36. Luftdruck erhöht
Kapitel-Editor: TJR Francis
Inhaltsverzeichnis
Arbeiten unter erhöhtem Luftdruck
Eric Kindwall
Dees F. Gorman
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1. Anweisungen für Druckluftarbeiter
2. Dekompressionskrankheit: Überarbeitete Klassifizierung
37. Barometrischer Druck reduziert
Kapitel-Editor: Walter Dümmer
Atmungsakklimatisierung an große Höhen
John T. Reeves und John V. Weil
Physiologische Wirkungen von reduziertem Luftdruck
Kenneth I. Berger und William N. Rom
Gesundheitserwägungen für die Verwaltung der Arbeit in großen Höhen
John B. West
Prävention von Arbeitsgefahren in großen Höhen
Walter Dümmer
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38. Biologische Gefahren
Kapitel-Editor: Zuheir Ibrahim Fachri
Biogefahren am Arbeitsplatz
Zuheir I. Fachri
Wassertiere
D. Zanini
Terrestrische giftige Tiere
JA Rioux und B. Juminer
Klinische Merkmale des Schlangenbisses
David A. Warrell
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1. Berufliche Einstellungen mit biologischen Arbeitsstoffen
2. Viren, Bakterien, Pilze & Pflanzen am Arbeitsplatz
3. Tiere als Quelle berufsbedingter Gefahren
39. Katastrophen, natürliche und technologische
Kapitel-Editor: Pier Alberto Bertazzi
Katastrophen und Großunfälle
Pier Alberto Bertazzi
IAO-Übereinkommen zur Verhütung schwerer Industrieunfälle, 1993 (Nr. 174)
Katastrophenvorbereitung
Peter J. Baxter
Aktivitäten nach der Katastrophe
Benedetto Terracini und Ursula Ackermann-Liebrich
Wetterbedingte Probleme
Jean Franz
Lawinen: Gefahren und Schutzmaßnahmen
Gustav Pointtingl
Transport gefährlicher Materialien: Chemisch und radioaktiv
Donald M. Campbell
Strahlenunfälle
Pierre Verger und Denis Winter
Fallstudie: Was bedeutet Dosis?
Arbeitsschutzmaßnahmen in durch Radionuklide kontaminierten landwirtschaftlichen Gebieten: Die Tschernobyl-Erfahrung
Yuri Kundiev, Leonard Dobrovolsky und VI Chernyuk
Fallstudie: Feuer in der Spielzeugfabrik Kader
Casey Cavanaugh Grant
Auswirkungen von Katastrophen: Lehren aus medizinischer Sicht
José Luis Zeballos
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1. Definitionen von Katastrophentypen
2. 25 Jahre durchschnittlich # Opfer nach Art und Region – natürlicher Auslöser
3. 25 Jahre durchschnittlich # Opfer nach Art und Region – nicht natürlicher Auslöser
4. 25-jähriger Durchschnitt # Opfer nach Typ – natürlicher Auslöser (1969-1993)
5. 25-Jahre-Durchschnitt # Opfer nach Typ – nicht natürlicher Auslöser (1969-1993)
6. Natürlicher Auslöser von 1969 bis 1993: Ereignisse über 25 Jahre
7. Nicht natürlicher Auslöser von 1969 bis 1993: Ereignisse über 25 Jahre
8. Natürlicher Auslöser: Anzahl nach globaler Region und Art im Jahr 1994
9. Nicht natürlicher Auslöser: Anzahl nach globaler Region und Art im Jahr 1994
10 Beispiele für Industrieexplosionen
11 Beispiele für Großbrände
12 Beispiele für größere toxische Freisetzungen
13 Rolle des Managements von Großgefahrenanlagen bei der Gefahrenkontrolle
14 Arbeitsmethoden zur Gefährdungsbeurteilung
15 Kriterien der EG-Richtlinie für gefährliche Anlagen
16 Prioritäre Chemikalien, die bei der Identifizierung von Anlagen mit großer Gefährdung verwendet werden
17 Wetterbedingte Berufsrisiken
18 Typische Radionuklide mit ihren radioaktiven Halbwertszeiten
19 Vergleich verschiedener nuklearer Unfälle
20 Kontamination in der Ukraine, Weißrussland und Russland nach Tschernobyl
21 Kontamination Strontium-90 nach dem Unfall von Khyshtym (Ural 1957)
22 Radioaktive Quellen, an denen die breite Öffentlichkeit beteiligt war
23 Hauptunfälle mit industriellen Strahlern
24 Oak Ridge (US) Strahlenunfallregister (weltweit, 1944-88)
25 Muster der beruflichen Exposition gegenüber ionisierender Strahlung weltweit
26 Deterministische Effekte: Schwellenwerte für ausgewählte Organe
27 Patienten mit akutem Bestrahlungssyndrom (AIS) nach Tschernobyl
28 Epidemiologische Krebsstudien zu hochdosierter externer Bestrahlung
29 Schilddrüsenkrebs bei Kindern in Belarus, der Ukraine und Russland, 1981-94
30 Internationales Ausmaß nuklearer Zwischenfälle
31 Allgemeine Schutzmaßnahmen für die allgemeine Bevölkerung
32 Kriterien für Kontaminationszonen
33 Große Katastrophen in Lateinamerika und der Karibik, 1970-93
34 Schäden durch sechs Naturkatastrophen
35 Krankenhäuser und Krankenhausbetten durch 3 große Katastrophen beschädigt/zerstört
36 Opfer in 2 Krankenhäusern, die durch das Erdbeben von 1985 in Mexiko einstürzten
37 Verlust von Krankenhausbetten infolge des Erdbebens in Chile im März 1985
38 Risikofaktoren für Erdbebenschäden an der Krankenhausinfrastruktur
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40. Strom
Kapitel-Editor: Dominique Folliot
Elektrizität – Physiologische Wirkungen
Dominique Folliot
Statische Elektrizität
Claude Mengue
Prävention und Standards
Renzo Comini
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1. Schätzungen der Rate der Stromschläge-1988
2. Grundlegende Zusammenhänge in der Elektrostatik-Gleichungssammlung
3. Elektronenaffinitäten ausgewählter Polymere
4. Typische untere Entflammbarkeitsgrenzen
5. Spezifische Gebühr in Verbindung mit ausgewählten Industriebetrieben
6. Beispiele für elektrostatisch empfindliche Geräte
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41. Feuer
Kapitel-Editor: Casey C. Grant
Grundlegende Konzepte
Dougal Drysdale
Quellen von Brandgefahren
Tamás Banky
Brandschutzmaßnahmen
Peter F. Johnson
Maßnahmen zum passiven Brandschutz
Yngve Anderberg
Aktive Brandschutzmaßnahmen
Gary Taylor
Brandschutz organisieren
S. Dheri
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1. Untere und obere Entflammbarkeitsgrenzen in Luft
2. Flamm- und Brennpunkte von flüssigen und festen Brennstoffen
3. Zündquellen
4. Vergleich der für die Inertisierung erforderlichen Konzentrationen verschiedener Gase
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42. Hitze und Kälte
Kapitel-Editor: Jean-Jacques Vogt
Physiologische Reaktionen auf die thermische Umgebung
W. Larry Kenney
Auswirkungen von Hitzestress und Arbeit in der Hitze
Bodil Nielsen
Hitzestörungen
Tokuo Ogawa
Prävention von Hitzestress
Sarah A. Nunneley
Die physikalischen Grundlagen der Hitzearbeit
Jacques Malchaire
Bewertung von Hitzestress und Hitzestress-Indizes
Kenneth C. Parsons
Fallstudie: Wärmeindizes: Formeln und Definitionen
Wärmeaustausch durch Kleidung
Wouter A. Lotens
Kalte Umgebungen und kalte Arbeit
Ingvar Holmer, Per-Ola Granberg und Goran Dahlström
Vermeidung von Kältestress bei extremen Außenbedingungen
Jacques Bittel und Gustave Savourey
Kalte Indizes und Standards
Ingvar Holmer
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1. Elektrolytkonzentration in Blutplasma und Schweiß
2. Hitzestressindex und zulässige Expositionszeiten: Berechnungen
3. Interpretation der Hitzestressindexwerte
4. Anhaltswerte für Kriterien der thermischen Belastung & Dehnung
5. Modell mit Herzfrequenz zur Beurteilung von Hitzestress
6. WBGT-Referenzwerte
7. Arbeitspraktiken für heiße Umgebungen
8. Berechnung des SWreq-Index & Bewertungsverfahren: Gleichungen
9. Beschreibung der in ISO 7933 (1989b) verwendeten Begriffe
10 WBGT-Werte für vier Arbeitsphasen
11 Basisdaten für die analytische Bewertung nach ISO 7933
12 Analytische Bewertung nach ISO 7933
13 Lufttemperaturen verschiedener kalter Arbeitsumgebungen
14 Dauer von unkompensiertem Kältestress und damit verbundenen Reaktionen
15 Hinweis auf zu erwartende Wirkungen bei leichter und schwerer Kälteeinwirkung
16 Körpergewebetemperatur und körperliche Leistungsfähigkeit des Menschen
17 Menschliche Reaktionen auf Abkühlung: Indikative Reaktionen auf Hypothermie
18 Gesundheitsempfehlungen für Personal, das Kältestress ausgesetzt ist
19 Konditionierungsprogramme für kälteexponierte Arbeiter
20 Prävention & Linderung von Kältestress: Strategien
21 Strategien & Maßnahmen bezogen auf spezifische Faktoren & Ausstattung
22 Allgemeine Anpassungsmechanismen an Kälte
23 Anzahl der Tage, an denen die Wassertemperatur unter 15 ºC liegt
24 Lufttemperaturen verschiedener kalter Arbeitsumgebungen
25 Schematische Einteilung der Kaltarbeit
26 Klassifizierung der Stoffwechselrate
27 Beispiele für grundlegende Isolationswerte von Kleidung
28 Klassifizierung des thermischen Widerstands gegen Abkühlung von Handschuhen
29 Klassifizierung des thermischen Kontaktwiderstands von Handschuhen
30 Windchill-Index, Temperatur und Gefrierzeit von exponiertem Fleisch
31 Kühlende Kraft des Windes auf exponiertem Fleisch
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43. Arbeitszeit
Kapitel-Editor: Peter Knauth
Stunden der Arbeit
Peter Knauth
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1. Zeitintervalle vom Beginn der Schichtarbeit bis zu drei Erkrankungen
2. Schichtarbeit & Inzidenz von Herz-Kreislauf-Erkrankungen
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44. Raumluftqualität Indoor
Kapitel-Editor: Xavier Guardino Solá
Raumluftqualität: Einführung
Xavier Guardino Solá
Art und Quellen chemischer Schadstoffe in Innenräumen
Derrick Crump
Radon
Maria José Berenguer
Tabakrauch
Dietrich Hoffmann und Ernst L. Wynder
Raucherordnung
Xavier Guardino Solá
Messung und Bewertung chemischer Schadstoffe
M. Gracia Rosell Farrás
Biologische Kontamination
Brian Flannigan
Vorschriften, Empfehlungen, Richtlinien und Standards
Maria José Berenguer
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1. Klassifizierung von organischen Schadstoffen in Innenräumen
2. Formaldehydemission aus einer Vielzahl von Materialien
3. Ttl. flüchtige organische Verbindungen, Konz., Wand-/Bodenbeläge
4. Konsumgüter und andere Quellen flüchtiger organischer Verbindungen
5. Haupttypen und -konzentrationen im städtischen Vereinigten Königreich
6. Feldmessungen von Stickoxiden und Kohlenmonoxid
7. Giftige und tumorerzeugende Stoffe im Nebenstromrauch von Zigaretten
8. Giftige und tumorerzeugende Stoffe aus Tabakrauch
9. Cotinin im Urin bei Nichtrauchern
10 Methodik zur Probenentnahme
11 Nachweisverfahren für Gase in der Raumluft
12 Methoden zur Analyse chemischer Schadstoffe
13 Niedrigere Nachweisgrenzen für einige Gase
14 Arten von Pilzen, die Rhinitis und/oder Asthma verursachen können
15 Mikroorganismen und extrinsische allergische Alveolitis
16 Mikroorganismen in nichtindustrieller Raumluft und Staub
17 Standards der Luftqualität, die von der US EPA festgelegt wurden
18 WHO-Richtlinien für Nicht-Krebs- und Nicht-Geruchsbelästigung
19 WHO-Richtwerte basierend auf sensorischen Effekten oder Belästigung
20 Referenzwerte für Radon von drei Organisationen
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45. Raumklimakontrolle
Kapitel-Editor: Juan Guasch Farras
Kontrolle von Innenräumen: Allgemeine Grundsätze
A. Hernández Calleja
Raumluft: Methoden zur Kontrolle und Reinigung
E. Adán Liébana und A. Hernández Calleja
Ziele und Prinzipien der allgemeinen und verdünnten Belüftung
Emilio Castejon
Lüftungskriterien für nichtindustrielle Gebäude
A. Hernández Calleja
Heizungs- und Klimaanlagen
F. Ramos Pérez und J. Guasch Farrás
Raumluft: Ionisierung
E. Adán Liébana und J. Guasch Farrás
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1. Die häufigsten Schadstoffe in Innenräumen und ihre Quellen
2. Grundvoraussetzungen Verdünnungslüftungssystem
3. Kontrollmaßnahmen & ihre Auswirkungen
4. Anpassungen an Arbeitsumgebung & Effekten
5. Wirksamkeit von Filtern (ASHRAE-Standard 52-76)
6. Reagenzien, die als Absorptionsmittel für Verunreinigungen verwendet werden
7. Qualitätsstufen der Raumluft
8. Kontamination durch die Bewohner eines Gebäudes
9. Belegungsgrade verschiedener Gebäude
10 Kontamination durch das Gebäude
11 Qualitätsstufen der Außenluft
12 Vorgeschlagene Normen für Umweltfaktoren
13 Thermische Behaglichkeitstemperaturen (nach Fanger)
14 Eigenschaften von Ionen
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46. Beleuchtung
Kapitel-Editor: Juan Guasch Farras
Arten von Lampen und Beleuchtung
Richard Forster
Erforderliche Bedingungen für Visual
Fernando Ramos Pérez und Ana Hernández Calleja
Allgemeine Lichtverhältnisse
N. Alan Smith
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1. Verbesserte Leistung und Wattzahl von einigen 1,500-mm-Leuchtstoffröhrenlampen
2. Typische Lampenwirkungsgrade
3. International Lamp Coding System (ILCOS) für einige Lampentypen
4. Gängige Farben und Formen von Glühlampen und ILCOS-Codes
5. Arten von Natriumdampf-Hochdrucklampen
6. Farbkontraste
7. Reflexionsfaktoren verschiedener Farben & Materialien
8. Empfohlene Niveaus der aufrechterhaltenen Beleuchtungsstärke für Orte/Aufgaben
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47. Lärm
Kapitel-Editor: Alice H. Suter
Die Natur und Wirkung von Lärm
Alice H. Suter
Lärmmessung und Belastungsbewertung
Eduard I. Denisov und German A. Suworow
Technischer Lärmschutz
Dennis P. Driscoll
Hörerhaltungsprogramme
Larry H. Royster und Julia Doswell Royster
Normen und Vorschriften
Alice H. Suter
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1. Zulässige Expositionsgrenzwerte (PEL) für Lärmbelastung, nach Land
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48. Strahlung: Ionisierend
Kapitelherausgeber: Robert N. Cherry, Jr.
Einleitung
Robert N. Kirsche, Jr.
Strahlenbiologie und biologische Wirkungen
Arthur C. Upton
Quellen ionisierender Strahlung
Robert N. Kirsche, Jr.
Arbeitsplatzgestaltung für Strahlenschutz
Gordon M. Lodde
Strahlenschutz
Robert N. Kirsche, Jr.
Planung und Management von Strahlenunfällen
Sydney W. Porter, Jr.
