戶提供清晰明了的指示器,指示何時關閉過濾器或何時發生系統故障。 這將確保在過濾器未打開或焊接開始前未正常運行的情況下提前警告焊工。 其他功能,例如電池壽命或極端溫度條件下的性能,可能對某些用戶很重要。

結論

儘管保護眼睛免受光輻射源影響的設備的技術規格可能看起來有些複雜,但存在指定色號的安全標準,並且這些標準為佩戴者提供了保守的安全係數。

 

背部

星期二,15 March 2011 15:24

激光

激光器是一種在從極紫外到遠紅外(亞毫米)的光譜範圍內產生相干電磁輻射能量的裝置。 期限 激光 實際上是 輻射激發光放大. 儘管阿爾伯特·愛因斯坦在 1916 年從理論上預測了激光過程,但直到 1960 年才展示出第一台成功的激光。近年來,激光已經從研究實驗室應用到工業、醫療和辦公環境以及建築工地,甚至戶。 在許多應用中,例如視盤播放器和光纖通信系統,激光器的輻射能量輸出是封閉的,用戶不會面臨健康風險,而且產品中嵌入的激光器的存在對用戶來說可能並不明顯。 然而,在某些醫療、工業或研究應用中,激光發射的輻射能量是可接觸到的,可能對眼睛和皮膚造成潛在危害。

因為激光工藝(有時稱為“激光加工”)可以產生高度准直的光輻射束(即紫外線、可見光或紅外輻射能),所以激光可以在相當遠的距離造成危險——這與大多數遇到的危險完全不同在工作的地方。 或許正是這一特徵導致了工人和職業健康與安全專家的特別關注。 然而,如果採取適當的危害控制措施,則可以安全地使用激光。 全世界都存在安全使用激光的標準,並且大多數標準相互“協調”(ANSI 1993;IEC 1993)。 所有標準都使用危險分類系統,該系統根據激光的輸出功率或能量及其造成傷害的能力將激光產品分為四大危險類別之一。 然後根據危險分類採取相應的安全措施(Cleuet 和 Mayer 1980 年;Duchene、Lakey 和 Repacholi 1991 年)。

激光器以離散波長運行,儘管大多數激光器是單色的(發射一種波長或單一顏色),但激光器發射多個離散波長的情況並不少見。 例如,氬激光器在近紫外和可見光譜內發射幾條不同的線,但通常設計為僅發射一條 514.5 nm 的綠線(波長)和/或 488 nm 的藍線。 在考慮潛在的健康危害時,確定輸出波長始終至關重要。

所有激光器都具有三個基本構建塊:

  1. 定義可能的發射波長的活性介質(固體、液體或氣體)
  2. 能源(例如電流、泵浦燈或化學反應)
  3. 帶有輸出耦合器的諧振腔(一般為兩個反射鏡)。

 

研究實驗室以外的大多數實用激光系統也有光束傳輸系統,例如光纖或帶鏡子的關節臂將光束引導到工作站,以及聚焦透鏡將光束集中在待焊接的材料上等. 在激光中,相同的原子或分子被泵浦燈發出的能量帶入激發態。 當原子或分子處於激發態時,一個光子(“光能的粒子”)可以激發一個激發的原子或分子發射出具有相同能量(波長)的同相(相干)傳播的第二個光子方向作為激發光子。 因此發生了兩倍的光放大。 在級聯中重複相同的過程會導致光束在諧振腔的鏡子之間來回反射。 由於其中一個鏡子是部分透明的,一些光能離開諧振腔形成發射的激光束。 雖然在實踐中,兩個平行鏡通常是彎曲的以產生更穩定的諧振條件,但基本原理適用於所有激光器。

儘管物理實驗室已經演示了數千種不同的激光線(即不同活性介質的離散激光波長特徵),但只有 20 條左右的激光線被商業化開發到可以在日常技術中常規應用的程度。 已經制定和發布了激光安全指南和標準,這些指南和標準基本上涵蓋了光譜的所有波長,以允許當前已知的激光線和未來的激光。

激光危害分類

目前全世界的激光安全標準遵循將所有激光產品分類為危險類別的做法。 通常,該方案遵循四個廣泛的危險類別,即 1 到 4。第 1 類激光不會發射具有潛在危險的激光輻射,也不會對健康造成危害。 2 至 4 類對眼睛和皮膚的危害越來越大。 分類系統很有用,因為為每一類激光規定了安全措施。 最高等級需要更嚴格的安全措施。

1 類被認為是“對眼睛安全”的無風險分組。 大多數完全封閉的激光器(例如激光光盤刻錄機)都是 1 類激光器。1 類激光器不需要任何安全措施。

2 類是指發出非常低功率的可見激光,即使整個光束功率進入人眼並聚焦在視網膜上也不會造成危險。 如果進入眼睛的能量不足以在厭惡反應中損壞視網膜,則眼睛對觀看非常明亮的光源的自然厭惡反應保護眼睛免受視網膜損傷。 厭惡反應由眨眼反射(大約 0.16-0.18 秒)和暴露於如此強光時的眼睛旋轉和頭部運動組成。 目前的安全標准保守地將厭惡反應定義為持續 0.25 秒。 因此,2 類激光器的輸出功率為 1 毫瓦 (mW) 或更小,對應於 0.25 秒的允許暴露限值。 2 類激光器的示例是激光指示器和一些校準激光器。

一些安全標準還包含 2 類的子類別,稱為“2A 類”。 2A 類激光凝視長達 1,000 秒(16.7 分鐘)沒有危險。 大多數用於銷售點(超市收銀台)和庫存掃描儀的激光掃描儀都是 2A 類。

3 類激光會對眼睛造成危害,因為厭惡反應不夠快,無法將視網膜暴露在暫時安全的水平,並且還可能對眼睛的其他結構(例如角膜和晶狀體)造成損害。 偶然接觸通常不存在皮膚危害。 3 類激光器的例子有許多研究激光器和軍用激光測距儀。

3 類的一個特殊子類別稱為“3A 類”(其餘 3 類激光器稱為“3B 類”)。 3A 類激光器是指輸出功率在 1 類或 2 類可達發射限值 (AEL) 的 XNUMX 到 XNUMX 倍之間,但輸出輻照度不超過較低類的相關職業暴露限值的激光器。 許多激光校準和測量儀器就是例子。

4 類激光可能會造成潛在的火災危險、嚴重的皮膚危險或漫反射危險。 幾乎所有用於焊接和切割的外科手術激光器和材料加工激光器如果沒有封閉的話都是 4 類。 所有平均功率輸出超過 0.5 W 的激光器都是 4 類激光器。如果更高功率的 3 類或 4 類激光器被完全封閉,從而無法接觸到危險的輻射能量,則整個激光器系統可以是 1 類。外殼被稱為 嵌入式激光器.

職業接觸限值

國際非電離輻射防護委員會 (ICNIRP 1995) 已發布定期更新的人體激光輻射暴露限值指南。 表 1 中提供了幾種典型激光器的代表性暴露限值 (EL)。 幾乎所有激光束都超過了允許的曝光限值。 因此,在實際操作中,暴露限值通常不用於確定安全措施。 相反,激光分類方案——基於在現實條件下應用的 EL——真正應用於此目的。

表 1. 典型激光的曝光限值

激光類型

主波長

暴露限度

氟化氬

193納米

3.0 兆焦耳/厘米2 超過8小時

氯化氙

308納米

40 兆焦耳/厘米2 超過8小時

氬離子

488、514.5 納米

3.2 毫瓦/平方厘米2 0.1 秒

銅蒸氣

510、578 納米

2.5 毫瓦/平方厘米2 0.25 秒

氦氖

632.8納米

1.8 毫瓦/平方厘米2 10 秒

金蒸氣

628納米

1.0 毫瓦/平方厘米2 10 秒

氪離子

568、647 納米

1.0 毫瓦/平方厘米2 10 秒

釹釔鋁石榴石

1,064納米
1,334納米

5.0 微焦/厘米2 1 ns 至 50 μs
t <1 ns 時無 MPE,
5 毫瓦/平方厘米2 10 秒

二氧化碳

10–6 微米

100 毫瓦/平方厘米2 10 秒

一氧化碳

≈5 微米

到 8 小時,有限的區域
10 毫瓦/平方厘米2 >10 秒
對於身體的大部分

所有標準/準則都具有其他波長和曝光持續時間的 MPE。

注意:要將 MPE 轉換為 mW/cm2 至 mJ/cm2, 乘以以​​秒為單位的曝光時間 t。 例如,He-Ne 或 Argon MPE 在 0.1 秒時為 0.32 mJ/cm2.

