Охорона праці

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Дати характеристику ультрафіолетовому випромінюванню.

Ультрафіолетовим  випромінюванням (УФВ) називають електромагнітні  випромінювання в оптичній ділянці  з довжиною хвилі в діапазоні 200-380 нм.

За способом генерації воно належить до теплового випромінювання, але за своєю дією подібне до іонізуючого випромінювання. Природнім джерелом УФВ є сонце. Штучними джерелами є електричні дуги, лазери, газорозрядні джерела світла.

Генерація ультрафіолетового  випромінювання починається при температурі тіла понад 1200 °С, а його інтенсивність зростає з підвищенням температури.

Енергетичною  характеристикою УФВ є густина  потоку потужності, яка вимірюється  у Вт/м2.

Інтенсивність випромінювання та його електричний  спектральний склад залежить від температури поверхні, що є джерелом УФВ, наявності пилу та загазованості повітря.

Уся область  ультрафіолетового випромінювання умовно ділиться на:

- довгі ультрафіолетові  хвилі від 315 до 400 нм;

- середні ультрафіолетові  хвилі від 280 до 315 нм;

- короткі ультрафіолетові  хвилі від 10 до 280 нм.

Або на:

- ближню від  400 до 200 нм. Відкрито в 1801 році  німецьким вченим  
Н. Ріттером і англійським вченим У. Волластоном за фотохімічним впливом вирпромінювання на хлористе срібло (AgCl).

- далеку, або вакуумну (200-10 нм). Назва зумовлена тим, що випромінювання цієї ділянки сильно поглинається повітрям і його дослідження проводять за допомогою вакуумних спектральних приладів. Знайдено німецьким вченим В. Шуманом за допомогою побудованого ним вакуумного спектрографа з флюоритовою призмою (1885—1903) та безжелатинових фотопластин. За допомогою чого він отримав можливість реєструвати короткохвильове випромінювання з довжиною хвиль до 130 нм. Англійський вчений Т. Лайман, вперше збудувавши вакуумний спектрограф з увігнутою дифракційною граткою, реєстрував ультрафіолетове випромінювання з довжиною хвилі до 25 нм (1924 рік). До 1927 року був вивчений весь проміжок хвиль до рентгенівського випромінювання.

Оптичний спектр сонячного випромінення. Зверху - звичайний вигляд у спектроскоп; знизу - представлення залежності інтенсивності випромінення - I від довжини хвилі

За міжнародною  класифікацією стандарта ISO-DIS-21348 [1] сонячне  
УФ-випромінення розподіляється на такі області та підобласті:

Назва області	Скорочення	Довжина хвилі нанометри	Енергія на фотон електронвольти
Ближня область	NUV	400—300 нм	3.10—4.13 еВ
Ультрафіолет A довгі ультрафіолетові  хвилі або чорне світло	UVA	400—315 нм	3.10—3.94 еВ
Середня область	MUV	300—200 нм	4.13—6.20 еВ
Ультрафіолет B середні ультрафіолетові хвилі	UVB	315—280 нм	3.94—4.43 еВ
Ультрафіолет C короткі ультрафіолетові  хвилі	UVC	280—100 нм	4.43—12.4 еВ
Вакуумна область	VUV	200—10 нм	6.20—124 еВ
Далека область	FUV	200—122 нм	6.20—10.2 еВ
Лайман-альфа  водню	H Lyman-α	121,57—121,58 нм	— еВ
Екстремально  далека	EUV	121—10 нм	10.2—124 еВ

 

Спектр ультрафіолетового  випромінювання може бути лінійчатим, безперервним або складатися із смуг залежно від природи джерела  випромінювання . Лінійчатим спектром володіє УФ-випромінювання атомів, іонів або легких молекул (наприклад, молекула водню H2). Для спектрів важких молекул характерні смуги, обумовлені електронно-коливально-обертальними переходами молекул. Безперервний спектр виникає при гальмуванні і рекомбінації електронів.

Флуоресценція мінералів на різних довжинах хвиль при УФ-опроміненні.