49. Strahlung, nichtionisierend
Kapitel-Editor: Bengt Knave
Elektrische und magnetische Felder und Gesundheitsergebnisse
Bengt Knave
Das elektromagnetische Spektrum: Grundlegende physikalische Eigenschaften
Kjell Hansson Mild
UV-Strahlung
David H. Sliney
Infrarotstrahlung
R. Matthes
Licht und Infrarotstrahlung
David H. Sliney
Laser
David H. Sliney
Hochfrequenzfelder und Mikrowellen
Kjell Hansson Mild
VLF und ELF Elektrische und magnetische Felder
Michael H. Repacholi
Statische elektrische und magnetische Felder
Martino Grandolfo
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1. Quellen und Expositionen für IR
2. Thermische Gefahrenfunktion der Netzhaut
3. Expositionsgrenzen für typische Laser
4. Anwendungen von Geräten mit einem Bereich > 0 bis 30 kHz
5. Berufliche Expositionsquellen gegenüber Magnetfeldern
6. Auswirkungen von Strömen, die durch den menschlichen Körper fließen
7. Biologische Effekte verschiedener Stromdichtebereiche
8. Arbeitsplatzgrenzwerte – elektrische/magnetische Felder
9. Studien an Tieren, die statischen elektrischen Feldern ausgesetzt waren
10 Wichtige Technologien und große statische Magnetfelder
11 ICNIRP-Empfehlungen für statische Magnetfelder
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50. Vibrationen
Kapitel-Editor: Michael J. Griffin
Vibration
Michael J. Griffin
Ganzkörper-Vibration
Helmut Seidel und Michael J. Griffin
Handübertragene Vibration
Massimo Bovenzi
Bewegungskrankheit
Alan J. Benson
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1. Aktivitäten mit negativen Auswirkungen von Ganzkörpervibrationen
2. Vorbeugende Maßnahmen bei Ganzkörpervibrationen
3. Von Hand übertragene Vibrationsbelastungen
4. Stages, Stockholm Workshop Scale, Hand-Arm-Vibrationssyndrom
5. Raynaud-Phänomen & Hand-Arm-Vibrationssyndrom
6. Grenzwerte für handübertragene Schwingungen
7. Richtlinie des Rates der Europäischen Union: Handübertragene Schwingungen (1994)
8. Vibrationsstärken zum Fingerblanchieren
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51. Gewalt
Kapitel-Editor: Leon J. Warschau
Gewalt am Arbeitsplatz
Leon J. Warschau
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1. Höchste Arbeitsmordraten, US-Arbeitsplätze, 1980-1989
2. Höchste Raten berufsbedingter Tötungsdelikte in den USA, 1980-1989
3. Risikofaktoren für Tötungsdelikte am Arbeitsplatz
4. Leitfäden für Programme zur Prävention von Gewalt am Arbeitsplatz
52. Visuelle Anzeigeeinheiten
Kapitel-Editor: Diana Berthelette
Überblick
Diana Berthelette
Merkmale von Bildschirmarbeitsplätzen
Ahmet Çakir
Augen- und Sehprobleme
Paule Rey und Jean-Jacques Meyer
Gefahren für die Fortpflanzung – Experimentelle Daten
Ulf Bergqvist
Auswirkungen auf die Fortpflanzung - menschliche Beweise
Claire Infante-Rivard
Fallstudie: Eine Zusammenfassung von Studien zu reproduktiven Ergebnissen
Störung des Bewegungsapparates
Gabriele Bammer
Hautprobleme
Mats Berg und Sture Lidén
Psychosoziale Aspekte der Bildschirmarbeit
Michael J. Smith und Pascale Carayon
Ergonomische Aspekte der Mensch-Computer-Interaktion
Jean Marc Robert
Ergonomie-Standards
Tom FM Stewart
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1. Verteilung von Computern in verschiedenen Regionen
2. Häufigkeit und Wichtigkeit von Ausrüstungselementen
3. Prävalenz von Augensymptomen
4. Teratologische Studien mit Ratten oder Mäusen
5. Teratologische Studien mit Ratten oder Mäusen
6. VDU-Nutzung als Faktor für ungünstige Schwangerschaftsergebnisse
7. Analysen zur Untersuchung verursacht muskuloskelettale Probleme
8. Faktoren, von denen angenommen wird, dass sie Muskel-Skelett-Probleme verursachen
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Dieser Artikel beschreibt Aspekte von Strahlenschutzprogrammen. Das Ziel des Strahlenschutzes besteht darin, schädliche Auswirkungen ionisierender Strahlung und radioaktiver Stoffe auf Arbeitnehmer, die Öffentlichkeit und die Umwelt zu beseitigen oder zu minimieren und gleichzeitig ihre vorteilhafte Verwendung zu ermöglichen.
Die meisten Strahlenschutzprogramme müssen nicht jedes der unten beschriebenen Elemente implementieren. Die Gestaltung eines Strahlenschutzprogramms hängt von den Arten der beteiligten ionisierenden Strahlungsquellen und ihrer Verwendung ab.
Strahlenschutzprinzipien
Die Internationale Strahlenschutzkommission (ICRP) hat vorgeschlagen, dass die folgenden Grundsätze die Verwendung ionisierender Strahlung und die Anwendung von Strahlenschutznormen leiten sollten:
Strahlenschutznormen
Es gibt Standards für die Strahlenexposition von Arbeitnehmern und der allgemeinen Öffentlichkeit und für jährliche Grenzwerte für die Aufnahme (ALI) von Radionukliden. Aus den ALIs können Standards für Konzentrationen von Radionukliden in Luft und Wasser abgeleitet werden.
Die ICRP hat umfangreiche Tabellen von ALIs und abgeleiteten Luft- und Wasserkonzentrationen veröffentlicht. Eine Zusammenfassung der empfohlenen Dosisgrenzen finden Sie in Tabelle 1.
Tabelle 1. Empfohlene Dosisgrenzwerte der International Commission on Radiological Protection1
Anwendung |
Dosislimit |
|
Beruflich |
Öffentliche |
|
Wirksame Dosis |
20 mSv pro Jahr im Mittel über |
1 mSv in einem Jahr3 |
Jährliche Äquivalentdosis in: |
||
Linse des Auges |
150 mSv |
15 mSv |
Haut4 |
500 mSv |
50 mSv |
Hände und Füße |
500 mSv |
- |
1 Die Grenzwerte gelten für die Summe der relevanten Dosen aus externer Exposition im angegebenen Zeitraum und der 50-Jahres-Folgedosis (bis zum Alter von 70 Jahren bei Kindern) aus Aufnahmen im selben Zeitraum.
2 Mit der weiteren Maßgabe, dass die effektive Dosis in einem Jahr 50 mSv nicht überschreiten soll. Zusätzliche Einschränkungen gelten für die berufliche Exposition von Schwangeren.
3 Unter besonderen Umständen könnte in einem einzigen Jahr ein höherer Wert der effektiven Dosis zugelassen werden, sofern der Durchschnitt über 5 Jahre 1 mSv pro Jahr nicht überschreitet.
4 Die Begrenzung der effektiven Dosis schützt die Haut ausreichend vor stochastischen Effekten. Für örtlich begrenzte Expositionen ist ein zusätzlicher Grenzwert erforderlich, um deterministische Effekte zu verhindern.
Dosimetrie
Die Dosimetrie wird verwendet, um die Äquivalentdosis anzuzeigen, von der Arbeitnehmer empfangen werden extern Strahlungsfelder, denen sie ausgesetzt sein können. Dosimeter sind gekennzeichnet durch die Art des Gerätes, die Art der gemessenen Strahlung und den Körperteil, für den die Energiedosis angezeigt werden soll.
Am häufigsten werden drei Haupttypen von Dosimetern verwendet. Sie sind Thermolumineszenzdosimeter, Filmdosimeter und Ionisationskammern. Andere Arten von Dosimetern (hier nicht besprochen) umfassen Spaltfolien, Spurätzgeräte und „Blasen“-Dosimeter aus Kunststoff.
Thermolumineszenzdosimeter sind die am häufigsten verwendeten Personendosimeter. Sie nutzen das Prinzip, dass einige Materialien, wenn sie Energie aus ionisierender Strahlung absorbieren, diese so speichern, dass sie später beim Erhitzen der Materialien in Form von Licht zurückgewonnen werden kann. Die freigesetzte Lichtmenge ist in hohem Maße direkt proportional zu der von der ionisierenden Strahlung absorbierten Energie und damit zu der vom Material aufgenommenen absorbierten Dosis. Diese Proportionalität gilt über einen sehr weiten Bereich von ionisierender Strahlungsenergie und Energiedosisleistung.
Zur genauen Verarbeitung von Thermolumineszenz-Dosimetern ist eine spezielle Ausrüstung erforderlich. Das Auslesen des Thermolumineszenz-Dosimeters zerstört die darin enthaltenen Dosisinformationen. Nach entsprechender Aufbereitung sind Thermolumineszenzdosimeter jedoch wiederverwendbar.
Das für Thermolumineszenzdosimeter verwendete Material muss für das von ihm emittierte Licht transparent sein. Die am häufigsten verwendeten Materialien für Thermolumineszenzdosimeter sind Lithiumfluorid (LiF) und Calciumfluorid (CaF).2). Die Materialien können mit anderen Materialien dotiert oder mit einer spezifischen Isotopenzusammensetzung für Spezialzwecke wie Neutronendosimetrie hergestellt werden.
Viele Dosimeter enthalten mehrere Thermolumineszenz-Chips mit unterschiedlichen Filtern davor, um zwischen Energien und Strahlungsarten unterscheiden zu können.
Film war das beliebteste Material für die Personendosimetrie, bevor die Thermolumineszenzdosimetrie üblich wurde. Der Grad der Filmverdunkelung hängt von der Energie ab, die von der ionisierenden Strahlung absorbiert wird, aber die Beziehung ist nicht linear. Die Abhängigkeit der Filmreaktion von der absorbierten Gesamtdosis, der absorbierten Dosisrate und der Strahlungsenergie ist größer als bei Thermolumineszenz-Dosimetern und kann den Anwendungsbereich des Films einschränken. Der Film hat jedoch den Vorteil, dass er die Energiedosis, der er ausgesetzt war, dauerhaft aufzeichnet.
Für spezielle Zwecke, wie z. B. Neutronendosimetrie, können verschiedene Filmformulierungen und Filteranordnungen verwendet werden. Wie bei Thermolumineszenz-Dosimetern ist für eine ordnungsgemäße Analyse eine spezielle Ausrüstung erforderlich.
Folien sind im Allgemeinen viel empfindlicher gegenüber Umgebungsfeuchtigkeit und -temperatur als thermolumineszierende Materialien und können unter ungünstigen Bedingungen falsch hohe Messwerte liefern. Andererseits können die von Thermolumineszenz-Dosimetern angezeigten Äquivalentdosen durch den Stoß, wenn sie auf eine harte Oberfläche fallen, beeinträchtigt werden.
Nur die größten Organisationen betreiben ihre eigenen Dosimetriedienste. Die meisten erhalten solche Dienstleistungen von Unternehmen, die darauf spezialisiert sind. Es ist wichtig, dass solche Unternehmen von geeigneten unabhängigen Behörden lizenziert oder akkreditiert sind, damit genaue Dosimetrieergebnisse gewährleistet sind.
Selbstlesende, kleine Ionisationskammern, auch genannt Taschenkammern, werden verwendet, um sofortige Dosimetrieinformationen zu erhalten. Ihre Verwendung ist oft erforderlich, wenn Personal Bereiche mit hoher oder sehr hoher Strahlung betreten muss, wo Personal in kurzer Zeit eine große absorbierte Dosis erhalten könnte. Taschenkammern werden oft vor Ort kalibriert und sind sehr stoßempfindlich. Daher sollten sie immer durch Thermolumineszenz- oder Filmdosimeter ergänzt werden, die genauer und zuverlässiger sind, aber keine sofortigen Ergebnisse liefern.
Eine Dosimetrie ist für einen Arbeitnehmer erforderlich, wenn er mit hinreichender Wahrscheinlichkeit einen bestimmten Prozentsatz, normalerweise 5 oder 10 %, der höchstzulässigen Äquivalentdosis für den ganzen Körper oder bestimmte Körperteile ansammelt.
Ein Ganzkörperdosimeter sollte irgendwo zwischen den Schultern und der Taille getragen werden, an einer Stelle, an der die höchste Exposition zu erwarten ist. Wenn die Expositionsbedingungen dies rechtfertigen, können andere Dosimeter an Fingern oder Handgelenken, am Bauch, an einem Band oder Hut an der Stirn oder an einem Halsband getragen werden, um die lokale Exposition von Extremitäten, einem Fötus oder Embryo, der Schilddrüse oder der Schilddrüse zu beurteilen Linsen der Augen. Siehe entsprechende behördliche Richtlinien dazu, ob Dosimeter innerhalb oder außerhalb von Schutzkleidung wie Bleischürzen, Handschuhen und Halsbändern getragen werden sollten.
Personendosimeter zeigen nur die Strahlung an, auf die die Dosimeter ausgesetzt war. Die Zuordnung der Dosimeterdosis zur Person oder den Organen der Person ist für kleine, unbedeutende Dosen akzeptabel, aber große Dosimeterdosen, insbesondere solche, die die behördlichen Standards erheblich überschreiten, sollten sorgfältig im Hinblick auf die Dosimeterplatzierung und die tatsächlichen Strahlungsfelder analysiert werden, denen die Dosimeterdosis entspricht Arbeiter ausgesetzt war, als er die Dosis schätzte, der die Arbeiter tatsächlich erhalten. Im Rahmen der Untersuchung sollte eine Erklärung des Arbeitnehmers eingeholt und in das Protokoll aufgenommen werden. Sehr häufig sind jedoch sehr hohe Dosimeterdosen das Ergebnis einer absichtlichen Strahlenexposition des Dosimeters, während es nicht getragen wurde.
Bioassay
Bioassay (auch genannt Radiobioassay) bezeichnet die Bestimmung von Arten, Mengen oder Konzentrationen und in manchen Fällen der Orte radioaktiver Stoffe im menschlichen Körper, sei es durch direkte Messung (in vivo Zählung) oder durch Analyse und Bewertung von ausgeschiedenen oder aus dem menschlichen Körper entfernten Materialien.
Biotests werden normalerweise verwendet, um die Äquivalentdosis von Arbeitern aufgrund von radioaktivem Material, das in den Körper aufgenommen wird, zu bestimmen. Es kann auch einen Hinweis auf die Wirksamkeit aktiver Maßnahmen geben, die ergriffen werden, um eine solche Aufnahme zu verhindern. Seltener kann es verwendet werden, um die Dosis abzuschätzen, die ein Arbeitnehmer durch eine massive externe Strahlenexposition erhalten hat (z. B. durch Zählen weißer Blutkörperchen oder Chromosomenstörungen).
Ein Bioassay muss durchgeführt werden, wenn die begründete Möglichkeit besteht, dass ein Arbeitnehmer mehr als einen bestimmten Prozentsatz (normalerweise 5 oder 10 %) des ALI für ein Radionuklid in seinen Körper aufnimmt oder aufgenommen hat. Die chemische und physikalische Form des im Körper gesuchten Radionuklids bestimmt die Art des Bioassays, der für seinen Nachweis erforderlich ist.
Biotests können aus der Analyse von Körperproben (z. B. Urin, Kot, Blut oder Haare) auf radioaktive Isotope bestehen. In diesem Fall kann die Menge an Radioaktivität in der Probe mit der Radioaktivität im Körper der Person und folglich mit der Strahlendosis in Beziehung gesetzt werden, die der Körper der Person oder bestimmte Organe erhalten haben oder zu erhalten verpflichtet sind. Ein Urin-Bioassay für Tritium ist ein Beispiel für diese Art von Bioassay.
Ganzkörper- oder Teilkörper-Scanning kann verwendet werden, um Radionuklide zu erkennen, die Röntgen- oder Gammastrahlen mit einer Energie emittieren, die außerhalb des Körpers vernünftigerweise nachweisbar ist. Schilddrüsen-Bioassay für Jod-131 (131I) ist ein Beispiel für diese Art von Bioassay.
Der Bioassay kann intern durchgeführt werden, oder Proben oder Personal können an eine Einrichtung oder Organisation geschickt werden, die auf den durchzuführenden Bioassay spezialisiert ist. In jedem Fall ist eine ordnungsgemäße Kalibrierung der Ausrüstung und die Akkreditierung von Laborverfahren unerlässlich, um genaue, präzise und vertretbare Bioassay-Ergebnisse sicherzustellen.
Schutzkleidung
Der Arbeitgeber stellt dem Arbeitnehmer Schutzkleidung zur Verfügung, um die Möglichkeit einer radioaktiven Kontamination des Arbeitnehmers oder seiner Kleidung zu verringern oder den Arbeitnehmer teilweise vor Beta-, X- oder Gammastrahlung abzuschirmen. Beispiele für erstere sind Antikontaminationskleidung, Handschuhe, Hauben und Stiefel. Beispiele für Letzteres sind bleihaltige Schürzen, Handschuhe und Brillen.
Atemschutz
Ein Atemschutzgerät ist ein Gerät, wie z. B. ein Beatmungsgerät, das verwendet wird, um die Aufnahme radioaktiver Stoffe durch die Luft durch einen Arbeitnehmer zu reduzieren.
Arbeitgeber müssen, soweit praktikabel, Prozess- oder andere technische Kontrollen (z. B. Eindämmung oder Belüftung) verwenden, um die Konzentrationen der radioaktiven Materialien in der Luft zu begrenzen. Wenn dies nicht möglich ist, um die Konzentrationen radioaktiver Stoffe in der Luft auf Werte unterhalb derjenigen zu kontrollieren, die einen Bereich mit luftgetragener Radioaktivität definieren, muss der Arbeitgeber im Einklang mit der Aufrechterhaltung der gesamten effektiven Äquivalentdosis ALARA die Überwachung verstärken und die Aufnahme um einen oder mehrere der folgenden Bereiche begrenzen Folgendes bedeutet:
An Arbeitnehmer ausgegebene Atemschutzgeräte müssen den geltenden nationalen Normen für solche Geräte entsprechen.