資料來源:ANSI 標準 Z-136.1(1993); ACGIH TLVs (1995) 和 Duchene、Lakey 和 Repacholi (1991)。

激光安全標準

許多國家都發布了激光安全標準,並且大部分都與國際電工委員會 (IEC) 的國際標准保持一致。 IEC 標準 825-1 (1993) 適用於製造商; 但是,它也為用戶提供了一些有限的安全指導。 上述激光危險分類必須標記在所有商業激光產品上。 適用於該類別的警告標籤應出現在 2 至 4 類的所有產品上。

安全措施

激光安全分類系統極大地促進了適當安全措施的確定。 激光安全標準和操作規範通常要求對每個更高的分類使用越來越嚴格的控制措施。

在實踐中,總是更希望完全封閉激光和光束路徑,這樣就不會接觸到具有潛在危險的激光輻射。 換句話說,如果在工作場所只使用 1 類激光產品,則可以保證安全使用。 然而,在許多情況下,這根本不切實際,需要對工人進行安全使用和危害控制措施方面的培訓。

除了明顯的規則——不要將激光對准人的眼睛——2 類激光產品不需要任何控制措施。 對於更高級別的激光器,顯然需要採取安全措施。

如果 3 級或 4 級激光器的整個外殼不可行,則在大多數情況下,使用光束外殼(例如,管)、擋板和光學罩幾乎可以消除危險的眼睛暴露風險。

當外殼對於 3 類和 4 類激光不可行時,應建立一個具有受控進入的激光控制區域,並且通常要求在激光束的標稱危險區 (NHZ) 內使用激光護目鏡。 儘管在大多數使用准直激光束的研究實驗室中,NHZ 涵蓋了整個受控實驗室區域,但對於聚焦光束應用,NHZ 可能非常有限,無法涵蓋整個房間。

為防止未經授權的激光用戶濫用和可能的危險行為,應使用所有商業製造的激光產品上的關鍵控制。

如果人們可以接觸到激光器,則在不使用激光器時應確保鑰匙安全。

在激光對準和初始設置期間需要採取特殊預防措施,因為那時嚴重眼睛受傷的可能性非常大。 激光工人必須在激光設置和校準之前接受安全操作培訓。

激光防護眼鏡是在職業暴露限值確定後開發的,並起草了規格以提供光密度(或 OD,衰減因子的對數度量),作為特定波長和暴露持續時間的函數激光。 儘管歐洲存在激光眼保護的特定標準,但美國國家標準協會在美國以 ANSI Z136.1 和 ANSI Z136.3 的名稱提供了進一步的指南。

技術培訓

在調查實驗室和工業情況下的激光事故時,出現了一個共同因素:缺乏足夠的培訓。 激光安全培訓對於每個員工將圍繞其工作的激光操作應該是適當和充分的。 培訓應針對激光類型和分配給工人的任務。

醫療監督

根據當地職業醫學法規,激光工人的醫療監督要求因國家/地區而異。 曾幾何時,當激光僅限於研究實驗室並且對其生物學效應知之甚少時,每個激光工作者定期接受眼底(視網膜)攝影的全面眼科檢查以監測眼睛的狀態是很典型的. 然而,到 1970 年代初,這種做法受到質疑,因為臨床發現幾乎總是陰性,而且很明顯,這種檢查只能識別主觀可檢測的急性損傷。 這導致 WHO 激光工作組於 1975 年在愛爾蘭的 Don Leaghreigh 開會,建議不要進行此類涉及的監測計劃,並強調視覺功能測試。 從那時起,大多數國家職業健康團體都在不斷降低體檢要求。 今天,只有在發生激光眼損傷或疑似過度暴露的情況下,普遍需要進行全面的眼科檢查,並且通常需要進行植入前視力篩查。 一些國家可能需要額外的檢查。

激光測量

與某些工作場所危害不同,通常不需要對工作場所的激光輻射危險水平進行監測。 由於大多數激光束的光束尺寸高度受限、改變光束路徑的可能性以及激光輻射計的難度和費用,當前的安全標準強調基於危險類別而不是工作場所測量(監控)的控制措施。 製造商必須進行測量,以確保符合激光安全標準和正確的危險分類。 事實上,激光危害分類的最初理由之一與為危害評估執行適當測量的巨大困難有關。

結論

儘管激光對於工作場所來說相對較新,但它正迅速變得無處不在,與激光安全相關的計劃也是如此。 安全使用激光的關鍵首先是盡可能封閉激光輻射能量,如果不可能,則要建立適當的控制措施並對所有使用激光的人員進行培訓。

 

背部

星期二,15 March 2011 15:26

射頻場和微波

射頻 (RF) 電磁能和微波輻射用於工業、商業、醫學和研究以及家庭中的各種應用。 在 3 到 3 x 10 的頻率範圍內8 kHz(即 300 GHz)我們很容易識別應用,例如無線電和電視廣播、通信(長途電話、移動電話、無線電通信)、雷達、介電加熱器、感應加熱器、開關電源和計算機顯示器。

高功率 RF 輻射是一種熱能來源,具有加熱對生物系統的所有已知影響,包括燒傷、生殖的暫時性和永久性變化、白內障和死亡。 對於範圍廣泛的射頻,皮膚對熱的感知和熱痛的檢測是不可靠的,因為熱感受器位於皮膚中,不容易感覺到由這些場引起的身體深度加熱。 需要暴露限制來防止射頻場暴露對健康的這些不利影響。

職業接觸

感應加熱

通過施加強交變磁場,可以通過感應加熱導電材料 渦流. 這種加熱用於鍛造、退火、釬焊和焊接。 工作頻率範圍從 50/60 到幾百萬赫茲。 由於產生磁場的線圈尺寸通常很小,因此全身高水平暴露的風險很小; 但是,接觸手的風險可能很高。

電介質加熱

3 至 50 MHz 的射頻能量(主要頻率為 13.56、27.12 和 40.68 MHz)在工業中用於各種加熱過程。 應用包括塑料密封和壓花、膠水乾燥、織物和紡織品加工、木工以及防水油布、游泳池、水床襯墊、鞋、旅行支票夾等各種產品的製造。

文獻中報告的測量結果(Hansson Mild 1980;IEEE COMAR 1990a、1990b、1991)表明,在許多情況下,電和磁 洩漏場 在這些射頻設備附近非常高。 操作者通常是育齡婦女(即 18 至 40 歲)。 在某些職業場合,洩漏場往往很廣泛,導致操作人員全身暴露。 對於許多設備,電場和磁場暴露水平超過了所有現有的 RF 安全準則。

由於這些設備可能會產生非常高的 RF 能量吸收,因此控制從它們發出的洩漏場很有意義。 因此,定期 RF 監測對於確定是否存在暴露問題至關重要。

通訊系統

在大多數情況下,通信和雷達領域的工作人員只會暴露在低水平的場強中。 但是,必須爬上 FM/TV 塔的工人暴露在高強度環境中,因此必須採取安全預防措施。 在互鎖失效且門打開的變送器機櫃附近也可能大量暴露。