Оптичні властивості  речовин в ультрафіолетовій області  спектру значно відрізняються від  їх оптичних властивостей у видимій  області. Характерною межею є  зменшення прозорості (збільшення коефіцієнта поглинання) більшості тіл, прозорих у видимій області. Наприклад, звичайне скло непрозоре при інтенсивності випромінювання — I < 320 нм; в більш короткохвильовій області прозорі лише увіолеве скло, сапфір, фтористий магній, кварц, флюорит, фтористий літій і деякі інші матеріали. Найдальшу межу прозорості (105 нм) має фтористий літій. Для I < 105 нм прозорих матеріалів практично немає. З газоподібних речовин найбільшу прозорість мають інертні гази, межа прозорості яких визначається величиною їхнього іонізаційного потенціалу. Найкороткохвильовішу межу прозорості має гелій (He) — 50,4 нм. Повітря непрозоре практично при I < 185 нм через УФ-поглинання киснем.

Залежність коефіцієнта  відбиття від довжини хвилі випромінення

Коефіцієнт  відбиття всіх матеріалів (у тому числі металів) зменшується із зменшенням довжини хвилі випромінювання. Наприклад, коефіцієнт відбиття свіжонапиленого алюмінію (Al), одного з кращих ніж інші матеріалів для дзеркальних покриттів, у видимій області спектру, різко зменшується при I < 90 нм. Віддзеркалення алюмінію значно зменшується також унаслідок окислення поверхні. Для захисту поверхні алюмінію від окислення застосовуються покриття з фтористого літію або фтористого магнію. В області I < 80 нм деякі матеріали мають коефіцієнт відбиття 10-30% (золото (Au), платина (Pt), радій (Ra), вольфрам (W) та ін.), проте при I < 40 нм їхній коефіцієнт віддзеркалення знижується до 1% і менше.

Джерела ультрафіолетового випромінювання.

Випромінювання  розжарених до 3000 K твердих тіл містить  помітну частку ультрафіолетового випромінювання неперервного спектру, інтенсивність якого зростає із збільшенням температури. Сильніше ультрафіолетове випромінювання випускає плазма газового розряду. При цьому залежно від розрядних умов і робочої речовини може випускатись як безперервний, так і лінійчатий спектр. Для різних застосувань промисловість випускає ртутні, водневі, ксенонові та ін. газорозрядні лампи, вікна в яких (або цілком колби) виготовляють з прозорих для УФ-випромінювання матеріалів (частіше з кварцу). Будь-яка високотемпературна плазма (плазма електричних іскор і дуг, плазма, що утворюється при фокусуванні сильного лазерного випромінювання в газах або на поверхні твердих тіл) є потужним джерелом УФ-випромінювання. Інтенсивне УФ-випромінювання неперервного спектру випромінюють електрони, прискорені в синхротроні. Для ультрафіолетової області спектру розроблені також оптичні квантові генератори - лазери. Найменшу довжину хвилі з них має водневий лазер (109,8 нм).

Природні джерела ультрафіолетового випромінювання — Сонце, зірки, туманності й інші космічні об'єкти. Проте лише довгохвильова частина цього випромінювання (I > 290 нм) досягає земної поверхні. Більш короткохвильове випромінювання поглинається озоном, киснем та іншими компонентами атмосфери на висоті 30—200 км від поверхні Землі, що відіграє велику роль в атмосферних процесах. Ультрафіолетове випромінювання зірок та ін. космічних тіл, окрім поглинання в земній атмосфері, в інтервалі 91,2—20 нм практично повністю поглинається міжзоряним воднем.

Детектори ультрафіолетового випромінювання.

Для реєстрації УФ-випромінювання при I > 230 нм використовуються звичайні фотоматеріали. В більш  короткохвильовій області до нього  чутливі спеціальні маложелатинові фотопрошарки. Застосовуються фотоелектричні приймачі, що використовують здатність випромінювання викликати іонізацію і фотоефект: фотодіоди, іонізаційні камери, лічильники фотонів, фотопомножувачі. Розроблений також особливий вид фотопомножувачів - канальні електронні помножувачі, що дозволяють створювати мікроканальні пластини. В таких пластинах кожний осередок є канальним електронним помножувачем розміром до 10 мкм. Мікроканальні пластини дозволяють одержувати фотоелектричні зображення в УФ-випромінюванні й об'єднують переваги фотографічних і фотоелектричних методів реєстрації. При дослідженнях також використовують різні люмінесцентні речовини, що перетворюють УФ-випромінювання у видиме сівтло. На цій основі створені прилади для візуалізації зображень в УФ-випромінюванні.