Der Arbeitgeber muss ein Atemschutzprogramm implementieren und aufrechterhalten, das Folgendes umfasst:
Der Arbeitgeber muss jeden Benutzer von Atemschutzmasken darauf hinweisen, dass der Benutzer den Arbeitsbereich jederzeit verlassen kann, um sich von der Verwendung von Atemschutzmasken zu befreien, wenn eine Fehlfunktion der Ausrüstung, physische oder psychische Belastungen, Verfahrens- oder Kommunikationsfehler, eine erhebliche Verschlechterung der Betriebsbedingungen oder andere Bedingungen vorliegen das könnte eine solche Erleichterung erfordern.
Auch wenn die Umstände den routinemäßigen Einsatz von Atemschutzgeräten nicht erfordern, können glaubwürdige Notfallbedingungen ihre Verfügbarkeit erfordern. In solchen Fällen müssen die Atemschutzgeräte auch von einer geeigneten akkreditierenden Organisation für diese Verwendung zertifiziert und in einem gebrauchsfertigen Zustand gehalten werden.
Arbeitsmedizinische Überwachung
Arbeitnehmer, die ionisierender Strahlung ausgesetzt sind, sollten arbeitsmedizinische Dienste im gleichen Umfang erhalten wie Arbeitnehmer, die anderen Berufsgefahren ausgesetzt sind.
Allgemeine Voruntersuchungen beurteilen den allgemeinen Gesundheitszustand des potenziellen Mitarbeiters und ermitteln Basisdaten. Vorangegangene Krankengeschichten und Expositionsgeschichten sollten immer erhoben werden. Je nach Art der zu erwartenden Strahlenexposition können spezielle Untersuchungen, wie z. B. Augenlinsen- und Blutbilduntersuchungen, erforderlich sein. Dies sollte dem Ermessen des behandelnden Arztes überlassen bleiben.
Kontaminationsuntersuchungen
Eine Kontaminationsuntersuchung ist eine Bewertung der radiologischen Bedingungen, die mit der Herstellung, Verwendung, Freisetzung, Entsorgung oder dem Vorhandensein radioaktiver Materialien oder anderer Strahlungsquellen einhergehen. Gegebenenfalls umfasst eine solche Bewertung eine physische Untersuchung des Standorts radioaktiver Stoffe und Messungen oder Berechnungen der Strahlungspegel oder Konzentrationen oder Mengen vorhandener radioaktiver Stoffe.
Kontaminationsuntersuchungen werden durchgeführt, um die Einhaltung nationaler Vorschriften nachzuweisen und das Ausmaß der Strahlungspegel, Konzentrationen oder Mengen radioaktiven Materials und die potenziellen radiologischen Gefahren, die vorhanden sein könnten, zu bewerten.
Die Häufigkeit von Kontaminationsuntersuchungen wird durch den Grad der vorhandenen potenziellen Gefahr bestimmt. In Lagerbereichen für radioaktive Abfälle sowie in Laboratorien und Kliniken, in denen relativ große Mengen offener radioaktiver Quellen verwendet werden, sollten wöchentliche Untersuchungen durchgeführt werden. Für Laboratorien, die mit kleinen Mengen radioaktiver Quellen arbeiten, wie z in vitro Tests mit Isotopen wie Tritium, Kohlenstoff-14 (14C) und Jod-125 (125I) mit Aktivitäten von weniger als einigen kBq.
Strahlenschutzausrüstung und Vermessungsmessgeräte müssen für die Art des radioaktiven Materials und der betroffenen Strahlung geeignet und ordnungsgemäß kalibriert sein.
Kontaminationsuntersuchungen bestehen aus Messungen der Umgebungsstrahlungspegel mit einem Geiger-Müller (GM)-Zähler, einer Ionisationskammer oder einem Szintillationszähler; Messungen möglicher α- oder βγ-Oberflächenkontaminationen mit geeigneten Dünnfenster-GM- oder Zinksulfid-(ZnS)-Szintillationszählern; und Wischtests von Oberflächen, die später in einem Szintillations-(Natriumiodid (NaI))-Well-Zähler, einem Germanium-(Ge)-Zähler oder einem Flüssigszintillationszähler gezählt werden sollen.
Für Umgebungsstrahlungs- und Kontaminationsmessergebnisse müssen geeignete Auslösewerte festgelegt werden. Wenn ein Auslösewert überschritten wird, müssen unverzüglich Maßnahmen ergriffen werden, um die festgestellten Werte zu mindern, sie wieder auf akzeptable Bedingungen zu bringen und zu verhindern, dass Personal einer unnötigen Strahlung ausgesetzt wird und radioaktives Material aufgenommen und verbreitet wird.
Umweltüberwachung
Umweltüberwachung bezieht sich auf das Sammeln und Messen von Umweltproben auf radioaktive Materialien und die Überwachung von Bereichen außerhalb der Umgebung des Arbeitsplatzes auf Strahlungswerte. Zu den Zwecken der Umweltüberwachung gehören die Abschätzung der Folgen für den Menschen, die sich aus der Freisetzung von Radionukliden in die Biosphäre ergeben, die Erkennung von Freisetzungen radioaktiver Stoffe in die Umwelt, bevor sie schwerwiegend werden, und der Nachweis der Einhaltung von Vorschriften.
Eine vollständige Beschreibung der Umweltüberwachungstechniken würde den Rahmen dieses Artikels sprengen. Allgemeine Prinzipien werden jedoch diskutiert.
Es müssen Umweltproben entnommen werden, die den wahrscheinlichsten Weg für Radionuklide aus der Umwelt zum Menschen überwachen. Beispielsweise sollten Boden-, Wasser-, Gras- und Milchproben in landwirtschaftlichen Regionen rund um ein Kernkraftwerk routinemäßig entnommen und auf Jod-131 (131I) und Strontium-90 (90Sr) Inhalt.
Die Umweltüberwachung kann die Entnahme von Proben von Luft, Grundwasser, Oberflächenwasser, Boden, Laub, Fisch, Milch, Wildtieren und so weiter umfassen. Die Auswahl der zu entnehmenden Proben und deren Häufigkeit sollte auf dem Zweck der Überwachung basieren, obwohl eine kleine Anzahl zufälliger Proben manchmal ein zuvor unbekanntes Problem identifizieren kann.
Der erste Schritt bei der Gestaltung eines Umweltüberwachungsprogramms besteht darin, die Radionuklide, die freigesetzt werden oder unbeabsichtigt freigesetzt werden können, hinsichtlich Art und Menge sowie physikalischer und chemischer Form zu charakterisieren.
Die Möglichkeit des Transports dieser Radionuklide durch Luft, Grundwasser und Oberflächenwasser ist die nächste Überlegung. Ziel ist es, die Konzentrationen von Radionukliden vorherzusagen, die den Menschen direkt über Luft und Wasser oder indirekt über Lebensmittel erreichen.
Die Bioakkumulation von Radionukliden, die aus der Ablagerung in aquatischen und terrestrischen Umgebungen resultieren, ist der nächste Punkt, der Anlass zur Sorge gibt. Ziel ist es, die Konzentration von Radionukliden vorherzusagen, sobald sie in die Nahrungskette gelangen.
Abschließend wird die Rate des menschlichen Verzehrs dieser potenziell kontaminierten Lebensmittel und der Beitrag dieses Verzehrs zur menschlichen Strahlendosis und dem daraus resultierenden Gesundheitsrisiko untersucht. Die Ergebnisse dieser Analyse werden verwendet, um den besten Ansatz für die Umweltprobenahme zu bestimmen und sicherzustellen, dass die Ziele des Umweltüberwachungsprogramms erreicht werden.
Lecktests von versiegelten Quellen
Eine umschlossene Quelle bedeutet radioaktives Material, das in einer Kapsel eingeschlossen ist, die dazu bestimmt ist, ein Auslaufen oder Entweichen des Materials zu verhindern. Solche Quellen müssen regelmäßig getestet werden, um sicherzustellen, dass aus der Quelle kein radioaktives Material austritt.
Jede versiegelte Strahlungsquelle muss vor ihrer ersten Verwendung auf Dichtigkeit getestet werden, es sei denn, der Lieferant hat eine Bescheinigung vorgelegt, aus der hervorgeht, dass die Quelle innerhalb von sechs Monaten (drei Monate für α-Strahler) vor der Übergabe an den derzeitigen Eigentümer getestet wurde. Jede umschlossene Quelle muss mindestens einmal alle sechs Monate (bei α-Strahlern alle drei Monate) oder in einem von der Regulierungsbehörde festgelegten Intervall auf Dichtheit geprüft werden.
Im Allgemeinen sind Lecktests an folgenden Quellen nicht erforderlich:
Ein Lecktest wird durchgeführt, indem eine Wischprobe von der versiegelten Quelle oder von den Oberflächen des Geräts, in dem die versiegelte Quelle montiert oder gelagert ist, auf denen sich radioaktive Kontamination ansammeln könnte, entnommen wird, oder indem die Quelle in einer kleinen Menge Reinigungsmittel gewaschen wird Lösung und Behandlung des gesamten Volumens als Probe.
Die Probe sollte so gemessen werden, dass der Dichtheitstest das Vorhandensein von mindestens 200 Bq radioaktivem Material auf der Probe nachweisen kann.
Versiegelte Radiumquellen erfordern spezielle Lecktestverfahren, um austretendes Radon (Rn)-Gas zu erkennen. Beispielsweise beinhaltet ein Verfahren, die versiegelte Quelle mindestens 24 Stunden lang in einem Gefäß mit Baumwollfasern zu halten. Am Ende des Zeitraums werden die Baumwollfasern auf das Vorhandensein von Rn-Nachkommen analysiert.
Eine versiegelte Quelle, deren Leckagen die zulässigen Grenzwerte überschreiten, muss außer Betrieb genommen werden. Wenn die Quelle nicht reparierbar ist, sollte sie als radioaktiver Abfall behandelt werden. Die Regulierungsbehörde kann verlangen, dass undichte Quellen gemeldet werden, falls die Leckage auf einen Herstellungsfehler zurückzuführen ist, der einer weiteren Untersuchung würdig ist.
Maschinen
Das Strahlenschutzpersonal muss ein aktuelles Verzeichnis aller radioaktiven Stoffe und anderer Quellen ionisierender Strahlung führen, für die der Arbeitgeber verantwortlich ist. Die Verfahren der Organisation müssen sicherstellen, dass das Personal für Strahlenschutz den Empfang, die Verwendung, den Transfer und die Entsorgung all dieser Materialien und Quellen kennt, damit das Inventar auf dem neuesten Stand gehalten werden kann. Eine physische Bestandsaufnahme aller versiegelten Quellen sollte mindestens einmal alle drei Monate durchgeführt werden. Das vollständige Inventar der Quellen ionisierender Strahlung sollte während der jährlichen Prüfung des Strahlenschutzprogramms überprüft werden.
Buchung von Bereichen
Abbildung 1 zeigt das international genormte Strahlungssymbol. Dies muss auf allen Schildern, die Bereiche kennzeichnen, die zum Zwecke des Strahlenschutzes kontrolliert werden, und auf Behälteretiketten, die auf das Vorhandensein radioaktiver Materialien hinweisen, gut sichtbar erscheinen.
Abbildung 1. Strahlungssymbol
Bereiche, die zum Zwecke des Strahlenschutzes kontrolliert werden, werden häufig in Bezug auf zunehmende Dosisleistungspegel ausgewiesen. Solche Bereiche müssen auffällig mit einem oder mehreren Schildern mit dem Strahlungssymbol und den Worten „VORSICHT, STRAHLUNGSBEREICH“, „VORSICHT (or GEFAHR), BEREICH MIT HOHER STRAHLUNG“ oder „GROSSE GEFAHR, BEREICH MIT SEHR HOCHSTRAHLUNG“.
Wenn ein Bereich oder Raum eine erhebliche Menge an radioaktivem Material (wie von der Regulierungsbehörde definiert) enthält, muss der Eingang zu diesem Bereich oder Raum gut sichtbar mit einem Schild mit dem Strahlensymbol und den Worten „VORSICHT (or GEFAHR), RADIOAKTIVE STOFFE“.
Ein Bereich mit luftgetragener Radioaktivität ist ein Raum oder Bereich, in dem die luftgetragene Radioaktivität bestimmte, von der Regulierungsbehörde festgelegte Werte überschreitet. Jeder Bereich mit luftgetragener Radioaktivität muss mit einem auffälligen Schild oder Schildern mit dem Strahlungssymbol und den Worten „CAUTION, AIRBORNE RADIOACTIVITY AREA“ oder „DANGER, AIRBORNE RADIOACTIVITY AREA“ gekennzeichnet sein.
Ausnahmen von dieser Aushangpflicht können für Patientenzimmer in Krankenhäusern gewährt werden, in denen diese Zimmer anderweitig unter angemessener Kontrolle stehen. Bereiche oder Räume, in denen sich die Strahlungsquellen für einen Zeitraum von höchstens acht Stunden aufhalten sollen und die ansonsten ständig unter angemessener Kontrolle durch qualifiziertes Personal überwacht werden, müssen nicht gekennzeichnet werden.
Access Control
Der Grad, in dem der Zugang zu einem Bereich kontrolliert werden muss, wird durch den Grad der potenziellen Strahlengefährdung in dem Bereich bestimmt.
Kontrolle des Zugangs zu Bereichen mit hoher Strahlung
Jeder Eingang oder Zugangspunkt zu einem Bereich mit hoher Strahlung muss eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen:
Anstelle der für einen Bereich mit hoher Strahlung erforderlichen Kontrollen kann eine kontinuierliche direkte oder elektronische Überwachung, die geeignet ist, unbefugten Zutritt zu verhindern, ersetzt werden.
Die Kontrollen müssen so eingerichtet werden, dass Personen nicht daran gehindert werden, den Bereich mit hoher Strahlung zu verlassen.
Kontrolle des Zugangs zu Bereichen mit sehr hoher Strahlung
Zusätzlich zu den Anforderungen für einen Bereich mit hoher Strahlung müssen zusätzliche Maßnahmen ergriffen werden, um sicherzustellen, dass eine Person nicht in der Lage ist, sich unbefugt oder versehentlich Zugang zu Bereichen zu verschaffen, in denen Strahlungspegel von 5 Gy oder mehr in 1 h bei 1 m angetroffen werden könnten von einer Strahlungsquelle oder einer Oberfläche, durch die die Strahlung eindringt.
Markierungen auf Behältern und Ausrüstung
Jeder Behälter mit radioaktivem Material ab einer von der Regulierungsbehörde festgelegten Menge muss ein dauerhaftes, gut sichtbares Etikett mit dem Strahlungssymbol und den Worten „VORSICHT, RADIOAKTIVES MATERIAL“ oder „GEFAHR, RADIOAKTIVES MATERIAL“ tragen. Das Etikett muss auch ausreichende Informationen enthalten – wie z. B. das/die vorhandene(n) Radionuklid(e), eine Schätzung der Radioaktivitätsmenge, das Datum, für das die Aktivität geschätzt wird, Strahlungsniveaus, Materialarten und Massenanreicherung – um Personen die Handhabung oder Verwendung zu ermöglichen der Container oder Arbeiten in der Nähe der Container, um Vorkehrungen zu treffen, um Expositionen zu vermeiden oder zu minimieren.
Vor dem Abtransport oder der Entsorgung leerer, nicht kontaminierter Behälter in nicht eingeschränkten Bereichen muss das Etikett für radioaktive Stoffe entfernt oder unkenntlich gemacht werden, oder es muss deutlich darauf hingewiesen werden, dass der Behälter keine radioaktiven Stoffe mehr enthält.
Behälter müssen nicht gekennzeichnet werden, wenn:
Warngeräte und Alarme
Bereiche mit hoher Strahlung und Bereiche mit sehr hoher Strahlung müssen mit Warnvorrichtungen und Alarmen wie oben beschrieben ausgestattet sein. Diese Geräte und Alarme können sichtbar oder hörbar oder beides sein. Geräte und Alarme für Systeme wie Teilchenbeschleuniger sollten als Teil des Startvorgangs automatisch eingeschaltet werden, damit das Personal Zeit hat, den Bereich zu verlassen oder das System mit einer „Scram“-Taste auszuschalten, bevor Strahlung erzeugt wird. „Scram“-Knöpfe (Knöpfe im kontrollierten Bereich, die, wenn sie gedrückt werden, ein sofortiges Absinken der Strahlungswerte auf sichere Werte bewirken) müssen leicht zugänglich und gut sichtbar gekennzeichnet und angezeigt werden.