醫療照射

射頻能量最早的應用之一是短波透熱療法。 未屏蔽的電極通常用於此,可能導致高雜散場。

最近,RF 場已與靜磁場一起用於 磁共振成像 (核磁共振)。 由於使用的 RF 能量很低,並且場幾乎完全包含在患者外殼內,因此操作員的暴露可以忽略不計。

生物效應

比吸收率(SAR,以瓦特/千克為單位測量)被廣泛用作劑量學,暴露限值可以從 SARs 中得出。 生物體的 SAR 取決於輻射頻率、強度、偏振、輻射源和身體的配置、反射面和身體大小、形狀和電特性等暴露參數。 此外,人體內部的 SAR 空間分佈非常不均勻。 不均勻的能量沉積會導致不均勻的深體加熱,並可能產生內部溫度梯度。 在 10 GHz 以上的頻率下,能量沉積在靠近身體表面的地方。 標準受試者的最大 SAR 出現在大約 70 MHz 處,而當人站立與 RF 地面接觸時出現在大約 30 MHz 處。 在極端溫度和濕度條件下,1 MHz 下 4 至 70 W/kg 的全身 SAR 預計會導致健康人的核心溫度在一小時內升高約 2 ºC。

射頻加熱是一種已被廣泛研究的相互作用機制。 已觀察到小於 1 W/kg 的熱效應,但通常尚未確定這些效應的溫度閾值。 在評估生物效應時必須考慮時間-溫度曲線。

當 RF 加熱既不是充分的機制也不是可能的機制時,也會發生生物效應。 這些影響通常涉及調製射頻場和毫米波長。 已經提出了各種假設,但尚未產生可用於推導人體接觸限值的信息。 有必要了解相互作用的基本機制,因為探索每個 RF 場的特徵生物物理和生物相互作用是不切實際的。

人類和動物研究表明,由於內部組織過熱,射頻場會導致有害的生物效應。 身體的熱傳感器位於皮膚內,不易感覺到身體深處的熱量。 因此,工作人員可能會吸收大量射頻能量,而不會立即意識到洩漏場的存在。 有報導稱,暴露在雷達設備、射頻加熱器和密封器以及無線電電視塔的射頻場中的人員在暴露一段時間後會感到發熱。

幾乎沒有證據表明射頻輻射會引發人類癌症。 然而,一項研究表明它可能在動物中充當癌症促進劑(Szmigielski 等人,1988 年)。 對暴露於 RF 場的人員進行的流行病學研究數量很少,而且通常範圍有限(Silverman 1990;NCRP 1986;WHO 1981)。 前蘇聯和東歐國家對職業暴露工人進行了多項調查(Roberts 和 Michaelson,1985 年)。 然而,這些研究在健康影響方面並不是決定性的。

歐洲 RF 封口機操作員的人類評估和流行病學研究(Kolmodin-Hedman 等人,1988 年;Bini 等人,1986 年)報告說,可能會出現以下具體問題:

  • 射頻灼傷或因接觸熱表面而灼傷
  • 手和手指麻木(即感覺異常); 觸覺敏感度受到干擾或改變
  • 眼睛刺激(可能是由於含乙烯材料的煙霧)
  • 操作員腿部明顯變暖和不適(可能是由於電流通過腿部流向地面)。

 

手機

個人無線電話的使用正在迅速增加,這導致基站數量的增加。 這些通常位於公共區域。 然而,這些電台對公眾的曝光率很低。 這些系統通常使用模擬或數字技術在 900 MHz 或 1.8 GHz 附近的頻率上運行。 這些手機是小型、低功率的無線電發射器,使用時靠近頭部。 天線輻射的部分功率被頭部吸收。 幻影頭中的數值計算和測量表明 SAR 值可以是幾 W/kg 的量級(進一步參見 ICNIRP 聲明,1996 年)。 公眾對電磁場對健康的危害越來越關注,一些研究項目正在致力於解決這個問題(McKinley 等人,未發表的報告)。 一些關於移動電話使用和腦癌的流行病學研究正在進行中。 迄今為止,只有一項動物研究(Repacholi 等人,1997 年)已發表,該研究的轉基因小鼠每天暴露 1 小時,持續 18 個月,暴露於類似於數字移動通信中使用的信號。 到實驗結束時,43 只暴露的動物中有 101 只患有淋巴瘤,而假暴露組的 22 只動物中有 100 只患有淋巴瘤。 增加具有統計學意義(p > 0.001)。 這些結果不能輕易地解釋為與人類健康相關,需要對此進行進一步研究。

標準和準則

一些組織和政府已經發布了防止過度暴露於 RF 場的標準和指南。 Grandolfo 和 Hansson Mild(1989 年)對全球安全標准進行了審查; 此處的討論僅涉及 IRPA (1988) 和 IEEE 標準 C 95.1 1991 發布的指南。

IRPA (1988) 中介紹了 RF 暴露限制的完整原理。 總而言之,IRPA 指南採用了 4 W/kg 的基本限制 SAR 值,如果超過該值,則認為由於 RF 能量吸收而導致不良健康後果的可能性越來越大。 由於急性接觸低於該水平,沒有觀察到對健康的不利影響。 結合安全係數 0.4 考慮到長期暴露可能產生的後果,XNUMX W/kg 被用作得出職業暴露暴露限值的基本限值。 進一步的安全係數 XNUMX 被納入以得出對公眾的限制。

導出的電場強度暴露限值 (E), 磁場強度 (H) 以及以 V/m、A/m 和 W/m 指定的功率密度2 分別如圖 1 所示。 EH 場在 100 分鐘內取平均值,建議瞬時暴露量不超過時間平均值的 200 倍以上。此外,人體對地電流不應超過 XNUMX 毫安。

圖 1. IRPA (1988) 電場強度 E、磁場強度 H 和功率密度的暴露限值

ELF060F1

IEEE 於 95.1 年制定的標準 C 1991 給出了職業暴露(受控環境)的限值,即一個人整個身體的平均 SAR 為 0.4 W/kg,任何一克的峰值 SAR 為 8 W/kg組織 6 分鐘或更長時間。 暴露於一般公眾(不受控制的環境)的相應值對於全身 SAR 為 0.08 W/kg,對於峰值 SAR 為 1.6 W/kg。 人體對地電流在受控環境中不應超過 100 mA,在不受控環境中不應超過 45 mA。 (有關詳細信息,請參閱 IEEE 1991。)導出的限制如圖 2 所示。

圖 2. IEEE (1991) 對電場強度 E、磁場強度 H 和功率密度的暴露限值

ELF060F2

有關射頻場和微波的更多信息可以在例如 Elder 等人的著作中找到。 1989 年,格林 1992 年,以及波爾克和波斯托 1986 年。

 

背部

星期二,15 March 2011 15:30

VLF 和 ELF 電場和磁場

極低頻 (ELF) 和極低頻 (VLF) 電場和磁場涵蓋高於靜態 (> 0 Hz) 場的頻率範圍,最高可達 30 kHz。 對於本文,ELF 定義為頻率範圍 > 0 至 300 Hz,VLF 定義為 > 300 Hz 至 30 kHz。 在 > 0 到 30 kHz 的頻率範圍內,波長從 ∞(無窮大)到 10 公里不等,因此電場和磁場基本上彼此獨立,必須分開處理。 電場強度(E) 以伏特每米 (V/m) 為單位測量,磁場強度 (H) 以安培每米 (A/m) 和磁通密度 (B) 在特斯拉 (T) 中。

使用在該頻率範圍內運行的設備的工人對可能產生的不利健康影響進行了相當多的爭論。 到目前為止,最常見的頻率是 50/60 Hz,用於電力的產生、分配和使用。 媒體報導、錯誤信息的傳播和正在進行的科學辯論加劇了人們對暴露於 50/60 Hz 磁場可能與癌症發病率增加有關的擔憂(Repacholi 1990;NRC 1996)。

本文的目的是概述以下主題領域:

  • 來源、職業和應用
  • 劑量學和測量
  • 相互作用機制和生物學效應
  • 人類研究和對健康的影響
  • 保護措施
  • 職業暴露標準。

 

提供概要說明是為了讓工作人員了解 ELF 和 VLF 主要來源的場的類型和強度、生物效應、可能的健康後果和當前的暴露限值。 還給出了安全注意事項和保護措施的概述。 雖然許多工作人員使用可視化顯示單元 (VDU),但本文僅提供簡短的詳細信息,因為它們在本文的其他地方有更詳細的介紹 百科全書.