Застосування.

Вивчення спектрів випромінювання, поглинання і відбиття в УФ-області дозволяє визначати  електронну структуру атомів, іонів, молекул, а також твердих тіл. УФ-спектри Сонця, зірок та ін. несуть інформацію про фізичні процеси, що відбуваються в гарячих областях цих космічних об'єктів. На фотоефекті, що викликається УФ-випромінюванням, заснована фотоелектронна спектроскопія. УФ-випромінювання може порушувати хімічні зв'язки в молекулах, внаслідок чого можуть відбуватися різні хімічні реакції (окислення, відновлення, розклад, полімеризація). Люмінесценція під дією УФ-випромінювання використовується при створенні люмінесцентних ламп, фарб, що світяться, в люмінесцентному аналізі і люмінесцентній дефектоскопії. Ультрафіолетове випромінювання застосовується в криміналістиці для встановлення ідентичності фарбників, автентичності документів тощо.

 

 

Біологічна  дія.

При дії на живі організми УФ-випромінювання поглинається вже верхніми шарами тканин рослин або шкіри людини і тварин. В  основі біологічна дія випромінювання обумовлена хімічними змінами молекул біополімерів. Ці зміни викликаються як безпосереднім поглинанням квантів випромінювання, так і (в меншій мірі) радикалами води (HO-; H3O+; H2O2-2) та інших низькомолекулярних з'єднань, що утворюються при опромінюванні.

На людину і  тварин малі дози УФ-випромінювання впливають благотворно - сприяють утворенню вітамінів групи D, покращують імунобіологічні властивості організму. Характерною реакцією шкіри на УФ-випромінювання є специфічне почервоніння - еритема (максимальну еритемну дію має випромінювання з довжиною хвилі 296,7 нм та = 253,7 нм), яка звичайно переходить в захисну пігментацію - «засмагу». Великі дози УФ-випромінювання можуть викликати пошкодження очей (фотоофтальмію) і опік шкіри. Часті і надмірні дози в деяких випадках можуть зумовлювати канцерогенну дію на шкіру.

У рослинах УФ-випромінювання змінює активність ферментів і гормонів, впливає на синтез пігментів, інтенсивність  фотосинтезу і фотоперіодичної  реакції. Не встановлено, чи корисні  і чи тим більше необхідні для проростання насіння, розвитку паростків і нормальної життєдіяльності вищих рослин малі дози УФ-випромінювання. Великі ж дози, поза сумнівом, несприятливі для рослин, про що свідчать існуючі у них захисні пристосування (наприклад, накопичення певних пігментів, клітинні механізми відновлення від пошкоджень).

На мікроорганізми і культивовані клітини вищих  тварин і рослин УФ-випромінювання діє згубно і викликає мутагенез (найефективнішне при довжині  хвилі в межах 280—240 нм). Звичайно спектр летальної і мутагенної дії приблизно збігається із спектром поглинання нуклеїнових кислот - ДНК і РНК, в деяких випадках спектр біологічної дії близький до спектру поглинання білків. Основна роль дії УФ-випромінювання на клітини належить хімічним змінам у ДНК: піримідинові сполуки (головним чином тимін) при поглинанні квантів УФ-випромінювання утворюють димери, які перешкоджають нормальному подвоєнню (реплікації) ДНК при підготовці клітини до ділення. Це може приводити до загибелі клітин або зміни їхніх спадкових властивостей (мутацій). Певне значення в летальній дії випромінювання на клітини мають також пошкодження біолеских мембран і порушення синтезу різних їх компонентів і клітинної оболонки. Більшість живих клітин мають здатність до відновлення завдяки наявності в них систем репарації. Здатність відновлюватися від пошкоджень, що викликані УФ-випромінюванням, виникла, ймовірно, на ранніх етапах еволюції і відігравала важливу роль у виживанні первинних організмів, що піддавалися інтенсивному сонячному ультрафіолетовому опромінюванню.