Überwachungsgeräte wie z. B. kontinuierliche Luftüberwachungsgeräte (CAMs) können so voreingestellt werden, dass sie hörbare und sichtbare Alarme ausgeben oder ein System ausschalten, wenn bestimmte Auslösewerte überschritten werden.
Anzeigen / Instrumente
Der Arbeitgeber muss für den Grad und die Art der am Arbeitsplatz vorhandenen Strahlung und radioaktiven Stoffe geeignete Messgeräte zur Verfügung stellen. Diese Instrumentierung kann verwendet werden, um die Strahlungs- oder Radioaktivitätswerte zu erkennen, zu überwachen oder zu messen.
Die Instrumentierung muss in angemessenen Abständen unter Verwendung akkreditierter Methoden und Kalibrierquellen kalibriert werden. Die Kalibrierungsquellen sollten den zu erfassenden oder zu messenden Quellen so ähnlich wie möglich sein.
Zu den Arten der Instrumentierung gehören tragbare Vermessungsinstrumente, kontinuierliche Luftmonitore, Hand- und Fußportalmonitore, Flüssigkeitsszintillationszähler, Detektoren mit Ge- oder NaI-Kristallen und so weiter.
Transport von radioaktivem Material
Die Internationale Atomenergiebehörde (IAEO) hat Vorschriften für den Transport von radioaktivem Material erlassen. Die meisten Länder haben Vorschriften erlassen, die mit den IAEO-Vorschriften für den Versand radioaktiver Stoffe kompatibel sind.
Abbildung 2. Kategorie I – WEISSES Etikett
Abbildung 2, Abbildung 3 und Abbildung 4 sind Beispiele für Versandetiketten, die die IAEA-Bestimmungen auf der Außenseite von zum Versand gebrachten Verpackungen vorschreiben, die radioaktive Materialien enthalten. Der Transportindex auf den Etiketten in Abbildung 3 und Abbildung 4 bezieht sich auf die höchste effektive Dosisleistung in 1 m Entfernung von jeder Oberfläche des Versandstücks in mSv/h, multipliziert mit 100, dann auf das nächste Zehntel aufgerundet. (Wenn beispielsweise die höchste effektive Dosisleistung in 1 m Entfernung von einer beliebigen Oberfläche eines Pakets 0.0233 mSv/h beträgt, beträgt der Transportindex 2.4.)
Abbildung 3. Kategorie II – GELBES Etikett
Abbildung 5 zeigt ein Beispiel für ein Schild, das Bodenfahrzeuge gut sichtbar anbringen müssen, wenn sie Pakete befördern, die radioaktive Stoffe in einer bestimmten Menge enthalten.
Abbildung 5. Fahrzeugplakette
Verpackungen, die für den Versand radioaktiver Materialien bestimmt sind, müssen strenge Prüf- und Dokumentationsanforderungen erfüllen. Die Art und Menge des zu versendenden radioaktiven Materials bestimmt, welche Spezifikationen die Verpackung erfüllen muss.
Die Transportvorschriften für radioaktives Material sind kompliziert. Personen, die radioaktive Materialien nicht routinemäßig versenden, sollten sich immer an Experten wenden, die mit solchen Sendungen erfahren sind.
Radioaktiver Müll
Es stehen verschiedene Entsorgungsmethoden für radioaktiven Abfall zur Verfügung, aber alle werden von den Regulierungsbehörden kontrolliert. Daher muss eine Organisation immer mit ihrer Regulierungsbehörde Rücksprache halten, um sicherzustellen, dass eine Entsorgungsmethode zulässig ist. Zu den Entsorgungsmethoden für radioaktive Abfälle gehören die Aufbewahrung des Materials für den radioaktiven Zerfall und die anschließende Entsorgung ohne Berücksichtigung der Radioaktivität, Verbrennung, Entsorgung in der Kanalisation, Landvergrabung und Vergrabung auf See. Die Bestattung auf See ist oft von der nationalen Politik oder internationalen Verträgen nicht erlaubt und wird nicht weiter erörtert.
Radioaktive Abfälle aus Reaktorkernen (hochradioaktive Abfälle) bereiten bei der Entsorgung besondere Probleme. Die Handhabung und Entsorgung solcher Abfälle wird von nationalen und internationalen Regulierungsbehörden kontrolliert.
Häufig kann radioaktiver Abfall eine andere Eigenschaft als Radioaktivität aufweisen, die den Abfall an sich gefährlich machen würde. Solche Abfälle werden genannt gemischte Abfälle. Beispiele sind radioaktiver Abfall, der auch biologisch gefährlich oder giftig ist. Mischabfälle bedürfen einer besonderen Behandlung. Wenden Sie sich für die ordnungsgemäße Entsorgung solcher Abfälle an die Aufsichtsbehörden.
Halten für radioaktiven Zerfall
Ist die Halbwertszeit des radioaktiven Materials kurz (in der Regel weniger als 65 Tage) und verfügt die Organisation über genügend Lagerraum, können die radioaktiven Abfälle ohne Rücksicht auf ihre Radioaktivität zum Abklingen mit anschließender Entsorgung bereitgehalten werden. Eine Haltezeit von mindestens zehn Halbwertszeiten reicht normalerweise aus, um Strahlungspegel vom Hintergrund ununterscheidbar zu machen.
Die Abfälle müssen vor der Entsorgung begutachtet werden. Die Vermessung sollte eine für die zu erfassende Strahlung geeignete Instrumentierung verwenden und nachweisen, dass die Strahlungspegel nicht vom Hintergrund zu unterscheiden sind.
IVerbrennung
Lässt die Aufsichtsbehörde die Verbrennung zu, muss in der Regel nachgewiesen werden, dass durch die Verbrennung die zulässigen Konzentrationen von Radionukliden in der Luft nicht überschritten werden. Die Asche muss regelmäßig untersucht werden, um sicherzustellen, dass sie nicht radioaktiv ist. Unter Umständen kann es erforderlich sein, den Schornstein zu überwachen, um sicherzustellen, dass zulässige Luftkonzentrationen nicht überschritten werden.
Entsorgung in der Kanalisation
Wenn die Regulierungsbehörde eine solche Entsorgung zulässt, muss in der Regel nachgewiesen werden, dass diese Entsorgung nicht dazu führt, dass die Konzentration von Radionukliden im Wasser die zulässigen Werte überschreitet. Das zu entsorgende Material muss in Wasser löslich oder auf andere Weise leicht dispergierbar sein. Die Regulierungsbehörde legt häufig spezifische Jahresgrenzen für eine solche Entsorgung durch Radionuklid fest.
Landbestattung
Radioaktiver Abfall, der nicht auf andere Weise entsorgt werden kann, wird durch Erdverlegung an Orten entsorgt, die von nationalen oder lokalen Aufsichtsbehörden genehmigt wurden. Regulierungsbehörden kontrollieren diese Entsorgung streng. Abfallerzeuger dürfen in der Regel keine radioaktiven Abfälle auf ihrem eigenen Grundstück entsorgen. Die mit der Landbestattung verbundenen Kosten umfassen Verpackungs-, Versand- und Lagerkosten. Diese Kosten fallen zusätzlich zu den Kosten für die Grabstätte selbst an und können oft durch Verdichten des Abfalls reduziert werden. Die Kosten für die Landbestattung für die Entsorgung radioaktiver Abfälle steigen rapide an.
Programmprüfungen
Strahlenschutzprogramme sollten regelmäßig auf Wirksamkeit, Vollständigkeit und Einhaltung durch die Aufsichtsbehörde überprüft werden. Die Prüfung sollte mindestens einmal jährlich erfolgen und umfassend sein. Selbstaudits sind in der Regel zulässig, aber Audits durch unabhängige externe Stellen sind wünschenswert. Audits durch externe Agenturen sind in der Regel objektiver und haben einen globaleren Blickwinkel als lokale Audits. Eine Auditierungsbehörde, die nicht mit dem täglichen Betrieb eines Strahlenschutzprogramms verbunden ist, kann häufig Probleme identifizieren, die von den lokalen Betreibern nicht gesehen werden, die sich möglicherweise daran gewöhnt haben, sie zu übersehen.
Ausbildung
Arbeitgeber müssen allen Arbeitnehmern, die ionisierender Strahlung oder radioaktiven Materialien ausgesetzt oder potenziell ausgesetzt sind, Strahlenschutzschulungen anbieten. Sie müssen eine Erstschulung anbieten, bevor ein Arbeitnehmer seine Arbeit aufnimmt, sowie eine jährliche Auffrischungsschulung. Darüber hinaus muss jede Arbeitnehmerin im gebärfähigen Alter speziell geschult und über die Auswirkungen ionisierender Strahlung auf das ungeborene Kind und über geeignete Vorsichtsmaßnahmen informiert werden. Diese besondere Unterweisung muss bei der erstmaligen Beschäftigung, bei der jährlichen Auffrischungsschulung und bei Meldung der Schwangerschaft an den Arbeitgeber erfolgen.
Alle Personen, die in einem Teil eines Bereichs arbeiten oder sich dort aufhalten, zu dem der Zugang zum Zwecke des Strahlenschutzes eingeschränkt ist:
Der Umfang der Strahlenschutzanweisungen muss den möglichen radiologischen Gesundheitsschutzproblemen im kontrollierten Bereich angemessen sein. Die Anweisungen müssen gegebenenfalls auf Hilfspersonal ausgeweitet werden, wie z. B. Krankenschwestern, die radioaktiv verseuchte Patienten in Krankenhäusern betreuen, sowie Feuerwehrleute und Polizeibeamte, die auf Notfälle reagieren könnten.
Arbeitnehmerqualifikationen
Arbeitgeber müssen sicherstellen, dass Arbeitnehmer, die ionisierende Strahlung verwenden, für die Arbeit, für die sie beschäftigt werden, qualifiziert sind. Die Arbeitnehmer müssen über den Hintergrund und die Erfahrung verfügen, um ihre Arbeit sicher auszuführen, insbesondere in Bezug auf die Exposition gegenüber und die Verwendung von ionisierender Strahlung und radioaktiven Materialien.
Das Strahlenschutzpersonal muss über die entsprechenden Kenntnisse und Qualifikationen verfügen, um ein gutes Strahlenschutzprogramm umzusetzen und zu betreiben. Ihre Kenntnisse und Qualifikationen müssen den möglichen radiologischen Gesundheitsschutzproblemen, denen sie und die Arbeitnehmer wahrscheinlich begegnen werden, zumindest angemessen sein.
Notfallplanung
Alle außer den kleinsten Betrieben, die ionisierende Strahlung oder radioaktive Materialien verwenden, müssen über Notfallpläne verfügen. Diese Pläne müssen auf dem neuesten Stand gehalten und regelmäßig ausgeübt werden.
Notfallpläne sollten alle glaubwürdigen Notfallsituationen berücksichtigen. Die Pläne für ein großes Kernkraftwerk werden viel umfangreicher sein und eine viel größere Fläche und Anzahl von Menschen umfassen als die Pläne für ein kleines Radioisotopenlabor.
Alle Krankenhäuser, insbesondere in großen Ballungsgebieten, sollten Pläne für die Aufnahme und Versorgung radioaktiv kontaminierter Patienten haben. Polizei und Feuerwehr sollten Pläne für den Umgang mit Transportunfällen mit radioaktivem Material haben.
Record Keeping
Die Strahlenschutzaktivitäten einer Organisation müssen vollständig dokumentiert und angemessen aufbewahrt werden. Solche Aufzeichnungen sind unerlässlich, wenn frühere Strahlenexpositionen oder Radioaktivitätsfreisetzungen erforderlich sind, und um die Einhaltung der Anforderungen der Regulierungsbehörden nachzuweisen. Konsistente, genaue und umfassende Aufzeichnungen müssen hohe Priorität genießen.
Organisatorische Überlegungen
Die Position des Hauptverantwortlichen für den Strahlenschutz muss in der Organisation so platziert werden, dass er oder sie unmittelbaren Zugang zu allen Ebenen der Arbeitnehmer und des Managements hat. Er oder sie muss freien Zugang zu Bereichen haben, zu denen der Zugang aus Gründen des Strahlenschutzes beschränkt ist, und die Befugnis haben, unsichere oder illegale Praktiken sofort einzustellen.
Dieser Artikel beschreibt mehrere bedeutende Strahlenunfälle, ihre Ursachen und die Reaktionen darauf. Eine Überprüfung der Ereignisse vor, während und nach diesen Unfällen kann den Planern Informationen liefern, um zukünftiges Auftreten solcher Unfälle auszuschließen und eine angemessene, schnelle Reaktion zu verbessern, falls sich ein ähnlicher Unfall wiederholt.
Akuter Strahlentod infolge einer versehentlichen nuklearen kritischen Exkursion am 30. Dezember 1958
Dieser Bericht ist bemerkenswert, weil es sich dabei um die größte unfallbedingte Strahlendosis handelt, die Menschen (bis heute) erhalten haben, und wegen der äußerst professionellen und gründlichen Aufarbeitung des Falls. Dies ist eine der besten, wenn nicht sogar die beste Dokumentation akutes Strahlensyndrom Beschreibungen, die vorhanden sind (JOM 1961).
Am 4. Dezember 35 um 30:1958 Uhr fand in der Plutonium-Rückgewinnungsanlage des Los Alamos National Laboratory (New Mexico, USA) eine versehentliche kritische Exkursion statt, die zu einer tödlichen Strahlenverletzung eines Angestellten (K) führte.
Der Zeitpunkt des Unfalls ist wichtig, da sich vor einer halben Stunde sechs weitere Arbeiter mit K im selben Raum aufgehalten hatten. Das Datum des Unfalls ist wichtig, da der normale Fluss von spaltbarem Material in das System für die physische Bestandsaufnahme zum Jahresende unterbrochen wurde. Diese Unterbrechung führte dazu, dass ein Routineverfahren nicht zur Routine wurde, und führte zu einer versehentlichen „Kritikalität“ der versehentlich in das System eingeführten plutoniumreichen Feststoffe.
Zusammenfassung der Schätzungen der Strahlenbelastung von K
Die beste Schätzung der durchschnittlichen Ganzkörperexposition von K lag zwischen 39 und 49 Gy, wovon etwa 9 Gy auf Spaltneutronen zurückzuführen waren. Der oberen Körperhälfte wurde ein erheblich größerer Teil der Dosis zugeführt als der unteren. Tabelle 1 zeigt eine Schätzung der Strahlenexposition von K.
Tabelle 1. Schätzungen der Strahlenbelastung von K
Region und Bedingungen |
Schnelles Neutron |
Gamma |
Gesamt |
Kopf (Vorfall) |
26 |
78 |
104 |
Oberbauch |
30 |
90 |
124 |
Gesamtkörper (Durchschnitt) |
9 |
30-40 |
39-49 |
Klinischer Verlauf des Patienten
Rückblickend lässt sich der klinische Verlauf von Patient K in vier unterschiedliche Perioden einteilen. Diese Perioden unterschieden sich in Dauer, Symptomen und Ansprechen auf die unterstützende Therapie.
Die erste Periode, die 20 bis 30 Minuten dauerte, war durch seinen sofortigen körperlichen Zusammenbruch und seine geistige Handlungsunfähigkeit gekennzeichnet. Sein Zustand entwickelte sich zu Halbbewusstsein und schwerer Erschöpfung.
Die zweite Periode dauerte etwa 1.5 Stunden und begann mit seiner Ankunft auf einer Trage in der Notaufnahme des Krankenhauses und endete mit seiner Verlegung von der Notaufnahme auf die Station zur weiteren unterstützenden Therapie. Dieses Intervall war durch einen so schweren kardiovaskulären Schock gekennzeichnet, dass der Tod während der ganzen Zeit unmittelbar bevorstand. Er schien unter starken Bauchschmerzen zu leiden.
Die dritte Periode war etwa 28 Stunden lang und war durch eine ausreichende subjektive Verbesserung gekennzeichnet, um fortgesetzte Versuche zur Linderung seiner Anoxie, Hypotonie und seines Kreislaufversagens zu fördern.
Die vierte Periode begann mit dem unangekündigten Einsetzen von schnell zunehmender Reizbarkeit und Antagonismus, der an Manie grenzte, gefolgt von Koma und Tod in etwa 2 Stunden. Der gesamte klinische Verlauf dauerte 35 Stunden vom Zeitpunkt der Strahlenexposition bis zum Tod.
Die dramatischsten klinisch-pathologischen Veränderungen wurden in den blutbildenden und urinausscheidenden Systemen beobachtet. Nach der achten Stunde wurden keine Lymphozyten im zirkulierenden Blut gefunden, und trotz Verabreichung großer Flüssigkeitsmengen kam es zu einem praktisch vollständigen Harnstillstand.