此處包含的大部分材料可以在最近的一些評論中找到更詳細的信息(WHO 1984、1987、1989、1993;IRPA 1990;ILO 1993;NRPB 1992、1993;IEEE 1991;Greene 1992;NRC 1996)。

職業暴露的來源

職業暴露的水平差異很大,並且在很大程度上取決於特定的應用。 表 1 總結了 > 0 至 30 kHz 範圍內頻率的典型應用。

表 1. 在 > 0 至 30 kHz 範圍內運行的設備的應用

頻率

波長(公里)

典型應用

16.67、50、60 赫茲

18,000-5,000

發電、輸電和使用、電解工藝、感應加熱、電弧爐和鋼包爐、焊接、運輸等,任何工業、商業、醫療或研究用電

0.3–3 赫茲

1,000-100

廣播調製、醫療應用、電爐、感應加熱、淬火、焊接、熔化、精煉

3–30 赫茲

100-10

超遠程通信、無線電導航、廣播調製、醫療應用、感應加熱、硬化、焊接、熔化、精煉、VDU

 

發電和配電

50/60 赫茲電場和磁場的主要人工來源是那些涉及發電和配電的來源,以及任何使用電流的設備。 大多數此類設備在大多數國家/地區以 50 Hz 的電源頻率運行,在北美以 60 Hz 的電源頻率運行。 一些電動火車系統以 16.67 赫茲運行。

高壓 (HV) 輸電線路和變電站與工人可能經常接觸到的最強電場相關聯。 導體高度、幾何配置、與線路的橫向距離以及傳輸線的電壓是迄今為止考慮地面最大電場強度的最重要因素。 在大約兩倍線高的橫向距離處,電場強度隨距離以近似線性的方式減小(Z​​affanella 和 Deno 1978)。 在高壓輸電線路附近的建築物內部,電場強度通常比未受干擾的場低約 100,000 倍,具體取決於建築物的配置和結構材料。

與涉及大電流的工業應用相比,架空傳輸線的磁場強度通常相對較低。 在變電站工作或維護帶電輸電線路的電力公司員工構成了暴露於更大場強(在某些情況下為 5 mT 或更高)的特殊群體。 在沒有鐵磁材料的情況下,磁場線在導體周圍形成同心圓。 除了電源導體的幾何形狀外,最大磁通密度僅由電流大小決定。 高壓輸電線路下方的磁場主要橫向於線路軸。 地平面的最大磁通密度可能在中心線以下或外部導體以下,具體取決於導體之間的相位關係。 對於典型的雙迴路 500 kV 架空輸電線路系統,地面的最大磁通密度約為每千安傳輸電流 35 μT(Bernhardt 和 Matthes 1992)。 高達 0.05 mT 的磁通密度的典型值出現在架空線路附近的工作場所、變電站和以 16 2/3、50 或 60 Hz 的頻率運行的發電站 (Krause 1986)。

工業流程

職業性磁場暴露主要來自於在使用大電流的工業設備附近工作。 此類設備包括用於焊接、電渣精煉、加熱(熔爐、感應加熱器)和攪拌的設備。

在加拿大(Stuchly 和 Lecuyer 1985 年)、波蘭(Aniolczyk 1981 年)、澳大利亞(Repacholi,未發表的數據)和瑞典(Lövsund、Oberg 和 Nilsson 1982 年)對工業用感應加熱器進行的調查顯示,磁通密度在操作員位置範圍從 0.7 μT 到 6 mT,具體取決於使用的​​頻率和與機器的距離。 Lövsund、Oberg 和 Nilsson(1982 年)在對工業電工鋼和焊接設備磁場的研究中發現,點焊機(50 Hz,15 至 106 kA)和鋼包爐(50 Hz,13 至 15 kA)產生的磁場高達 10 mT,距離可達 1 m。 在澳大利亞,發現在 50 Hz 至 10 kHz 範圍內運行的感應加熱設備在操作員可以站立的位置提供高達 2.5 mT(50 Hz 感應爐)的最大場。 此外,以其他頻率工作的感應加熱器周圍的最大場在 130 kHz 時為 1.8 μT,在 25 kHz 時為 2.8 μT,在 130 kHz 時超過 9.8 μT。

由於產生磁場的線圈尺寸通常很小,所以很少對整個身體進行高度暴露,而是主要對手進行局部暴露。 操作員手上的磁通量密度可能達到 25 mT(Lövsund 和 Mild 1978 年;Stuchly 和 Lecuyer 1985 年)。 在大多數情況下,磁通密度小於 1 mT。 感應加熱器附近的電場強度通常較低。

由於電爐或其他使用大電流的設備,電化學行業的工人可能會暴露在高電場和磁場強度下。 例如,感應爐和工業電解槽附近的磁通密度可測量到高達 50 mT。

視覺顯示單元

可視顯示單元 (VDU) 或視頻顯示終端 (VDT) 的使用正以越來越快的速度增長。 VDT 操作員對低水平輻射的排放可能產生的影響表示擔憂。 在靠近屏幕表面的最壞情況下測量到的磁場(頻率 15 至 125 kHz)高達 0.69 A/m (0.9 μT)(放射衛生局 1981 年)。 許多調查都證實了這一結果(Roy et al. 1984;Repacholi 1985 IRPA 1988)。 國家機構和個別專家對 VDT 的測量和調查進行的全面審查得出結論,VDT 的輻射不會對健康造成任何影響(Repacholi 1985;IRPA 1988;ILO 1993a)。 無需執行常規輻射測量,因為即使在最壞情況或故障模式條件下,輻射水平也遠低於任何國際或國家標準的限制 (IRPA 1988)。

文件中提供了對排放的全面審查、適用科學文獻、標準和指南的總結(ILO 1993a)。

醫療應用

患有不能很好癒合或癒合的骨折的患者已接受脈衝磁場治療(Bassett、Mitchell 和 Gaston 1982 年;Mitbreit 和 Manyachin 1984 年)。 還正在研究使用脈衝磁場來​​促進傷口癒合和組織再生。

各種產生磁場脈衝的設備被用於刺激骨骼生長。 一個典型的例子是產生大約 0.3 mT 的平均磁通密度、大約 2.5 mT 的峰值強度,並在骨骼中產生 0.075 至 0.175 V/m 範圍內的峰值電場強度的裝置(Bassett、Pawluk 和皮拉 1974)。 在暴露的肢體表面附近,該裝置產生大約 1.0 mT 的峰值磁通密度,導致峰值離子電流密度約為 10 至 100 mA/m2 (1 至 10 μA/cm2) 在組織中。

測量

在開始測量 ELF 或 VLF 場之前,獲取盡可能多的有關源特徵和暴露情況的信息非常重要。 估計預期場強和選擇最合適的測量儀器需要此信息(Tell 1983)。

有關來源的信息應包括:

  • 存在的頻率,包括諧波
  • 電力傳輸
  • 極化(方向 E 場地)
  • 調製特性(峰值和平均值)
  • 佔空比、脈衝寬度和脈衝重複頻率
  • 天線特性,例如類型、增益、波束寬度和掃描速率。

 

有關暴露情況的信息必須包括:

  • 距源的距離
  • 任何散射物體的存在。 平面散射可以增強 E 2 倍的場。甚至更大的增強可能來自曲面,例如角反射器。

 

表 2 總結了在職業環境中進行的調查結果。

表 2. 磁場暴露的職業來源

資源

磁通量
密度 (mT)

距離(米)

顯示器

最高2.8 x 10 - 4

0.3

高壓線

截至到0.4

下劃線

發電站

截至到0.27

1

焊接電弧 (0–50 Hz)