За чутливостю до УФ-випромінювання біологічні об'єкти розрізняються дуже сильно. Наприклад, доза УФ-випромінювання, що призводить до загибелі 90% клітин, для різних штамів кишкової палички дорівнює 10, 100 і 800 ерг/мм², а для бактерій Micrococcus radiodurans - 7 000 ерг/мм². Чутливість клітин до УФ-випромінювання у великій мірі залежить також від їхнього фізіологічного стану і умов культивування до і після опромінювання (температура, склад живильного середовища). Сильно впливають на чутливість клітин мутації деяких генів. У бактерій і дріжджів відомо близько 20 генів, мутації яких підвищують чутливість до УФ-випромінювання. У ряді випадків такі гени відповідальні за відновлення кліток від променевих пошкоджень. Мутації інших генів порушують синтез білка і будову клітинних мембран, тим самим підвищуючи радіочутливість негенетичних компонентів клітки. Мутації, що підвищують чутливість до УФ-випромінювання, відомі й у вищих організмів, у тому числі у людини. Так, спадкове захворювання - пігментна ксеродерма обумовлена мутаціями генів, що контролюють темнову репарацію.

Генетичні наслідки опромінювання ультрафіолетом пилку  вищих рослин, клітин рослин і тварин, а також мікроорганізмів виражені в підвищенні частот мутації генів, хромосом і плазмид. Частота мутації окремих генів, при дії високих доз УФ-випромінювання, може підвищуватися в тисячі раз в порівнянні з природним рівнем і сягати декількох відсотків. На відміну від генетичної дії іонізуючих випромінювань, мутації генів під впливом УФ-випромінювання виникають відносно частіше, ніж мутації хромосом. Завдяки сильному мутагенному ефекту це випромінювання широко використовують як в генетичних дослідженнях, так і в селекції рослин і промислових мікроорганізмів, що є продуцентами антибіотиків, амінокислот, вітамінів і білкової біомаси. Генетична дія УФ-випромінювання могла відігравати істотну роль в еволюції живих організмів.

Вплив на здоров'я людини.

Біологічні  ефекти ультрафіолетового випромінювання в трьох спектральних ділянках істотно  різні, тому біологи іноді виділяють, як найважливіші в їх роботі, такі діапазони:

Близький ультрафіолет, УФ-A промені (UVA, 315—400 нм)

УФ-B промені (UVB, 280—315 нм)

Далекий ультрафіолет, УФ-C промені (UVC, 100—280 нм)

Практично весь UVC і приблизно 90% UVB поглинаються озоном, а також водяною парою, киснем і вуглекислим газом при проходженні сонячного світла через земну атмосферу. Випромінювання з діапазону UVA досить слабо поглинається атмосферою. Тому радіація, що досягає поверхні Землі, в значній мірі містить ближній ультрафіолет UVA, і, в невеликій частці — UVB.

Позитивні ефекти.

У ХХ столітті було вперше показано як УФ-випромінювання має благотворний вплив на людину. Фізіологічна дія УФ-променів було досліджено в середині минулого століття (Г. Варшавер, Г. Франк. М. Данциг, Н. Галанін, М. Каплун, А. Парфенов, Є. Бєлікова, В. Dugger. J. Hassesser. Н. Ronge, Є. Biekford тощо). Було переконливо доведено в сотнях експериментів, що випромінювання в УФ області спектру (290-400 нм) підвищує тонус симпатико-адреналінової системи, активує захисні механізми, підвищує рівень неспецифічного імунітету, а також збільшує секрецію ряду гормонів. Під впливом УФ випромінювання (УФІ) утворюються гістамін і подібні йому речовини, які мають судинорозширювальну дію, підвищують проникність шкірних судин. Змінюється вуглеводний і білковий обмін речовин в організмі.

Дія оптичного  випромінювання змінює легеневу вентиляцію — частоту і ритм дихання, підвищується газообмін, споживання кисню, активізується  діяльність ендокринної системи. Особливо значна роль УФ випромінювання в утворенні в організмі вітаміну Д, що зміцнює кістково-м'язову систему і має антирахітну дію. Особливо слід відзначити, що тривала недостатність УФ випромінювання може мати несприятливі наслідки для людського організму, які отримали назву «світлового голодування». Найчастішим проявом цього захворювання є порушення мінерального обміну речовин, зниження імунітету, швидка стомлюваність тощо.