Ks Rektaltemperatur schwankte in den ersten 39.4 Stunden zwischen 39.7 und 6 °C und fiel dann steil auf den Normalwert, wo sie für die Dauer seines Lebens blieb. Diese hohe Anfangstemperatur und ihre Aufrechterhaltung für 6 Stunden wurden als im Einklang mit seiner vermuteten massiven Strahlendosis angesehen. Seine Prognose war ernst.
Von all den verschiedenen Bestimmungen, die im Verlauf der Krankheit gemacht wurden, erwiesen sich Veränderungen in der Anzahl weißer Blutkörperchen als einfachster und prognostisch bester Indikator für eine schwere Bestrahlung. Das faktische Verschwinden von Lymphozyten aus dem peripheren Kreislauf innerhalb von 6 Stunden nach der Exposition wurde als schwerwiegendes Zeichen angesehen.
Sechzehn verschiedene Therapeutika wurden bei der symptomatischen Behandlung von K über einen Zeitraum von etwa 30 Stunden eingesetzt. Trotz dieser und fortgesetzter Sauerstoffgabe wurden seine Herztöne etwa 32 Stunden nach der Bestrahlung sehr entfernt, langsam und unregelmäßig. Sein Herz wurde dann zunehmend schwächer und blieb 34 Stunden 45 Minuten nach der Bestrahlung plötzlich stehen.
Windscale-Reaktor Nr. 1 Unfall vom 9. bis 12. Oktober 1957
Windscale-Reaktor Nr. 1 war ein luftgekühlter, graphitmoderierter, mit natürlichem Uran befeuerter Plutoniumproduktionsreaktor. Der Kern wurde am 15. Oktober 1957 durch einen Brand teilweise zerstört. Dieser Brand führte zu einer Freisetzung von etwa 0.74 PBq (10+15 Bq) von Jod-131 (131I) in die Leeumgebung.
Laut einem Unfallinformationsbericht der US Atomic Energy Commission über den Windscale-Vorfall wurde der Unfall durch Beurteilungsfehler des Bedieners in Bezug auf Thermoelementdaten verursacht und durch eine fehlerhafte Handhabung des Reaktors verschlimmert, die einen zu schnellen Anstieg der Graphittemperatur ermöglichte. Dazu trug auch die Tatsache bei, dass die Brennstofftemperatur-Thermoelemente während des normalen Betriebs im heißesten Teil des Reaktors (d. h. dort, wo die höchsten Dosisraten auftraten) und nicht in Teilen des Reaktors angeordnet waren, die während einer anormalen Freisetzung am heißesten waren. Ein zweiter Ausrüstungsmangel war der Reaktorleistungsmesser, der für den normalen Betrieb kalibriert war und während des Glühens niedrig abgelesen wurde. Als Folge des zweiten Aufheizzyklus stieg die Graphittemperatur am 9. Oktober besonders im unteren vorderen Teil des Reaktors an, wo aufgrund des früheren schnellen Temperaturanstiegs einige Verkleidungen versagt hatten. Obwohl es am 9. Oktober zu einer Reihe kleiner Jodfreisetzungen kam, wurden die Freisetzungen erst am 10. Oktober erkannt, als der Schornsteinaktivitätsmesser einen signifikanten Anstieg anzeigte (der nicht als hochsignifikant angesehen wurde). Schließlich zeigten am Nachmittag des 10. Oktober andere Überwachungen (Standort Calder) die Freisetzung von Radioaktivität an. Versuche, den Reaktor zu kühlen, indem Luft durch ihn gepresst wurde, schlugen nicht nur fehl, sondern erhöhten sogar das Ausmaß der freigesetzten Radioaktivität.
Die geschätzten Freisetzungen aus dem Windscale-Unfall betrugen 0.74 PBq 131I, 0.22 PBq Cäsium-137 (137Cs), 3.0 TBq (1012Bq) von Strontium-89 (89Sr) und 0.33 TBq Strontium-90
(90Sr). Die höchste Offsite-Gamma-Energiedosisleistung betrug etwa 35 μGy/h aufgrund von luftgetragener Aktivität. Die Messwerte der Luftaktivität um die Windscale- und Calder-Anlagen lagen oft beim 5- bis 10-fachen der maximal zulässigen Werte, mit gelegentlichen Spitzenwerten des 150-fachen der zulässigen Werte. Ein Milchverbot erstreckte sich über einen Umkreis von ca. 420 km.
Während der Arbeiten, um den Reaktor unter Kontrolle zu bringen, erhielten 14 Arbeiter eine Äquivalentdosis von mehr als 30 mSv pro Kalenderquartal, wobei die maximale Äquivalentdosis bei 46 mSv pro Kalenderquartal lag.
Lessons learned
Es wurden viele Lehren in Bezug auf die Konstruktion und den Betrieb von Natururanreaktoren gezogen. Die Unzulänglichkeiten in Bezug auf die Reaktorinstrumentierung und die Ausbildung des Reaktorbedieners bringen auch analoge Punkte zum Unfall auf Three Mile Island (siehe unten).
Es gab keine Richtlinien für die kurzzeitige zulässige Exposition gegenüber Radiojod in Lebensmitteln. Der British Medical Research Council führte umgehend eine gründliche Untersuchung und Analyse durch. Es wurde viel Einfallsreichtum verwendet, um umgehend die maximal zulässigen Konzentrationen für abzuleiten 131Ich im Essen. Die Studium Notfall-Referenzwerte die aus diesem Unfall resultierten, dient als Grundlage für heute weltweit verwendete Notfallplanungsleitfäden (Bryant 1969).
Es wurde eine nützliche Korrelation zur Vorhersage einer signifikanten Radiojodkontamination in Milch abgeleitet. Es wurde festgestellt, dass Gammastrahlungspegel auf Weiden, die 0.3 μGy/h überstiegen, Milch lieferten, die 3.7 MBq/m überstieg3.
Die absorbierte Dosis durch Inhalation oder externe Exposition gegenüber Radiojoden ist im Vergleich zu der durch das Trinken von Milch oder den Verzehr von Milchprodukten vernachlässigbar. Im Notfall ist die schnelle Gammaspektroskopie langsameren Laborverfahren vorzuziehen.
Fünfzehn Zwei-Personen-Teams führten Strahlungsuntersuchungen durch und nahmen Proben. Zwanzig Personen wurden für die Probenkoordinierung und Datenberichterstattung eingesetzt. Etwa 150 Radiochemiker waren an der Stichprobenanalyse beteiligt.
Stapelfilter aus Glaswolle sind unter Unfallbedingungen nicht zufriedenstellend.
Gulf Oil Accelerator Unfall vom 4. Oktober 1967
Techniker der Gulf Oil Company verwendeten am 3. Oktober 4 einen 1967-MeV-Van-de-Graaff-Beschleuniger für die Aktivierung von Bodenproben. Die Kombination aus einem Verriegelungsfehler am Einschaltknopf der Beschleunigerkonsole und dem Abkleben mehrerer der Verriegelungen am Sicherheitstunnel Tür und der Zielraum hinter der Tür führten zu schweren versehentlichen Expositionen bei drei Personen. Eine Person erhielt ungefähr 1 Gy Ganzkörper-Äquivalentdosis, die zweite ungefähr 3 Gy Ganzkörper-Äquivalentdosis und die dritte ungefähr 6 Gy Ganzkörper-Äquivalentdosis, zusätzlich zu ungefähr 60 Gy an den Händen und 30 Gy an die Füße.
Einer der Unfallopfer meldete sich bei der medizinischen Abteilung und klagte über Übelkeit, Erbrechen und generalisierte Muskelschmerzen. Seine Symptome wurden zunächst als Grippesymptome fehldiagnostiziert. Als der zweite Patient mit ungefähr den gleichen Symptomen eingeliefert wurde, wurde entschieden, dass er möglicherweise einer erheblichen Strahlenbelastung ausgesetzt war. Filmabzeichen bestätigten dies. Dr. Niel Wald, University of Pittsburgh Radiological Health Division, überwachte die Dosimetrietests und fungierte auch als koordinierender Arzt bei der Aufarbeitung und Behandlung der Patienten.
Dr. Wald ließ sehr schnell absolute Filtereinheiten in das Krankenhaus im Westen von Pennsylvania in Pittsburgh einfliegen, wo die drei Patienten aufgenommen worden waren. Er richtete diese Absolutfilter/Laminar-Flow-Filter ein, um die Patientenumgebung von allen biologischen Verunreinigungen zu reinigen. Diese „umgekehrten Isolationseinheiten“ wurden bei dem 1-Gy-exponierten Patienten etwa 16 Tage lang und bei den 3- und 6-Gy-exponierten Patienten etwa anderthalb Monate lang verwendet.
Dr. E. Donnal Thomas von der University of Washington traf am achten Tag nach der Exposition ein, um bei dem 6-Gy-Patienten eine Knochenmarktransplantation durchzuführen. Der Zwillingsbruder des Patienten diente als Knochenmarkspender. Obwohl diese heldenhafte medizinische Behandlung dem 6-Gy-Patienten das Leben rettete, konnte nichts getan werden, um seine Arme und Beine zu retten, die jeweils Dutzende von Grau absorbierter Dosis erhielten.
Lessons learned
Wenn die einfache Vorgehensweise, beim Betreten des Belichtungsraums immer ein Vermessungsmessgerät zu verwenden, eingehalten worden wäre, wäre dieser tragische Unfall vermieden worden.
Mindestens zwei Schleusen waren vor diesem Unfall für längere Zeit mit Klebeband verschlossen worden. Das Umgehen von Schutzverriegelungen ist nicht tolerierbar.
An den schlüsselbetätigten Stromverriegelungen für das Gaspedal sollten regelmäßige Wartungskontrollen durchgeführt worden sein.
Rechtzeitige medizinische Hilfe rettete das Leben der Person mit der höchsten Exposition. Das heldenhafte Verfahren einer vollständigen Knochenmarktransplantation zusammen mit der Anwendung von umgekehrter Isolierung und qualitativ hochwertiger medizinischer Versorgung waren alles wichtige Faktoren bei der Rettung des Lebens dieser Person.
Umgekehrte Isolationsfilter sind innerhalb weniger Stunden erhältlich und können in jedem Krankenhaus zur Versorgung hochexponierter Patienten aufgestellt werden.
Rückblickend hätten die mit diesen Patienten befassten medizinischen Autoritäten eine frühere Amputation und eine endgültige Amputation innerhalb von zwei oder drei Monaten nach der Exposition empfohlen. Eine frühere Amputation verringert die Wahrscheinlichkeit einer Infektion, führt zu einer kürzeren Dauer starker Schmerzen, reduziert die für den Patienten erforderliche Schmerzmedikation, verkürzt möglicherweise den Krankenhausaufenthalt des Patienten und trägt möglicherweise zu einer früheren Rehabilitation bei. Eine frühere Amputation sollte selbstverständlich erfolgen, während die dosimetrischen Informationen mit klinischen Beobachtungen korreliert werden.
Der Reaktorunfall des SL-1-Prototyps (Idaho, USA, 3. Januar 1961)
Dies ist der erste (und bisher einzige) tödliche Unfall in der Geschichte des US-Reaktorbetriebs. Der SL-1 ist ein Prototyp eines kleinen Army Package Power Reactor (APPR), der für den Lufttransport in abgelegene Gebiete zur Erzeugung von elektrischem Strom ausgelegt ist. Dieser Reaktor wurde für Brennstofftests und für die Ausbildung der Reaktorbesatzung verwendet. Es wurde in der abgelegenen Wüstenregion der National Reactor Testing Station in Idaho Falls, Idaho, von Combustion Engineering für die US-Armee betrieben. Der SL-1 war nicht ein kommerzieller Leistungsreaktor (AEC 1961; American Nuclear Society 1961).
Die SL-1 war zum Unfallzeitpunkt mit 40 Brennelementen und 5 Steuerstabblättern beladen. Er konnte eine Leistung von 3 MW (thermisch) erzeugen und war ein siedendwassergekühlter und –moderierter Reaktor.
Der Unfall führte zum Tod von drei Militärangehörigen. Der Unfall wurde durch das Herausziehen eines einzelnen Steuerstabes über eine Distanz von mehr als 1 m verursacht. Dies führte dazu, dass der Reaktor sofort kritisch wurde. Der Grund, warum ein erfahrener, lizenzierter Reaktorbediener mit viel Erfahrung im Betankungsbetrieb den Steuerstab über seinen normalen Haltepunkt hinaus zurückgezogen hat, ist unbekannt.
Eines der drei Unfallopfer war noch am Leben, als Ersthelfer erstmals den Unfallort erreichten. Hochaktive Spaltprodukte bedeckten seinen Körper und waren in seine Haut eingebettet. Teile der Haut des Opfers registrierten mehr als 4.4 Gy/h bei 15 cm Abstand und behinderten die Rettung und medizinische Behandlung.
Lessons learned
Kein Reaktor, der seit dem SL-1-Unfall entwickelt wurde, kann mit einem einzigen Steuerstab in einen „sofort kritischen“ Zustand gebracht werden.
Alle Reaktoren müssen vor Ort über tragbare Vermessungsmessgeräte mit Messbereichen von mehr als 20 mGy/h verfügen. Vermessungsmessgeräte mit einer maximalen Reichweite von 10 Gy/h werden empfohlen.
Hinweis: Der Unfall auf Three Mile Island hat gezeigt, dass 100 Gy/h der erforderliche Bereich sowohl für Gamma- als auch für Betamessungen ist.
Behandlungseinrichtungen sind dort erforderlich, wo ein stark kontaminierter Patient eine endgültige medizinische Behandlung mit angemessenen Sicherheitsvorkehrungen für das Pflegepersonal erhalten kann. Da sich die meisten dieser Einrichtungen in Kliniken mit anderen laufenden Missionen befinden werden, kann die Kontrolle von radioaktiven Schadstoffen in der Luft und im Wasser besondere Vorkehrungen erfordern.
Röntgengeräte, industriell und analytisch
Zufällige Expositionen durch Röntgensysteme sind zahlreich und beinhalten oft extrem hohe Expositionen kleiner Teile des Körpers. Es ist nicht ungewöhnlich, dass Röntgenbeugungssysteme absorbierte Dosisraten von 5 Gy/s bei 10 cm vom Röhrenfokus erzeugen. Bei kürzeren Distanzen wurden oft 100 Gy/s gemessen. Der Strahl ist normalerweise schmal, aber selbst eine Exposition von wenigen Sekunden kann zu schweren lokalen Verletzungen führen (Lubenau et al. 1967; Lindell 1968; Haynie und Olsher 1981; ANSI 1977).
Da diese Systeme häufig unter „nicht routinemäßigen“ Umständen verwendet werden, eignen sie sich für die Produktion zufälliger Expositionen. Im Normalbetrieb übliche Röntgensysteme scheinen einigermaßen sicher zu sein. Ein Geräteausfall hat keine schweren Expositionen verursacht.
Lehren aus versehentlichen Röntgenaufnahmen
Die meisten unbeabsichtigten Expositionen ereigneten sich während nicht routinemäßiger Verwendungen, wenn die Ausrüstung teilweise zerlegt oder die Schutzabdeckungen entfernt wurden.
Bei den schwerwiegendsten Expositionen fehlte eine angemessene Unterweisung des Personals und des Wartungspersonals.
Wenn einfache und ausfallsichere Methoden verwendet worden wären, um sicherzustellen, dass Röntgenröhren während Reparaturen und Wartungsarbeiten ausgeschaltet waren, wären viele versehentliche Aufnahmen vermieden worden.
Finger- oder Handgelenk-Personaldosimeter sollten für Bediener und Wartungspersonal verwendet werden, das mit diesen Maschinen arbeitet.
Wären Verriegelungen erforderlich gewesen, wären viele unbeabsichtigte Expositionen vermieden worden.
Bedienerfehler waren bei den meisten Unfällen eine Mitursache. Das Fehlen geeigneter Gehäuse oder ein schlechtes Abschirmungsdesign verschlimmerten die Situation oft.
IUnfälle in der industriellen Radiographie
Von den 1950er bis in die 1970er Jahre war die höchste Strahlenunfallrate für eine einzelne Tätigkeit durchgängig bei industriellen Röntgenoperationen zu verzeichnen (IAEA 1969, 1977). Die nationalen Aufsichtsbehörden kämpfen weiterhin darum, die Rate durch eine Kombination aus verbesserten Vorschriften, strengen Schulungsanforderungen und immer strengeren Inspektions- und Durchsetzungsrichtlinien zu senken (USCFR 1990). Diese Regulierungsbemühungen waren im Allgemeinen erfolgreich, aber viele Unfälle im Zusammenhang mit industrieller Radiographie ereignen sich immer noch. Gesetze, die hohe Geldbußen zulassen, können das wirksamste Instrument sein, um die Strahlensicherheit in den Köpfen des industriellen Radiographie-Managements (und damit auch in den Köpfen der Arbeitnehmer) im Fokus zu halten.