0.1-5.8

0-0.8

感應加熱器 (50–10 kHz)

0.9-65

0.1-1

50 赫茲鋼包爐

0.2-8

0.5-1

50 赫茲電弧爐

截至到1

2

10 Hz 感應攪拌器

0.2-0.3

2

50 Hz 電渣焊

0.5-1.7

0.2-0.9

治療設備

1-16

1

資料來源:艾倫 1991 年; 伯恩哈特 1988; 克勞斯 1986; Lövsund、Oberg 和 Nilsson 1982; Repacholi,未發表的數據; 1986 年; Stuchly 和 Lecuyer 1985,1989。

儀器儀表

電場或磁場測量儀器由三個基本部分組成:探頭、導線和監視器。 為確保進行適當的測量,需要或希望具有以下儀器特性:

  • 探測器必須只響應 E 場或 H 領域,而不是同時。
  • 探頭不得對場產生明顯的擾動。
  • 從探頭到監視器的導線不得顯著干擾探頭處的場,或從場耦合能量。
  • 探頭的頻率響應必須覆蓋需要測量的頻率範圍。
  • 如果在近場反應中使用,探頭傳感器的尺寸最好小於當前最高頻率波長的四分之一。
  • 儀器應指示被測場參數的均方根(rms)值。
  • 儀器的響應時間應該是已知的。 理想的響應時間約為 1 秒或更短,以便容易檢測到間歇場。
  • 探頭應響應場的所有偏振分量。 這可以通過固有的各向同性響應或通過探頭在三個正交方向上的物理旋轉來實現。
  • 良好的過載保護、電池操作、便攜性和堅固的結構是其他理想的特性。
  • 儀器提供以下一項或多項參數的指示:平均值 E 場 (V/m) 或均方 E 領域(V2/m2); 平均 H 場 (A/m) 或均方 H 字段(A2/m2).

 

調查

通常會進行調查以確定工作場所中現有的場地是否低於國家標準規定的限制。 因此,進行測量的人員必須完全熟悉這些標準。

應調查所有佔用和可訪問的位置。 被測設備的操作員和驗船師應盡可能遠離測試區域。 通常存在的所有可能反射或吸收能量的物體都必須就位。 驗船師應採取預防措施防止射頻 (RF) 灼傷和電擊,尤其是在高功率、低頻系統附近。

相互作用機制和生物學效應

交互機制

ELF 和 VLF 場與生物系統相互作用的唯一既定機制是:

  • 在暴露的物體上感應表面電荷並產生電流(以 mA/m 為單位測量)的電場2) 在體內,其大小與表面電荷密度有關。 根據暴露在場中的暴露條件、大小、形狀和位置,表面電荷密度可能有很大差異,導致體內電流分佈可變且不均勻。
  • 磁場還通過在體內感應電場和電流作用於人體。
  • 在暴露於 ELF 或 VLF 電場的導電物體(例如汽車)中感應的電荷可能導致電流通過與其接觸的人。
  • 與導體(例如,鐵絲網)耦合的磁場會導致電流(與暴露場的頻率相同)通過與其接觸的人的身體。
  • 當暴露在強電場中的人和金屬物體靠得足夠近時,可能會發生瞬態放電(火花)。
  • 電場或磁場可能會干擾植入式醫療設備(例如,單極心臟起搏器)並導致設備故障。

 

上面列出的前兩個交互是人與 ELF 或 VLF 場之間直接耦合的示例。 最後四種相互作用是間接耦合機制的例子,因為它們只有在暴露的生物體靠近其他物體時才會發生。 這些身體可以包括其他人或動物和物體,例如汽車、柵欄或植入設備。

雖然已經假設了生物組織與 ELF 或 VLF 場之間相互作用的其他機制,或者有一些證據支持它們的存在(WHO 1993;NRPB 1993;NRC 1996),但沒有一種機制被證明對健康造成任何不利後果。

健康影響

證據表明,暴露於頻率範圍 > 0 至 30 kHz 的電場和磁場中的大部分已確定影響是由對錶面電荷和感應電流密度的敏銳反應引起的。 人們可以感知到極低頻電場(而不是磁場)在他們的身體上感應出的振盪表面電荷的影響; 如果足夠強烈,這些影響會變得煩人。 表 3 總結了電流通過人體的影響(感知閾值、鬆手閾值或破傷風閾值)。

表 3. 電流通過人體的影響

影響

主題

以 mA 為單位的閾值電流

   

50 和 60 赫茲

300赫茲

1000赫茲

10千赫

30千赫

知覺

男士

女士

兒童

1.1

0.7

0.55

1.3

0.9

0.65

2.2

1.5

1.1

15

10

9

50

35

30

放手閾值衝擊

男士

女士

兒童

9

6

4.5

11.7

7.8

5.9

16.2

10.8

8.1

55

37

27

126

84

63

胸部強直;
嚴重休克

男士

女士

兒童

23

15

12

30

20

15

41

27

20.5

94

63

47

320

214

160

資料來源:Bernhardt 1988a。

人體神經和肌肉細胞已被暴露於幾 mT 和 1 至 1.5 kHz 的磁場中感應的電流所刺激; 閾值電流密度被認為高於 1 A/m2. 暴露於低至約 5 至 10 mT(20 Hz)的磁場或直接施加於頭部的電流可以在人眼中引起閃爍的視覺感覺。 考慮到這些反應和神經生理學研究的結果表明,細微的中樞神經系統功能,例如推理或記憶,可能會受到 10 mA/m 以上的電流密度的影響2 (NRPB 1993)。 閾值可能在大約 1 kHz 之前保持不變,但此後會隨著頻率的增加而上升。

幾個 體外 研究(WHO 1993 年;NRPB 1993 年)報導了暴露於 ELF 和 VLF 電場和直接施加於細胞培養物的電流的各種細胞系中的代謝變化,例如酶活性和蛋白質代謝的改變以及淋巴細胞細胞毒性降低。 大多數影響已在大約 10 到 1,000 mA/m 的電流密度下報告2,儘管這些反應的定義不太明確(Sienkiewicz、Saunder 和 Kowalczuk 1991)。 然而,值得注意的是,神經和肌肉電活動產生的內源性電流密度通常高達 1 mA/m2 最高可達 10 mA/m2 在心裡。 這些電流密度不會對神經、肌肉和其他組織產生不利影響。 通過將感應電流密度限制在 10 mA/m 以下,可以避免這種生物效應2 在高達約 1 kHz 的頻率下。

對健康有很多影響但我們的知識有限的幾個可能的生物相互作用領域包括:松果體中夜間褪黑激素水平的可能變化和暴露於 ELF 電場或磁場引起的動物晝夜節律的改變,以及極低頻磁場對發育和致癌過程的可能影響。 此外,有一些證據表明生物對非常弱的電場和磁場有反應:這些包括腦組織中鈣離子流動性的改變、神經元放電模式的改變以及操作行為的改變。 振幅和頻率“窗口”均已被報導,這挑戰了傳統的假設,即響應的幅度隨著劑量的增加而增加。 儘管需要進一步調查,但這些影響並未得到很好的證實,也沒有為建立對人體暴露的限制提供依據(Sienkievicz、Saunder 和 Kowalczuk 1991 年;WHO 1993 年;NRC 1996 年)。

表 4 給出了人體各種生物效應的感應電流密度的近似範圍。

表 4. 各種生物效應的近似電流密度範圍

影響

電流密度(毫安/米2)

直接神經和肌肉刺激

1,000-10,000

中樞神經系統活動的調節
細胞代謝的變化 體外

100-1,000

視網膜功能的變化
中樞神經系統的可能變化
細胞代謝的變化 體外


10-100

內生電流密度

1-10

資料來源:Sienkiewicz 等。 1991.

職業暴露標準

幾乎所有限制在 > 0-30 kHz 範圍內的標準都需要將感應電場和電流保持在安全水平。 通常感應電流密度限制在小於 10 mA/m2. 表 5 總結了一些當前的職業接觸限值。

表 5. 暴露於 > 0 至 30 kHz 頻率範圍內電場和磁場的職業限制(注意 f 的單位是 Hz)

國家/參考

頻率範圍

電場 (V/m)

磁場 (A/m)

國際 (IRPA 1990)

50 / 60赫茲

10,000

398

美國(IEEE 1991)

3–30 赫茲

614

163

美國(ACGIH 1993)

1–100 赫茲

100–4,000 赫茲

4–30 赫茲

25,000

2.5 10點¯x6/f

625

60 /f

60 /f

60 /f

德國(1996)

50 / 60赫茲

10,000

1,600

英國 (NRPB 1993)

1–24 赫茲

24–600 赫茲

600–1,000 赫茲

1–30 赫茲

25,000

6 10點¯x5/f

1,000

1,000

64,000 /f

64,000 /f

64,000 /f

64

 

保護措施

高壓輸電線路附近發生的職業暴露取決於工人在高電位帶電工作期間在地面上或導體上的位置。 在帶電條件下工作時,可使用防護服將體內的電場強度和電流密度降低到與在地面工作時相似的值。 防護服不會減弱磁場的影響。

應明確分配保護工人和公眾免受暴露於 ELF 或 VLF 電場和磁場的潛在不利影響的責任。 建議主管當局考慮採取以下步驟:

  • 制定和採用暴露限值以及實施合規計劃
  • 制定技術標準以降低對電磁干擾的敏感性,例如起搏器
  • 制定標準,定義因電磁干擾而在強電場和強磁場源周圍限制進入的區域(例如,起搏器和其他植入設備)。 應考慮使用適當的警告標誌。
  • 在每個具有高暴露可能性的場所,要求專門指派負責工人和公眾安全的人員
  • 制定標準化測量程序和調查技術
  • 對工人進行有關暴露於 ELF 或 VLF 電場和磁場的影響的教育要求以及旨在保護他們的措施和規則
  • 起草 ELF 或 VLF 電場和磁場中工人安全的指南或操作規範。 ILO (1993a) 為此類準則提供了極好的指導。

 

背部

星期二,15 March 2011 15:39

靜電場和磁場

我們的自然環境和人工環境都會產生不同大小的電力和磁力——在戶外、辦公室、家庭和工業工作場所。 這就提出了兩個重要問題:(1) 這些暴露是否會對人類健康造成任何不利影響,以及 (2) 可以設置哪些限制來嘗試定義此類暴露的“安全”限制?

本次討論的重點是靜電場和磁場。 對各行各業的工人以及動物進行的研究均有所描述,這些研究未能證明在通常遇到的電場和磁場暴露水平下有任何明顯的不利生物影響。 儘管如此,仍試圖討論許多國際組織為製定指導方針以保護工人和其他人免受任何可能的危險水平暴露所做的努力。

術語定義

當電壓或電流施加到物體(例如電導體)時,導體會帶電並且力開始作用於附近的其他電荷。 可以區分兩種類型的力:由靜止電荷產生的力,稱為 靜電力, 和那些只在電荷移動時出現的(如導體中的電流),稱為 磁力. 為了描述這些力的存在和空間分佈,物理學家和數學家創造了 領域。 因此,人們談到力場,或簡稱為電場和磁場。

術語 靜止 描述了一種情況,其中所有電荷都固定在空間中,或者以穩定的流動方式移動。 結果,電荷和電流密度隨時間恆定。 在固定電荷的情況下,我們有一個電場,其在空間中任何一點的強度都取決於所有電荷的值和幾何形狀。 在電路中電流穩定的情況下,電場和磁場隨時間恆定(靜態場),因為電路中任何一點的電荷密度都不會變化。

只要電荷和電流是靜止的,電和磁就是截然不同的現象; 在這種靜態情況下,電場和磁場之間的任何相互聯繫都消失了,因此它們可以分開處理(與時變場的情況不同)。 靜態電場和磁場的明顯特徵是穩定的、與時間無關的強度,並且對應於極低頻 (ELF) 頻帶的零頻率極限。

靜電場

自然和職業暴露

靜電場是由帶電物體產生的,其中在靜電場內的物體表面感應出電荷。 因此,物體表面的電場,特別是半徑較小的地方,例如一個點,可能比未受擾動的電場(即沒有物體存在的場)大。 物體內部的場可能非常小或為零。 帶電物體將電場視為一種力; 例如,一個力將施加在體毛上,這可能被個人感知。

平均而言,地球表面帶負電荷,而高層大氣帶正電荷。 在地球表面附近產生的靜電場強度約為 130 V/m。 該場隨著高度的增加而減小,其值在100米高度處約為100 V/m,在45 km處為1 V/m,在1 km處小於20 V/m。 實際值差異很大,具體取決於當地的溫度和濕度分佈以及電離污染物的存在。 例如,在雷雲下方,甚至在雷雲接近時,地平面也會發生大的場變化,因為通常云的下部帶負電,而上部帶正電。 此外,雲和地面之間存在空間電荷。 隨著雲的接近,地面的磁場可能會先增強然後反轉,地面帶正電。 在此過程中,即使沒有局部閃電,也可能觀察到 100 V/m 至 3 kV/m 的電場; 磁場反轉可能會在 1 分鐘內非常迅速地發生,並且在風暴持續期間可能會持續存在高場強。 普通雲和雷雲一樣,都含有電荷,因此對地面的電場有很大影響。 在有霧、雨和自然產生的小離子和大離子的情況下,預計與晴天場的偏差高達 200%。 在完全晴朗的天氣下,甚至可以預期日常週期中的電場變化:局部電離、溫度或濕度的相當規律的變化以及由此導致的地面附近大氣電導率的變化,以及局部空氣運動引起的機械電荷轉移,可能是造成這些晝夜變化的原因。

辦公室和家庭中典型的人造靜電場水平在 1 至 20 kV/m 範圍內; 這些場經常在高壓設備周圍產生,例如電視機和視頻顯示單元 (VDU),或由摩擦產生。 直流 (DC) 傳輸線會產生靜電場和磁場,是一種經濟的長距離配電方式。

靜電場廣泛應用於化工、紡織、航空、造紙、橡膠等行業和交通運輸。

生物效應

實驗研究幾乎沒有提供生物學證據表明靜電場對人體健康有任何不利影響。 為數不多的動物研究似乎也沒有產生支持對遺傳學、腫瘤生長或內分泌或心血管系統產生不利影響的數據。 (表 1 總結了這些動物研究。)

表 1. 暴露於靜電場的動物研究

生物學終點

報告的影響

暴露條件

血液學和免疫學

大鼠血清蛋白的白蛋白和球蛋白組分的變化。
反應不一致

血細胞計數、血液蛋白或血液無顯著差異
小鼠化學

連續暴露於 2.8 至 19.7 kV/m 的場
從 22 到 52 天

暴露於 340 kV/m 22 小時/天,總共 5,000 小時

神經系統

在大鼠腦電圖中觀察到的顯著變化的誘導。 然而,沒有明確的一致反應跡象

濃度和利用率無明顯變化
雄性大鼠大腦中的各種神經遞質

暴露於高達 10 kV/m 的電場強度

暴露於 3 kV/m 場長達 66 小時

行為

最近進行得很好的研究表明對囓齒動物沒有影響
行為

在不受空氣離子影響的情況下,雄性大鼠產生劑量依賴性迴避行為

暴露於高達 12 kV/m 的場強

暴露於 55 至 80 kV/m 的 HVD 電場

繁殖與發展

後代總數和數量無顯著差異
小鼠存活率

暴露於 340 kV/m 22 小時/天之前、期間和之後
妊娠

 