Ursachen von Unfällen in der industriellen Radiographie
Arbeiterschulung. Industrielle Radiographie hat wahrscheinlich geringere Bildungs- und Schulungsanforderungen als jede andere Art von Strahlenbeschäftigung. Daher müssen bestehende Schulungsanforderungen strikt durchgesetzt werden.
Produktionsanreiz der Arbeiter. Jahrelang wurde für industrielle Röntgenassistenten der Hauptaugenmerk auf die Anzahl erfolgreicher Röntgenaufnahmen pro Tag gelegt. Diese Praxis kann zu unsicheren Handlungen sowie zu gelegentlichem Nichtgebrauch der Personendosimetrie führen, so dass eine Überschreitung der Äquivalentdosisgrenzen nicht erkannt wird.
Mangel an geeigneten Umfragen. Am wichtigsten ist eine gründliche Untersuchung der Quellschweine (Lagerbehälter) (Abbildung 1) nach jeder Exposition. Die Nichtdurchführung dieser Erhebungen ist die wahrscheinlichste Einzelursache für unnötige Expositionen, von denen viele nicht aufgezeichnet werden, da industrielle Radiologen selten Hand- oder Fingerdosimeter verwenden (Abbildung 1).
Abbildung 1. Industrielle Radiographiekamera
Geräteprobleme. Aufgrund der starken Beanspruchung industrieller Röntgenkameras können sich Quellenaufwickelmechanismen lockern und dazu führen, dass die Quelle nicht vollständig in ihre sichere Aufbewahrungsposition zurückgezogen wird (Punkt A in Abbildung 1). Es gibt auch viele Fälle von Verriegelungsfehlern durch Schrankquellen, die zu einer versehentlichen Exposition von Personal führen.
Entwurf von Notfallplänen
Es gibt viele ausgezeichnete allgemeine und spezifische Richtlinien für die Gestaltung von Notfallplänen. Einige Referenzen sind besonders hilfreich. Diese finden Sie in den Leseempfehlungen am Ende dieses Kapitels.
Erster Entwurf von Notfallplänen und -verfahren
Zunächst muss der gesamte Bestand an radioaktivem Material für die betroffene Anlage bewertet werden. Dann müssen glaubwürdige Unfälle analysiert werden, damit man die wahrscheinlichen maximalen Quellenfreisetzungsbedingungen bestimmen kann. Als nächstes müssen der Plan und seine Verfahren es den Anlagenbetreibern ermöglichen:
Arten von Unfällen im Zusammenhang mit Kernreaktoren
Es folgt eine Liste von Arten von Unfällen im Zusammenhang mit Kernreaktoren, von der wahrscheinlichsten bis zur unwahrscheinlichsten. (Der allgemein-industrielle Unfall eines nichtnuklearen Reaktors ist bei weitem am wahrscheinlichsten.)
Erwartete Radionuklide aus wassergekühlten Reaktorunfällen:
Abbildung 2. Beispiel eines Kernkraftwerk-Notfallplans, Inhaltsverzeichnis
Typischer Notfallplan für Kernkraftwerke, Inhaltsverzeichnis
Abbildung 2 ist ein Beispiel für ein Inhaltsverzeichnis eines Kernkraftwerk-Notfallplans. Ein solcher Plan sollte jedes gezeigte Kapitel enthalten und auf die örtlichen Anforderungen zugeschnitten sein. Abbildung 3 zeigt eine Liste typischer Implementierungsverfahren für Leistungsdrosseln.
Abbildung 3. Typische Implementierungsverfahren für Leistungsdrosseln
Radiologische Umgebungsüberwachung bei Unfällen
Diese Aufgabe wird in großen Einrichtungen oft als EREMP (Emergency Radiological Environmental Monitoring Programme) bezeichnet.
Eine der wichtigsten Lektionen, die die US Nuclear Regulatory Commission und andere Regierungsbehörden aus dem Unfall auf Three Mile Island gelernt haben, war, dass man EREMP ohne umfassende vorherige Planung nicht in ein oder zwei Tagen erfolgreich implementieren kann. Obwohl die US-Regierung während des Unfalls viele Millionen Dollar für die Überwachung der Umwelt rund um das Kernkraftwerk Three Mile Island ausgab, waren es weniger als 5% der Gesamtfreisetzungen wurden gemessen. Dies war auf eine schlechte und unzureichende vorherige Planung zurückzuführen.
Entwerfen von radiologischen Umweltüberwachungsprogrammen für den Notfall
Die Erfahrung hat gezeigt, dass das einzige erfolgreiche EREMP eines ist, das in das routinemäßige radiologische Umweltüberwachungsprogramm integriert ist. In den frühen Tagen des Unfalls auf Three Mile Island wurde festgestellt, dass ein effektiver EREMP nicht in ein oder zwei Tagen erfolgreich eingerichtet werden kann, egal wie viel Personal und Geld für das Programm aufgewendet werden.
Probenahmeorte
Alle Standorte des routinemäßigen radiologischen Umweltüberwachungsprogramms werden während der Langzeitüberwachung von Unfällen verwendet. Außerdem muss eine Reihe neuer Standorte eingerichtet werden, damit motorisierte Vermessungsteams in jedem Abschnitt jedes 22½°-Sektors vorher festgelegte Standorte haben (siehe Abbildung 3). Im Allgemeinen befinden sich die Probenahmestellen in Gebieten mit Straßen. Ausnahmen müssen jedoch für normalerweise unzugängliche, aber möglicherweise besetzte Orte wie Campingplätze und Wanderwege innerhalb von etwa 16 km in Windrichtung des Unfalls gemacht werden.
Abbildung 3. Sektor- und Zonenbezeichnungen für radiologische Probenahme- und Überwachungspunkte innerhalb von Notfallplanungszonen
Abbildung 3 zeigt die Sektor- und Zonenbezeichnung für Strahlungs- und Umweltüberwachungspunkte. Man kann 22½°-Sektoren durch Himmelsrichtungen bezeichnen (z. B. N, NNE und NE) oder durch einfache Buchstaben (z. B. A bis R). Die Verwendung von Buchstaben wird jedoch nicht empfohlen, da sie leicht mit der Richtungsnotation verwechselt werden. Beispielsweise ist es weniger verwirrend, die Richtung zu verwenden W für Westen eher als der Brief N.
Jeder ausgewiesene Probenahmeort sollte während einer Übungsübung besucht werden, damit die für die Überwachung und Probenahme verantwortlichen Personen mit dem Ort jedes Punktes vertraut sind und auf Funklöcher, schlechte Straßen und Probleme beim Auffinden der Orte im Dunkeln achten usw. Da kein Bohrgerät alle vorab festgelegten Stellen innerhalb der 16 km langen Notfallschutzzone abdecken wird, müssen die Bohrgeräte so konzipiert werden, dass schließlich alle Probenahmestellen besucht werden. Es lohnt sich oft, die Fähigkeit der Fahrzeuge des Vermessungsteams vorab festzulegen, mit jedem vorher festgelegten Punkt zu kommunizieren. Die tatsächlichen Standorte der Probenahmestellen werden nach den gleichen Kriterien wie im REMP (NRC 1980) ausgewählt; B. Grundstücksgrenze, Mindestausschlussbereich, nächste Person, nächste Gemeinde, nächste Schule, Krankenhaus, Pflegeheim, Milchviehherde, Garten, Bauernhof und so weiter.
Untersuchungsteam für die radiologische Überwachung
Während eines Unfalls mit erheblichen Freisetzungen radioaktiver Materialien sollten radiologische Überwachungsteams das Feld kontinuierlich überwachen. Sie sollten auch vor Ort kontinuierlich überwachen, wenn die Bedingungen dies zulassen. Normalerweise überwachen diese Teams die umgebende Gamma- und Betastrahlung und nehmen Luftproben auf das Vorhandensein radioaktiver Partikel und Halogene vor.
Diese Teams müssen in allen Überwachungsverfahren, einschließlich der Überwachung ihrer eigenen Expositionen, gut geschult sein und in der Lage sein, diese Daten genau an die Basisstation weiterzuleiten. Einzelheiten wie der Typ des Vermessungsmessgeräts, die Seriennummer und der Status „offenes oder geschlossenes Fenster“ müssen sorgfältig auf gut gestalteten Protokollblättern angegeben werden.
Zu Beginn eines Notfalls muss ein Notfallüberwachungsteam möglicherweise 12 Stunden ohne Unterbrechung überwachen. Nach der Anfangsphase sollte die Feldzeit für das Vermessungsteam jedoch auf acht Stunden mit mindestens einer 30-minütigen Pause reduziert werden.
Da eine kontinuierliche Überwachung erforderlich sein kann, müssen Verfahren vorhanden sein, um die Vermessungsteams mit Essen und Getränken, Ersatzinstrumenten und Batterien zu versorgen und die Luftfilter hin und her zu transportieren.
Obwohl die Vermessungsteams wahrscheinlich 12 Stunden pro Schicht arbeiten werden, sind drei Schichten pro Tag erforderlich, um eine kontinuierliche Überwachung zu gewährleisten. Während des Unfalls auf Three Mile Island wurden in den ersten zwei Wochen immer mindestens fünf Überwachungsteams eingesetzt. Die Logistik zur Unterstützung einer solchen Anstrengung muss im Voraus sorgfältig geplant werden.
Team für radiologische Umweltprobenahmen
Die Arten von Umweltproben, die während eines Unfalls entnommen werden, hängen von der Art der Freisetzungen (Luft oder Wasser), der Windrichtung und der Jahreszeit ab. Boden- und Trinkwasserproben müssen auch im Winter entnommen werden. Obwohl Freisetzungen von Radiohalogen möglicherweise nicht nachgewiesen werden können, sollten wegen des großen Bioakkumulationsfaktors Milchproben entnommen werden.
Viele Lebensmittel- und Umweltproben müssen genommen werden, um die Öffentlichkeit zu beruhigen, auch wenn technische Gründe den Aufwand nicht rechtfertigen. Darüber hinaus können diese Daten während eines späteren Gerichtsverfahrens von unschätzbarem Wert sein.
Vorgeplante Protokollblätter mit sorgfältig durchdachten Offsite-Datenverfahren sind für Umweltproben unerlässlich. Alle Personen, die Umweltproben entnehmen, sollten ein klares Verständnis der Verfahren und eine dokumentierte Feldschulung nachgewiesen haben.
Wenn möglich, sollte die Sammlung von Umweltprobendaten außerhalb des Standorts von einer unabhängigen Gruppe außerhalb des Standorts durchgeführt werden. Es ist auch vorzuziehen, dass routinemäßige Umweltproben von derselben externen Gruppe genommen werden, so dass die wertvolle interne Gruppe während eines Unfalls für andere Datensammlungen verwendet werden kann.
Es ist bemerkenswert, dass während des Unfalls auf Three Mile Island jede einzelne Umweltprobe, die hätte genommen werden sollen, gesammelt wurde und keine einzige Umweltprobe verloren ging. Dies geschah, obwohl die Stichprobenrate gegenüber der Stichprobenrate vor dem Unfall um mehr als das Zehnfache anstieg.
Notfallüberwachungsausrüstung
Der Bestand an Notfallüberwachungsgeräten sollte mindestens doppelt so hoch sein wie zu einem bestimmten Zeitpunkt benötigt wird. Schließfächer sollten an verschiedenen Stellen um Nuklearkomplexe herum aufgestellt werden, damit kein Unfall den Zugang zu all diesen Schließfächern verweigert. Um die Bereitschaft sicherzustellen, sollte die Ausrüstung inventarisiert und ihre Kalibrierung mindestens zweimal jährlich und nach jeder Übung überprüft werden. Transporter und Lastwagen in großen kerntechnischen Anlagen sollten sowohl für die Notfallüberwachung vor Ort als auch außerhalb vollständig ausgestattet sein.
Zähllabore vor Ort können während eines Notfalls unbrauchbar sein. Daher müssen im Vorfeld Vorkehrungen für ein alternatives oder mobiles Zähllabor getroffen werden. Dies ist jetzt eine Anforderung für US-Kernkraftwerke (USNRC 1983).
Die Art und Ausgereiftheit der Umgebungsüberwachungsausrüstung sollte den Anforderungen für die Teilnahme am schlimmsten glaubwürdigen Unfall der Kernanlage entsprechen. Im Folgenden finden Sie eine Liste typischer Umgebungsüberwachungsgeräte, die für Kernkraftwerke erforderlich sind:
Abbildung 4. Ein Industrieradiologe mit einem TLD-Abzeichen und einem Ring-Thermolumineszenz-Dosimeter (optional in den USA)
Datenanalyse
Die Analyse von Umweltdaten während eines schweren Unfalls sollte so schnell wie möglich an einen externen Ort wie die Emergency Offsite Facility verlagert werden.
Voreingestellte Richtlinien darüber, wann Umweltprobendaten an das Management zu melden sind, müssen festgelegt werden. Methode und Häufigkeit der Übermittlung von Umweltprobendaten an Regierungsbehörden sollten frühzeitig im Unfall vereinbart werden.
Gesundheitsphysik und Radiochemie: Lehren aus dem Unfall auf Three Mile Island
Externe Berater wurden benötigt, um die folgenden Aktivitäten durchzuführen, da die Pflanzengesundheitsphysiker in den frühen Morgenstunden des Unfalls auf Three Mile Island vom 28. März 1979 vollständig mit anderen Aufgaben beschäftigt waren:
Die obige Liste enthält Beispiele für Aktivitäten, die das typische Gesundheitsphysik-Personal während eines schweren Unfalls nicht angemessen ausführen kann. Das Gesundheitsphysikpersonal von Three Mile Island war sehr erfahren, sachkundig und kompetent. Sie arbeiteten in den ersten beiden Unfallwochen ohne Unterbrechung 15 bis 20 Stunden pro Tag. Die unfallbedingten Zusatzanforderungen waren jedoch so zahlreich, dass sie viele wichtige Routineaufgaben, die normalerweise ohne weiteres erledigt werden könnten, nicht mehr bewältigen konnten.
Zu den Lehren aus dem Unfall auf Three Mile Island gehören:
Betreten eines Nebengebäudes während eines Unfalls
Probenahme des primären Kühlmittels während eines Unfalls
Eingang zum Make-up-Ventilraum
Schutzmaßnahmen und Offsite-Umweltüberwachung aus Sicht der Kommunalverwaltung
Der Strahlenunfall von Goiânia von 1985
Ein 51 TBq 137Die Cs-Teletherapieeinheit wurde am oder um den 13. September 1985 aus einer verlassenen Klinik in Goiânia, Brasilien, gestohlen. Zwei Personen, die nach Altmetall suchten, nahmen die Quellenbaugruppe der Teletherapieeinheit mit nach Hause und versuchten, die Teile zu zerlegen. Die absorbierte Dosisleistung der Strahlungsquelle betrug etwa 46 Gy/h bei 1 m Abstand. Sie verstanden die Bedeutung des dreiblättrigen Strahlungssymbols auf der Quellenkapsel nicht.
Die Quellenkapsel ist während der Demontage zerrissen. Hochlösliches Cäsium-137-Chlorid (137CsCl)-Pulver wurde in einem Teil dieser Stadt mit 1,000,000 Einwohnern verteilt und verursachte einen der schwersten Unfälle mit versiegelten Quellen in der Geschichte.
Nach der Demontage wurden Reste des Strahleraufbaus an einen Schrotthändler verkauft. Er entdeckte, dass die 137CsCl-Pulver leuchtete im Dunkeln blau (vermutlich Cerenkov-Strahlung). Er dachte, dass das Pulver ein Edelstein oder sogar übernatürlich sein könnte. Viele Freunde und Verwandte kamen, um das „wunderbare“ Leuchten zu sehen. Teile der Quelle wurden an eine Reihe von Familien gegeben. Dieser Vorgang dauerte etwa fünf Tage. Zu diesem Zeitpunkt hatten eine Reihe von Menschen aufgrund der Strahlenexposition Symptome des Magen-Darm-Syndroms entwickelt.
Patienten, die mit schweren Magen-Darm-Erkrankungen ins Krankenhaus kamen, wurden fälschlicherweise als allergische Reaktionen auf etwas, das sie gegessen hatten, diagnostiziert. Ein Patient, der durch den Umgang mit der Quelle schwere Hautschäden hatte, wurde verdächtigt, an einer tropischen Hautkrankheit zu leiden, und wurde in das Krankenhaus für Tropenkrankheiten eingeliefert.
Diese tragische Abfolge von Ereignissen dauerte etwa zwei Wochen lang unentdeckt von sachkundigem Personal. Viele Leute rieben die 137CsCl-Pulver auf ihre Haut, damit sie blau leuchten konnte. Die Sequenz hätte noch viel länger andauern können, außer dass eine der bestrahlten Personen die Krankheiten schließlich mit der Quellkapsel in Verbindung gebracht hätte. Sie nahm die Überreste der 137CsCl-Quelle in einem Bus zum Gesundheitsamt in Goiânia, wo sie es verließ. Ein besuchender Medizinphysiker untersuchte die Quelle am nächsten Tag. Er hat aus eigener Initiative Maßnahmen ergriffen, um zwei Schrottplatzbereiche zu evakuieren und die Behörden zu informieren. Die Schnelligkeit und das Ausmaß der Reaktion der brasilianischen Regierung, nachdem sie von dem Unfall erfahren hatte, waren beeindruckend.