沒有 體外 已經進行了研究以評估將細胞暴露於靜電場的影響。

理論計算表明,靜電場會在暴露的人的表面感應出電荷,如果對接地物體放電,可能會被感知。 在足夠高的電壓下,空氣將電離並變得能夠在例如帶電物體和接地人之間傳導電流。 這 擊穿電壓 取決於許多因素,包括帶電物體的形狀和大氣條件。 相應電場強度的典型值介於 500 和 1,200 kV/m 之間。

來自一些國家的報告表明,許多 VDU 操作員都經歷過皮膚病,但這些與 VDU 工作的確切關係尚不清楚。 VDU 工作場所的靜電場被認為是這些皮膚病的可能原因,並且操作員的靜電荷可能是一個相關因素。 然而,根據現有研究證據,靜電場與皮膚病之間的任何關係仍必須被視為假設。

測量、預防、暴露標準

靜態電場強度測量可以簡化為電壓或電荷的測量。 市場上有幾種靜電電壓表可以在沒有物理接觸的情況下準確測量靜電或其他高阻抗源。 有些使用靜電斬波器來實現低漂移,並使用負反饋來提高精度和探頭到表面的間距不敏感。 在某些情況下,靜電電極通過探頭組件底部的小孔“觀察”被測表面。 在該電極上感應的斬波交流信號與被測表面和探頭組件之間的差分電壓成正比。 梯度適配器也用作靜電電壓表的附件,並允許它們用作靜電場強度計; 可以直接讀出被測表面和適配器接地板之間的每米間隔伏特數。

沒有可靠的數據可以作為指南來設定人體暴露於靜電場的基本限值。 原則上,可以從空氣的最小擊穿電壓得出暴露限值; 但是,人在靜電場中所經歷的場強會根據身體方向和形狀而變化,在試圖達到適當的限制時必須考慮到這一點。

美國政府工業衛生學家會議 (ACGIH 1995) 推薦了閾限值 (TLV)。 這些 TLV 指的是最大未受保護的工作場所靜電場強度,代表幾乎所有工人都可能反复暴露而不會對健康產生不利影響的條件。 根據 ACGIH,職業暴露不應超過 25 kV/m 的靜電場強度。 該值應用作控制暴露的指南,並且由於個體易感性,不應將其視為安全和危險水平之間的明確界限。 (此限制是指遠離導體表面的空氣中存在的場強,火花放電和接觸電流可能會造成重大危險,並且適用於部分身體和全身暴露。)應注意消除未接地的物體,將此類物體接地,或在必須處理未接地的物體時使用絕緣手套。 謹慎要求在超過 15 kV/m 的所有區域中使用保護裝置(例如,防護服、手套和絕緣材料)。

根據 ACGIH 的說法,目前關於人體反應和靜電場可能對健康產生的影響的信息不足以為時間加權平均暴露建立可靠的 TLV。 建議,在缺乏製造商關於電磁干擾的具體信息的情況下,心臟起搏器和其他醫療電子設備佩戴者的暴露量應保持在或低於 1 kV/m。

在德國,根據 DIN 標準,職業暴露不應超過 40 kV/m 的靜電場強度。 對於短時間曝光(每天最多兩個小時),允許的上限為 60 kV/m。

1993 年,國家輻射防護委員會 (NRPB 1993) 提供了關於適當限制人們暴露於電磁場和輻射的建議。 這包括靜電場和磁場。 在 NRPB 文件中,提供調查級別是為了比較實測現場數量的值,以確定是否符合基本限制。 如果人員暴露的場超過相關調查級別,則必須檢查是否符合基本限制。 在這種評估中可能考慮的因素包括,例如,人與場的耦合效率、場在人佔據的體積上的空間分佈,以及暴露的持續時間。

根據 NRPB,不可能推薦基本限制以避免人體暴露於靜電場的直接影響; 給出指導以避免直接感知表面電荷的煩人影響和電擊等間接影響。 對大多數人來說,表面電荷直接作用於身體的惱人感覺不會在暴露於小於約 25 kV/m 的靜電場強度(即 ACGIH 推薦的相同場強)時發生。 為避免火花放電(間接效應)造成壓力,NRPB 建議將直流接觸電流限制在 2 mA 以下。 遵循與此類設備相關的既定電氣安全程序可以防止低阻抗源的電擊。

靜態磁場

自然和職業暴露

身體對靜磁場相對透明; 這樣的場將直接與磁各向異性材料(當沿不同方向的軸測量時表現出不同值的屬性)和移動電荷相互作用。

自然磁場是由於地球作為永磁體而產生的內部磁場和由於太陽活動或大氣等因素在環境中產生的外部磁場的總和。 地球內部磁場來源於地核上層流動的電流。 該磁場的強度存在顯著的局部差異,其平均幅度從赤道處的約 28 A/m(對應於非磁性材料(如空氣)中約 35 mT 的磁通密度)到約 56 A 不等/m 在地磁極上方(對應於空氣中約 70 mT)。

人工場比自然起源的場強很多數量級。 靜磁場的人工來源包括所有包含承載直流電的電線的設備,包括工業中的許多電器和設備。

在直流輸電線路中,靜磁場是由兩線線路中移動的電荷(電流)產生的。 對於架空線路,對於 20 kV 線路,地平面的磁通量密度約為 500 mT。 對於埋在 1.4 m 的地下輸電線路,承載的最大電流約為 1 kA,其地面最大磁通密度小於 10 mT。

表 2 列出了涉及使用大靜磁場的主要技術及其相應的暴露水平。

表 2. 涉及使用大靜磁場的主要技術,以及相應的暴露水平

程序

暴露水平

能源技術

熱核聚變反應堆

人員可及區域的邊緣場高達 50 mT。
反應堆場外低於 0.1 mT

磁流體動力系統

約 10 m 處約 50 mT; 100 mT 僅在距離大於 250 m 時

超導磁體儲能係統

操作員可訪問位置的邊緣場高達 50 mT

超導發電機和傳輸線

邊緣油田預計小於 100 mT

研究設施

氣泡室

在更換膠片盒期間,場強在腳部約為 0.4–0.5 T,在頭部約為 50 mT

超導光譜儀

在操作員可訪問的位置大約 1 T

粒子加速器

由於被排除在高輻射區之外,人員很少受到照射。 僅在維護期間出現異常

同位素分離裝置

短暫暴露於高達 50 mT 的磁場
通常場電平小於 1 mT

行業

鋁生產

操作員可訪問位置的電平高達 100 mT

電解過程

平均和最大場強分別約為 10 和 50 mT

生產磁鐵

2–5 mT 在工人手中; 在胸部和頭部水平的 300 至 500 mT 範圍內

藥物

核磁共振成像和光譜學

未屏蔽的 1-T 磁鐵在 0.5 m 處產生約 10 mT,而未屏蔽的 2-T 磁鐵在約 13 m 處產生相同的曝光

 

生物效應

來自實驗室動物實驗的證據表明,在高達 2 T 的靜態磁通密度下評估的許多發育、行為和生理因素沒有顯著影響。對小鼠的研究也沒有證明暴露於磁場對胎兒有任何傷害高達 1 T。

從理論上講,磁效應會在強磁場中阻礙血液流動並導致血壓升高。 在 5 T 時,預計流量最多會減少幾個百分點,但在調查時,在 1.5 T 的人體受試者中沒有觀察到任何流量。

一些關於永磁體製造工人的研究報告了各種主觀症狀和功能障礙:煩躁、疲勞、頭痛、食慾不振、心動過緩(心跳緩慢)、心動過速(心跳加快)、血壓下降、腦電圖改變,瘙癢,灼痛和麻木。 然而,缺乏對工作環境中物理或化學危害影響的任何統計分析或評估,大大降低了這些報告的有效性,並使其難以評估。 儘管這些研究尚無定論,但它們確實表明,即使確實發生了長期影響,也非常微妙; 沒有報告累積的總影響。

據報導,暴露在 4T 磁通密度下的人會出現與磁場運動相關的感覺效應,例如眩暈(頭暈)、噁心、金屬味以及移動眼睛或頭部時的磁感。 然而,對長期暴露於靜磁場的工人的一般健康數據進行的兩項流行病學調查未能揭示任何顯著的健康影響。 在使用大型電解槽進行化學分離過程的工廠中獲得了 320 名工人的健康數據,其中工作環境中的平均靜電場水平為 7.6 mT,最大場為 14.6 mT。 與 186 名對照組相比,暴露組的白細胞計數略有變化,但仍在正常範圍內。 觀察到的血壓或其他血液測量值的瞬時變化均未被認為是與磁場暴露相關的顯著不利影響的指示。 在另一項研究中,對 792 名職業暴露於靜磁場的工人的疾病患病率進行了評估。 對照組由年齡、種族和社會經濟地位匹配的 792 名未暴露工人組成。 磁場暴露的範圍從持續時間長的 0.5 mT 到持續數小時的 2 T 不等。 與對照組相比,暴露組在 19 種疾病的患病率方面未觀察到統計學上的顯著變化。 與其餘暴露人群或匹配對照相比,198 名經歷過 0.3 T 或更高暴露時間一小時或更長時間的亞組在疾病患病率方面沒有差異。

一份關於鋁工業工人的報告表明白血病死亡率升高。 儘管這項流行病學研究報告說,直接參與鋁生產的工人暴露在大的靜磁場中會增加患癌症的風險,但目前沒有明確的證據表明工作環境中的哪些致癌因素是造成這種情況的確切原因。 用於鋁還原的過程會產生煤焦油、瀝青揮發物、氟化物煙霧、硫氧化物和二氧化碳,其中一些可能比磁場暴露更有可能產生致癌作用。

在一項針對法國鋁業工人的研究中,發現癌症死亡率和全因死亡率與法國一般男性人口中觀察到的死亡率沒有顯著差異(Mur 等人,1987 年)。

另一個將磁場暴露與可能的癌癥結果聯繫起來的負面發現來自對氯鹼廠一組工人的研究,在該工廠中,用於電解生產氯氣的 100 kA 直流電流會在工人所在位置產生靜態磁通密度,範圍從從 4 到 29 mT。 在 25 年的時間裡,這些工人中觀察到的癌症發病率與預期的癌症發病率沒有顯著差異。

測量、預防和暴露標準

在過去的三十年中,磁場的測量取得了長足的發展。 技術的進步使得開發新的測量方法以及改進舊方法成為可能。

兩種最流行的磁場探頭類型是屏蔽線圈和霍爾探頭。 大多數市售磁場計都使用其中一種。 最近,已經提出其他半導體器件,即雙極晶體管和FET晶體管,作為磁場傳感器。 與霍爾探頭相比,它們具有一些優勢,例如更高的靈敏度、更高的空間分辨率和更寬的頻率響應。

核磁共振(NMR)測量技術的原理是確定試樣在待測磁場中的共振頻率。 這是一種可以非常精確地進行的絕對測量。 這種方法的測量範圍從大約 10 mT 到 10 T,沒有明確的限制。 在使用質子磁共振方法的現場測量中,精度為 10 - 4 很容易用簡單的設備獲得,精度為 10 - 6 可以通過廣泛的預防措施和精良的設備到達。 NMR 方法的固有缺點是它對低梯度場的局限性以及缺乏有關場方向的信息。

最近,還開發了幾種適用於監測靜磁場暴露的個人劑量計。

工業和科學使用磁場的保護措施可分為工程設計措施、間隔距離的使用和行政控制。 另一類危險控制措施,包括個人防護裝備(例如,特殊服裝和麵罩),不存在磁場。 然而,針對急救或醫療電子設備以及外科和牙科植入物的磁干擾潛在危害的保護措施是一個特別值得關注的領域。 施加到高場設施中的鐵磁(鐵)植入物和鬆散物體的機械力要求採取預防措施以防止健康和安全危害。

盡量減少對大型研究和工業設施周圍高強度磁場的過度暴露的技術通常分為四種類型:

    1. 距離和時間
    2. 磁屏蔽
    3. 電磁干擾 (EMI) 和兼容性
    4. 行政措施。

           

          使用警告標誌和特殊通道區域來限制大型磁鐵設施附近人員的接觸對控制接觸起到了最大的作用。 像這樣的管理控制通常比磁屏蔽更可取,磁屏蔽可能非常昂貴。 鬆散的鐵磁和順磁(任何磁化物質)物體在受到強磁場梯度時會轉化為危險的導彈。 只有從該區域和人員身上移除鬆散的金屬物體才能避免這種危險。 剪刀、指甲銼、螺絲刀和手術刀等物品應禁止放在附近。

          最早的靜磁場指南是在前蘇聯作為非官方建議制定的。 臨床研究構成了該標準的基礎,建議工作場所的靜磁場強度不應超過 8 kA/m (10 mT)。

          美國政府工業衛生學家會議發布了靜態磁通密度的 TLV,大多數工人可以日復一日地反復接觸這些密度,而不會對健康產生不利影響。 至於電場,這些值應作為控制靜磁場暴露的指南,但不應將其視為安全和危險水平之間的分界線。 根據 ACGIH,日常職業暴露不應超過 60 mT 平均在整個身體或 600 mT 到四肢每天,時間加權的基礎上。 建議將 2 T 的通量密度作為上限值。 磁場對鐵磁工具和醫療植入物施加的機械力可能存在安全隱患。

          1994 年,國際非電離輻射防護委員會 (ICNIRP 1994) 最終確定並發布了有關靜磁場暴露限制的指南。 在這些指南中,對工人和公眾的接觸限值進行了區分。 表 3 總結了 ICNIRP 建議的職業和一般公眾暴露於靜磁場的限值。當磁通量密度超過 3 mT 時,應採取預防措施以防止金屬物體飛行造成的危害。 模擬手錶、信用卡、磁帶和計算機磁盤可能會因暴露在 1 mT 下而受到不利影響,但這並不被視為人們的安全問題。

          表 3. 國際非電離輻射防護委員會 (ICNIRP) 推薦的靜磁場暴露限值

          曝光特性

          磁通密度

          職業

          全工作日(時間加權平均值)

          200噸

          上限值

          四肢

          普通公眾

          連續曝光

          40噸

           

          在適當控制的條件下,可以允許公眾偶爾訪問磁通密度超過 40 mT 的特殊設施,前提是不超過適當的職業暴露限值。

          ICNIRP 暴露限值已針對均勻場設置。 對於非均勻場(場內變化),必須在 100 平方厘米的面積上測量平均磁通密度2.

          根據最近的一份 NRPB 文件,限制急性接觸低於 2 T 將避免眩暈或噁心等急性反應以及心律失常(不規則心跳)或精神功能受損導致的不良健康影響。 儘管暴露人群的研究證據相對缺乏關於高場可能的長期影響,委員會認為最好將 24 小時以上的長期時間加權暴露限制在 200 mT 以下(十分之一旨在防止急性反應)。 這些級別與 ICNIRP 推薦的級別非常相似; ACGIH TLV 略低。

          裝有心臟起搏器和其他電激活植入裝置或鐵磁植入物的人可能無法受到此處給出的限制的充分保護。 大多數心臟起搏器不太可能因暴露於低於 0.5 mT 的場而受到影響。 帶有某些鐵磁植入物或電激活裝置(心臟起搏器除外)的人可能會受到高於幾 mT 的磁場的影響。

          存在其他建議職業暴露限制的指南:其中三套在高能物理實驗室(斯坦福直線加速器中心和加利福尼亞州的勞倫斯利弗莫爾國家實驗室,日內瓦的 CERN 加速器實驗室)和美國部門的臨時指南中得到執行能源部 (DOE)。

          在德國,根據 DIN 標準,職業暴露不應超過 60 kA/m(約 75 mT)的靜磁場強度。 當僅暴露四肢時,該限值設置為 600 kA/m; 對於短時間的全身照射(每小時最多 150 分鐘),允許場強限制高達 5 kA/m。

           

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