Etwa 249 Menschen wurden kontaminiert. 4 wurden ins Krankenhaus eingeliefert. Vier Menschen starben, darunter ein sechsjähriges Mädchen, das durch die Einnahme von etwa 1 GBq eine innere Dosis von etwa 10 Gy erhielt (XNUMX9 Bq) von 137Cs.
Reaktion auf den Unfall
Die Ziele der Erstreaktionsphase waren:
Das Ärzteteam zunächst:
Gesundheitsphysiker:
Die Ergebnisse
Patienten mit akutem Strahlensyndrom
Vier Patienten starben an den Folgen von absorbierten Dosen im Bereich von 4 bis 6 Gy. Zwei Patienten wiesen eine schwere Knochenmarkdepression auf, lebten aber trotz absorbierter Dosen von 6.2 und 7.1 Gy (zytogenetische Schätzung). Vier Patienten überlebten mit geschätzten absorbierten Dosen von 2.5 bis 4 Gy.
Strahleninduzierte Hautverletzung
Neunzehn von zwanzig hospitalisierten Patienten hatten strahleninduzierte Hautverletzungen, die mit Schwellungen und Blasenbildung begannen. Diese Läsionen brachen später auf und sonderten Flüssigkeit ab. Zehn der neunzehn Hautverletzungen entwickelten etwa vier bis fünf Wochen nach der Bestrahlung tiefe Läsionen. Diese tiefen Läsionen waren ein Hinweis auf eine signifikante Gamma-Exposition von tieferen Geweben.
Alle Hautläsionen waren mit kontaminiert 137Cs, mit Energiedosisleistungen bis zu 15 mGy/h.
Das sechsjährige Mädchen, das 1 TBq davon eingenommen hat 137Cs (und der einen Monat später starb) hatte eine allgemeine Hautkontamination von durchschnittlich 3 mGy/h.
Ein Patient benötigte etwa einen Monat nach der Exposition eine Amputation. Die Blutpool-Bildgebung war nützlich, um die Abgrenzung zwischen verletzten und normalen Arteriolen zu bestimmen.
Ergebnis interne Kontamination
Statistische Tests zeigten keine signifikanten Unterschiede zwischen den Körperbelastungen, die durch Ganzkörperzählung bestimmt wurden, im Gegensatz zu denen, die durch Urinausscheidungsdaten bestimmt wurden.
Modelle, die Bioassay-Daten mit Aufnahme und Körperbelastung in Beziehung setzten, wurden validiert. Diese Modelle waren auch für verschiedene Altersgruppen anwendbar.
Preußischblau war nützlich bei der Förderung der Beseitigung von 137CsCl aus dem Körper (bei einer Dosierung von mehr als 3 Gy/Tag).
Siebzehn Patienten erhielten Diuretika zur Beseitigung von 137CsCl-Körperbelastungen. Diese Diuretika waren beim Entkorporieren unwirksam 137Cs und ihre Verwendung wurde gestoppt.
Hautdekontamination
Hautdekontamination mit Seife und Wasser, Essigsäure und Titandioxid (TiO2) wurde bei allen Patienten durchgeführt. Diese Dekontamination war nur teilweise erfolgreich. Es wurde vermutet, dass das Schwitzen zu einer erneuten Kontamination der Haut führte 137Cs Körperbelastung.
Kontaminierte Hautläsionen sind sehr schwer zu dekontaminieren. Das Abschälen von nekrotischer Haut reduzierte das Kontaminationsniveau erheblich.
Follow-up-Studie zur Dosisbewertung der zytogenetischen Analyse
Die Häufigkeit von Aberrationen in Lymphozyten zu verschiedenen Zeitpunkten nach dem Unfall folgte drei Hauptmustern:
In zwei Fällen blieben die Auftretenshäufigkeiten von Aberrationen bis zu einem Monat nach dem Unfall konstant und gingen auf etwa 30 zurück% der anfänglichen Frequenz drei Monate später.
In zwei Fällen eine allmähliche Abnahme um etwa 20% alle drei Monate gefunden.
In zwei der Fälle höchster innerer Kontamination kam es zu einer Erhöhung der Häufigkeit des Auftretens von Aberrationen (um etwa 50% und 100%) über einen Zeitraum von drei Monaten.
Folgestudien zu 137Cs Körperbelastungen
Aktionsniveaus für Eingriffe
Bei einer Energiedosisleistung von mehr als 10 μGy/h in 1 m Höhe innerhalb des Hauses wurde eine Hausevakuierung empfohlen.
Die Sanierungsdekontamination von Eigentum, Kleidung, Boden und Lebensmitteln basierte auf einer Person, die 5 mGy in einem Jahr nicht überschreitet. Die Anwendung dieses Kriteriums auf verschiedene Pfade führte zur Dekontaminierung des Inneren eines Hauses, wenn die absorbierte Dosis 1 mGy in einem Jahr überschreiten könnte, und zur Dekontaminierung des Bodens, wenn die absorbierte Dosisrate 4 mGy in einem Jahr überschreiten könnte (3 mGy von externer Strahlung und 1 mGy von interne Strahlung).
Der Unfall des Kernkraftwerks Reaktorblock 4 von Tschernobyl von 1986
Allgemeine Beschreibung des Unfalls
Der weltweit schlimmste Atomreaktorunfall ereignete sich am 26. April 1986 während eines Elektrotechniktests mit sehr geringer Leistung. Um diesen Test durchzuführen, wurden einige Sicherheitssysteme abgeschaltet oder blockiert.
Diese Einheit war ein Modell RBMK-1000, der Reaktortyp, der etwa 65 produzierte% aller in der UdSSR erzeugten Kernenergie. Es war ein graphitmoderierter Siedewasserreaktor, der 1,000 MW Strom (MWe) erzeugte. Das RBMK-1000 hat kein druckgeprüftes Containment-Gebäude und wird in den meisten Ländern nicht häufig gebaut.
Der Reaktor wurde sofort kritisch und erzeugte eine Reihe von Dampfexplosionen. Die Explosionen fegten die gesamte Oberseite des Reaktors weg, zerstörten die dünne Struktur, die den Reaktor bedeckte, und lösten eine Reihe von Bränden auf den dicken Asphaltdächern der Blöcke 3 und 4 aus. Radioaktive Freisetzungen dauerten zehn Tage, und 31 Menschen starben. Die Delegation der UdSSR bei der Internationalen Atomenergiebehörde untersuchte den Unfall. Sie erklärten, dass die RBMK-Experimente im Block 4 von Tschernobyl, die den Unfall verursachten, nicht die erforderliche Genehmigung erhalten hatten und dass die schriftlichen Vorschriften zu Reaktorsicherheitsmaßnahmen unzureichend waren. Die Delegation erklärte weiter: „Das beteiligte Personal war nicht ausreichend auf die Tests vorbereitet und war sich der möglichen Gefahren nicht bewusst.“ Diese Testreihe schuf die Bedingungen für die Notsituation und führte zu einem Reaktorunfall, von dem die meisten glaubten, dass er niemals eintreten könnte.
Freisetzung von Kernspaltungsprodukten des Reaktorunfalls von Tschernobyl Block 4
Gesamtaktivität freigesetzt
Etwa 1,900 PBq an Spaltprodukten und Brennstoffen (die zusammen gekennzeichnet wurden Corium vom Three Mile Island Accident Recovery Team) wurden in den zehn Tagen freigesetzt, die es dauerte, alle Brände zu löschen und Block 4 mit einem neutronenabsorbierenden Abschirmmaterial abzudichten. Block 4 ist jetzt ein dauerhaft versiegelter Sarkophag aus Stahl und Beton, der das restliche Corium in und um die Überreste des zerstörten Reaktorkerns ordnungsgemäß enthält.
1,900 Prozent der XNUMX PBq wurden am ersten Tag des Unfalls freigesetzt. Der Rest wurde in den nächsten neun Tagen freigelassen.
Die radiologisch signifikantesten Freisetzungen waren 270 PBq 131Ich, 8.1 PBq von 90Sr und 37 PBq of 137Cs. Dies kann mit dem Unfall auf Three Mile Island verglichen werden, bei dem 7.4 TBq freigesetzt wurden of 131Ich und kein messbar 90Sr. bzw 137Cs.
Ausbreitung radioaktiver Stoffe in der Umwelt
Die ersten Freisetzungen gingen im Allgemeinen in nördliche Richtung, aber nachfolgende Freisetzungen gingen in westliche und südwestliche Richtungen. Die erste Wolke traf am 27. April in Schweden und Finnland ein. Radiologische Umweltüberwachungsprogramme des Kernkraftwerks entdeckten die Freisetzung sofort und alarmierten die Welt über den Unfall. Ein Teil dieser ersten Wolke trieb nach Polen und Ostdeutschland. Am 29. und 30. April schwappten weitere Wolken über Ost- und Mitteleuropa. Danach wurden in Großbritannien am 2. Mai Tschernobyl freigesetzt, gefolgt von Japan und China am 4. Mai, Indien am 5. Mai und Kanada und den USA am 5. und 6. Mai. Die südliche Hemisphäre hat nicht gemeldet, diese Wolke entdeckt zu haben.
Die Ablagerung der Wolke wurde hauptsächlich durch Niederschläge bestimmt. Das Fallout-Muster der wichtigsten Radionuklide (131I, 137Cs, 134Cs und 90Sr) war selbst innerhalb der UdSSR sehr variabel. Das Hauptrisiko ging von externer Bestrahlung durch Oberflächenablagerung sowie von der Einnahme kontaminierter Lebensmittel aus.
Radiologische Folgen des Unfalls von Block 4 in Tschernobyl
Allgemeine akute gesundheitliche Folgen
Zwei Personen starben sofort, eine beim Einsturz des Gebäudes und eine 5.5 Stunden später an thermischen Verbrennungen. Weitere 28 Mitarbeiter des Reaktors und der Feuerwehr starben an Strahlenschäden. Die Strahlendosen für die Bevölkerung außerhalb des Standorts lagen unter den Werten, die unmittelbare Strahlenwirkungen verursachen können.
Der Unfall von Tschernobyl hat die weltweite Gesamtzahl der Todesfälle durch Strahlenunfälle bis 1986 fast verdoppelt (von 32 auf 61). (Es ist interessant festzustellen, dass die drei Toten des SL-1-Reaktorunfalls in den USA als Folge einer Dampfexplosion aufgeführt sind und dass die ersten beiden, die in Tschernobyl starben, auch nicht als Todesfälle durch Strahlenunfälle aufgeführt sind.)
Faktoren, die die gesundheitlichen Folgen des Unfalls vor Ort beeinflusst haben
Personendosimetrie für die Personen mit dem höchsten Risiko vor Ort war nicht verfügbar. Das Fehlen von Übelkeit oder Erbrechen in den ersten sechs Stunden nach der Exposition zeigte zuverlässig diejenigen Patienten an, die weniger als potenziell tödliche absorbierte Dosen erhalten hatten. Dies war auch ein guter Hinweis auf Patienten, die aufgrund einer Strahlenexposition keine sofortige ärztliche Behandlung benötigten. Diese Informationen zusammen mit den Blutdaten (Abnahme der Lymphozytenzahl) waren nützlicher als Daten der Personaldosimetrie.
Die schwere Schutzkleidung der Feuerwehrleute (eine poröse Plane) ermöglichte den Kontakt von Spaltprodukten mit hoher spezifischer Aktivität mit bloßer Haut. Diese Beta-Dosen verursachten schwere Hautverbrennungen und waren ein wesentlicher Faktor für viele Todesfälle. XNUMX Arbeiter erlitten schwere Hautverbrennungen. Die Verbrennungen waren äußerst schwierig zu behandeln und stellten ein schwerwiegendes Komplikationselement dar. Sie machten es unmöglich, die Patienten vor dem Transport in Krankenhäuser zu dekontaminieren.
Zu diesem Zeitpunkt gab es keine klinisch signifikanten internen Körperbelastungen durch radioaktives Material. Nur zwei Personen hatten hohe (jedoch nicht klinisch signifikante) Körperbelastungen.
Von den etwa 1,000 untersuchten Personen wurden 115 aufgrund eines akuten Strahlensyndroms ins Krankenhaus eingeliefert. Acht medizinische Betreuer, die vor Ort arbeiteten, erlitten das akute Strahlensyndrom.
Wie erwartet gab es keine Hinweise auf eine Neutronenexposition. (Der Test sucht nach Natrium-24 (24Na) im Blut.)
Faktoren, die die gesundheitlichen Folgen des Unfalls außerhalb des Standorts beeinflusst haben
Öffentliche Schutzmaßnahmen lassen sich in vier verschiedene Perioden einteilen.
Es wurden große Anstrengungen unternommen, um Offsite-Bereiche zu dekontaminieren.
Die radiologische Gesamtdosis für die Bevölkerung der UdSSR wurde vom Wissenschaftlichen Ausschuss der Vereinten Nationen für die Auswirkungen atomarer Strahlung (UNSCEAR) mit 226,000 Personen-Sv (72,000 Personen-Sv im ersten Jahr) angegeben. Die weltweit geschätzte kollektive Äquivalentdosis liegt in der Größenordnung von 600,000 Personen-Sv. Zeit und weitere Studien werden diese Schätzung verfeinern (UNSCEAR 1988).
Internationale Organisationen
Internationale Atomenergiebehörde
P.O. Box 14473
A-1400 Wien
ÖSTERREICH
Internationale Kommission für Strahlungseinheiten und -messungen
7910 Woodmont Avenue
Bethesda, Maryland 20814
USA
Internationale Strahlenschutzkommission
Postfach Nr. 35
Didcot, Oxfordshire
OX11 0RJ
Vereinigtes Königreich
Internationaler Strahlenschutzverband
Technische Universität Eindhoven
P.O. Box 14473
5600 AR Eindhoven
NIEDERLANDE
Ausschuss der Vereinten Nationen für die Auswirkungen atomarer Strahlung
BERNAM ASSOZIIERTE
4611-F Montagelaufwerk
Lanham, Maryland 20706-4391
USA
In den letzten Jahren hat das Interesse an den biologischen Wirkungen und möglichen gesundheitlichen Auswirkungen schwacher elektrischer und magnetischer Felder zugenommen. Es wurden Studien zu Magnetfeldern und Krebs, zur Fortpflanzung und zu neurologischen Verhaltensreaktionen vorgelegt. Im Folgenden wird zusammengefasst, was wir wissen, was noch untersucht werden muss und vor allem, welche Politik angemessen ist – ob es überhaupt keine Expositionsbeschränkungen, „umsichtige Vermeidung“ oder teure Eingriffe geben soll.
Was wir wissen
Krebs
Epidemiologische Studien zu Leukämie im Kindesalter und häuslicher Exposition durch Hochspannungsleitungen scheinen auf eine leichte Risikoerhöhung hinzudeuten, und es wurde über übermäßige Leukämie- und Hirntumorrisiken in „elektrischen“ Berufen berichtet. Jüngste Studien mit verbesserten Techniken zur Expositionsbewertung haben im Allgemeinen die Beweise für einen Zusammenhang gestärkt. Es besteht jedoch noch Unklarheit über die Expositionseigenschaften – beispielsweise Magnetfeldfrequenz und Expositionsintervalle; und es ist nicht viel über mögliche Störfaktoren oder effektmodifizierende Faktoren bekannt. Darüber hinaus weisen die meisten Berufsstudien auf eine spezielle Form der Leukämie hin, die akute myeloische Leukämie, während andere höhere Inzidenzen für eine andere Form, die chronisch lymphatische Leukämie, festgestellt haben. Die wenigen gemeldeten Tierkrebsstudien haben bei der Risikobewertung nicht viel geholfen, und trotz einer großen Anzahl experimenteller Zellstudien wurde kein plausibler und nachvollziehbarer Mechanismus präsentiert, durch den eine krebserzeugende Wirkung erklärt werden könnte.
Reproduktion, mit besonderem Bezug auf Schwangerschaftsergebnisse
In epidemiologischen Studien wurde über unerwünschte Schwangerschaftsverläufe und Krebs im Kindesalter nach mütterlicher und väterlicher Exposition bei Magnetfeldern berichtet, wobei die väterliche Exposition auf eine genotoxische Wirkung hinweist. Bemühungen, positive Ergebnisse anderer Forschungsteams zu replizieren, waren nicht erfolgreich. Epidemiologische Studien an Bedienern von Bildschirmgeräten (VDU), die den von ihren Bildschirmen ausgehenden elektrischen und magnetischen Feldern ausgesetzt sind, waren überwiegend negativ, und teratogene Tierstudien mit VDU-ähnlichen Feldern waren zu widersprüchlich, um verlässliche Schlussfolgerungen zu stützen.
Neurobehaviorale Reaktionen
Provokationsstudien an jungen Freiwilligen scheinen solche physiologischen Veränderungen wie eine Verlangsamung der Herzfrequenz und Veränderungen des Elektroenzephalogramms (EEG) nach Exposition bei relativ schwachen elektrischen und magnetischen Feldern anzuzeigen. Das jüngste Phänomen der Überempfindlichkeit gegenüber Elektrizität scheint multifaktoriellen Ursprungs zu sein, und es ist nicht klar, ob die Felder beteiligt sind oder nicht. Es wurde über eine Vielzahl von Symptomen und Beschwerden berichtet, hauptsächlich der Haut und des Nervensystems. Die meisten Patienten haben diffuse Hautbeschwerden im Gesicht, wie Rötungen, Rötungen, Hitze, Wärme, Stechen, Schmerzen und Spannungsgefühl. Auch Symptome des Nervensystems werden beschrieben, wie Kopfschmerzen, Schwindel, Müdigkeit und Ohnmacht, Kribbeln und Stechen in den Extremitäten, Atemnot, Herzklopfen, starkes Schwitzen, Depressionen und Gedächtnisschwierigkeiten. Es wurden keine charakteristischen organischen neurologischen Krankheitssymptome gezeigt.
Belichtung
Die Exposition gegenüber Feldern tritt in der gesamten Gesellschaft auf: im Haushalt, bei der Arbeit, in Schulen und durch den Betrieb von elektrisch betriebenen Verkehrsmitteln. Überall dort, wo elektrische Leitungen, Elektromotoren und elektronische Geräte vorhanden sind, entstehen elektrische und magnetische Felder. Durchschnittliche Feldstärken von 0.2 bis 0.4 μT (Mikrotesla) an einem Arbeitstag scheinen das Niveau zu sein, oberhalb dessen ein erhöhtes Risiko bestehen könnte, und ähnliche Werte wurden für Jahresmittelwerte für Personen berechnet, die unter oder in der Nähe von Hochspannungsleitungen leben.
Viele Menschen sind in ähnlicher Weise, wenn auch für kürzere Zeiträume, in ihren Wohnungen (über elektrische Heizkörper, Rasierapparate, Haartrockner und andere Haushaltsgeräte oder Streuströme aufgrund von Ungleichgewichten im elektrischen Erdungssystem in einem Gebäude) und bei der Arbeit diesen Werten ausgesetzt (in bestimmten Industrien und Büros mit Nähe zu elektrischen und elektronischen Geräten) oder während der Fahrt in Zügen und anderen elektrisch angetriebenen Transportmitteln. Die Bedeutung einer solchen intermittierenden Exposition ist nicht bekannt. Es bestehen andere Unsicherheiten hinsichtlich der Exposition (einschließlich Fragen zur Bedeutung der Feldfrequenz, zu anderen modifizierenden oder verwirrenden Faktoren oder zur Kenntnis der Gesamtexposition bei Tag und Nacht) und Wirkung (angesichts der Übereinstimmung der Ergebnisse in Bezug auf die Art des Krebses). , und in den epidemiologischen Studien, die es erforderlich machen, alle Risikobewertungen mit großer Vorsicht zu bewerten.
Risikobewertungen
In skandinavischen Wohnstudien weisen die Ergebnisse auf ein doppeltes Leukämierisiko über 0.2 μT hin, wobei die Expositionswerte denen entsprechen, die typischerweise in einem Abstand von 50 bis 100 Metern zu einer Freileitung auftreten. Die Zahl der Kinderleukämiefälle unter Hochspannungsleitungen ist jedoch gering, und das Risiko ist daher im Vergleich zu anderen Umweltgefahren in der Gesellschaft gering. Es wurde berechnet, dass es in Schweden jedes Jahr zwei Fälle von Kinderleukämie unter oder in der Nähe von Hochspannungsleitungen gibt. Einer dieser Fälle kann, falls vorhanden, auf das Magnetfeldrisiko zurückzuführen sein.
Berufliche Expositionen gegenüber Magnetfeldern sind im Allgemeinen höher als Expositionen in Wohngebieten, und Berechnungen des Leukämie- und Hirntumorrisikos für exponierte Arbeiter ergeben höhere Werte als für Kinder, die in der Nähe von Hochspannungsleitungen leben. Berechnungen auf der Grundlage des in einer schwedischen Studie entdeckten zuordenbaren Risikos zufolge könnten jedes Jahr ungefähr 20 Fälle von Leukämie und 20 Fälle von Hirntumoren auf Magnetfelder zurückgeführt werden. Diese Zahlen sind mit der Gesamtzahl von jährlich 40,000 Krebsfällen in Schweden zu vergleichen, von denen schätzungsweise 800 berufsbedingt sind.
Was noch untersucht werden muss
Es ist ganz klar, dass weitere Forschung notwendig ist, um ein zufriedenstellendes Verständnis der bisherigen epidemiologischen Studienergebnisse zu gewährleisten. In verschiedenen Ländern auf der ganzen Welt werden derzeit weitere epidemiologische Studien durchgeführt, aber die Frage ist, ob diese das bereits vorhandene Wissen erweitern werden. Tatsächlich ist nicht bekannt, welche Eigenschaften der Felder gegebenenfalls ursächlich für die Wirkungen sind. Daher brauchen wir definitiv mehr Studien zu möglichen Mechanismen, um die von uns gesammelten Ergebnisse zu erklären.
Es gibt in der Literatur jedoch eine Vielzahl von in vitro Studien, die der Suche nach möglichen Mechanismen gewidmet sind. Es wurden mehrere Krebsförderungsmodelle vorgestellt, die auf Veränderungen der Zelloberfläche und des Zellmembrantransports von Calciumionen, Unterbrechung der Zellkommunikation, Modulation des Zellwachstums, Aktivierung spezifischer Gensequenzen durch modulierte Ribonukleinsäure (RNA)-Transkription, Depression basieren der Melatoninproduktion der Zirbeldrüse, Modulation der Ornithin-Decarboxylase-Aktivität und mögliche Störung der Anti-Tumor-Kontrollmechanismen des Hormonsystems und des Immunsystems. Jeder dieser Mechanismen hat Merkmale, die zur Erklärung der gemeldeten Magnetfeld-Krebswirkungen geeignet sind; jedoch war keine frei von Problemen und wesentlichen Einwänden.
Melatonin und Magnetit
Es gibt zwei mögliche Mechanismen, die für die Krebsförderung relevant sein könnten und daher besondere Aufmerksamkeit verdienen. Einer davon hat mit der Verringerung des nächtlichen Melatoninspiegels zu tun, der durch Magnetfelder induziert wird, und der andere hängt mit der Entdeckung von Magnetitkristallen in menschlichem Gewebe zusammen.
Aus Tierversuchen ist bekannt, dass Melatonin über eine Wirkung auf zirkulierende Sexualhormonspiegel eine indirekte onkostatische Wirkung hat. In Tierversuchen wurde auch darauf hingewiesen, dass Magnetfelder die Melatoninproduktion der Zirbeldrüse unterdrücken, ein Befund, der auf einen theoretischen Mechanismus für die berichtete Zunahme von (zum Beispiel) Brustkrebs hindeutet, die auf die Exposition gegenüber solchen Feldern zurückzuführen sein könnte. Kürzlich wurde eine alternative Erklärung für das erhöhte Krebsrisiko vorgeschlagen. Es wurde festgestellt, dass Melatonin ein höchst wirksamer Hydroxylradikalfänger ist, und folglich wird die Schädigung der DNA, die durch freie Radikale angerichtet werden könnte, durch Melatonin deutlich gehemmt. Wenn der Melatoninspiegel beispielsweise durch Magnetfelder unterdrückt wird, ist die DNA anfälliger für oxidative Angriffe. Diese Theorie erklärt, wie die Unterdrückung von Melatonin durch Magnetfelder zu einer höheren Krebsinzidenz in jedem Gewebe führen könnte.
Aber sinkt der menschliche Melatonin-Blutspiegel, wenn Personen schwachen Magnetfeldern ausgesetzt sind? Es gibt einige Hinweise darauf, dass dies der Fall sein könnte, aber es besteht weiterer Forschungsbedarf. Seit einigen Jahren ist bekannt, dass die Orientierungsfähigkeit von Vögeln während saisonaler Wanderungen über Magnetitkristalle in Zellen vermittelt wird, die auf das Erdmagnetfeld reagieren. Nun wurde, wie oben erwähnt, auch nachgewiesen, dass Magnetitkristalle in menschlichen Zellen in einer Konzentration vorhanden sind, die theoretisch hoch genug ist, um auf schwache Magnetfelder zu reagieren. Daher sollte die Rolle von Magnetitkristallen in allen Diskussionen über die möglichen Mechanismen berücksichtigt werden, die hinsichtlich der potenziell schädlichen Wirkungen elektrischer und magnetischer Felder vorgeschlagen werden können.
Der Bedarf an Wissen über Mechanismen
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es einen klaren Bedarf an weiteren Studien zu solchen möglichen Mechanismen gibt. Epidemiologen benötigen Informationen darüber, auf welche Eigenschaften der elektrischen und magnetischen Felder sie sich bei ihren Expositionsabschätzungen konzentrieren sollten. In den meisten epidemiologischen Studien wurden mittlere oder mittlere Feldstärken (mit Frequenzen von 50 bis 60 Hz) verwendet; in anderen wurden kumulative Expositionsmaße untersucht. In einer kürzlich durchgeführten Studie wurde festgestellt, dass Felder mit höheren Frequenzen mit Risiken zusammenhängen. In einigen Tierversuchen haben sich schließlich Feldtransienten als wichtig herausgestellt. Für Epidemiologen liegt das Problem nicht auf der Wirkungsseite; Krankheitsregister existieren heute in vielen Ländern. Das Problem ist, dass Epidemiologen die relevanten Expositionsmerkmale nicht kennen, die sie in ihren Studien berücksichtigen müssen.
Welche Politik ist angemessen
Schutzsysteme
Generell sind unterschiedliche Schutzsysteme in Bezug auf Vorschriften, Richtlinien und Richtlinien zu berücksichtigen. Am häufigsten wird das gesundheitsbasierte System gewählt, bei dem eine bestimmte gesundheitsschädliche Wirkung bei einer bestimmten Expositionshöhe unabhängig von der Art der Exposition, chemisch oder physikalisch, identifiziert werden kann. Ein zweites System könnte als Optimierung einer bekannten und akzeptierten Gefahr charakterisiert werden, die keinen Schwellenwert hat, unterhalb dessen das Risiko nicht besteht. Ein Beispiel für eine Exposition, die in ein solches System fällt, ist ionisierende Strahlung. Ein drittes System deckt Gefahren oder Risiken ab, bei denen kausale Beziehungen zwischen Exposition und Ergebnis nicht mit hinreichender Sicherheit nachgewiesen wurden, bei denen jedoch allgemeine Bedenken hinsichtlich möglicher Risiken bestehen. Dieses letztgenannte Schutzsystem wurde als das bezeichnet Grundsatz der Vorsicht, oder vor kurzem umsichtige Vermeidung, die als zukünftige kostengünstige Vermeidung unnötiger Exposition bei fehlender wissenschaftlicher Gewissheit zusammengefasst werden kann. Auf diese Weise wurde die Exposition gegenüber elektrischen und magnetischen Feldern diskutiert und systematische Strategien vorgestellt, beispielsweise wie zukünftige Stromleitungen verlegt, Arbeitsplätze eingerichtet und Haushaltsgeräte gestaltet werden sollten, um die Exposition zu minimieren.
Es ist offensichtlich, dass das Optimierungssystem im Zusammenhang mit Einschränkungen elektrischer und magnetischer Felder nicht anwendbar ist, einfach weil sie nicht als Risiken bekannt und akzeptiert sind. Die beiden anderen Systeme werden jedoch beide derzeit in Erwägung gezogen.
Vorschriften und Richtlinien zur Beschränkung der Exposition im Rahmen des gesundheitsbasierten Systems
In internationalen Richtlinien liegen die Grenzwerte für die Beschränkungen der Feldexposition um mehrere Größenordnungen über dem, was an Freileitungen gemessen und in Elektroberufen gefunden werden kann. Die International Radiation Protection Association (IRPA) ausgegeben Richtlinien zu Expositionsgrenzwerten bei 50/60 Hz elektrischen und magnetischen Feldern im Jahr 1990, die als Grundlage für viele nationale Normen übernommen wurde. Da danach wichtige neue Studien veröffentlicht wurden, wurde 1993 von der International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection (ICNIRP) ein Addendum herausgegeben. Darüber hinaus wurden 1993 auch im Vereinigten Königreich Risikobewertungen in Übereinstimmung mit denen der IRPA durchgeführt.
Diese Dokumente betonen, dass der heutige Stand der wissenschaftlichen Erkenntnisse keine Begrenzung der Expositionsniveaus für die Öffentlichkeit und die Arbeitnehmer bis auf das μT-Niveau rechtfertigt und dass weitere Daten erforderlich sind, um zu bestätigen, ob Gesundheitsgefahren vorliegen oder nicht. Die IRPA- und ICNIRP-Richtlinien basieren auf den Auswirkungen von feldinduzierten Strömen im Körper, die denen entsprechen, die normalerweise im Körper gefunden werden (bis zu etwa 10 mA/m2). Es wird empfohlen, die berufliche Exposition bei Magnetfeldern von 50/60 Hz auf 0.5 mT für ganztägige Exposition und 5 mT für kurze Expositionen von bis zu zwei Stunden zu begrenzen. Es wird empfohlen, die Exposition gegenüber elektrischen Feldern auf 10 und 30 kV/m zu begrenzen. Die 24-Stunden-Grenze für die Öffentlichkeit ist auf 5 kV/m und 0.1 mT festgelegt.
Diese Diskussionen über die Regulierung der Exposition basieren ausschließlich auf Krebsberichten. In Studien zu anderen möglichen gesundheitlichen Auswirkungen im Zusammenhang mit elektrischen und magnetischen Feldern (z. B. Fortpflanzungs- und neurologische Verhaltensstörungen) werden die Ergebnisse im Allgemeinen als unzureichend klar und konsistent angesehen, um eine wissenschaftliche Grundlage für die Begrenzung der Exposition zu bilden.
Das Prinzip der Vorsicht oder umsichtigen Vermeidung
Es gibt keinen wirklichen Unterschied zwischen den beiden Konzepten; Vorsichtige Vermeidung wurde jedoch spezieller in Diskussionen über elektrische und magnetische Felder verwendet. Wie oben gesagt, kann umsichtige Vermeidung als die zukünftige, kostengünstige Vermeidung unnötiger Exposition zusammengefasst werden, solange wissenschaftliche Unsicherheit über die gesundheitlichen Auswirkungen besteht. Es wurde in Schweden übernommen, aber nicht in anderen Ländern.
In Schweden haben fünf Regierungsbehörden (das schwedische Strahlenschutzinstitut, das National Electricity Safety Board, das National Board of Health and Welfare, das National Board of Occupational Safety and Health und das National Board of Housing, Building and Planning) gemeinsam erklärt dass „das gesamte Wissen, das sich jetzt ansammelt, Maßnahmen zur Reduzierung der Feldleistung rechtfertigt“. Vorausgesetzt, die Kosten sind angemessen, besteht die Politik darin, Menschen vor lang andauernder hoher magnetischer Belastung zu schützen. Während der Installation neuer Geräte oder neuer Stromleitungen, die hohe Magnetfeldbelastungen verursachen können, sollten Lösungen gewählt werden, die eine geringere Belastung ergeben, sofern diese Lösungen keine großen Unannehmlichkeiten oder Kosten verursachen. Wie vom Radiation Protection Institute angegeben, können im Allgemeinen Maßnahmen ergriffen werden, um das Magnetfeld in Fällen zu reduzieren, in denen die Expositionswerte die normalerweise auftretenden Werte um mehr als das Zehnfache überschreiten, sofern eine solche Reduzierung zu angemessenen Kosten möglich ist. In Situationen, in denen die Expositionswerte bestehender Anlagen die normalerweise auftretenden Werte nicht um den Faktor zehn überschreiten, sollten kostspielige Umbauten vermieden werden. Selbstverständlich wurde das vorliegende Vermeidungskonzept von vielen Experten in verschiedenen Ländern kritisiert, beispielsweise von Experten der Stromversorgungsindustrie.
Schlussfolgerungen
In der vorliegenden Arbeit wurde zusammengefasst, was wir über mögliche gesundheitliche Auswirkungen elektrischer und magnetischer Felder wissen und was noch untersucht werden muss. Auf die Frage, welche Politik verfolgt werden sollte, wurde keine Antwort gegeben, es wurden jedoch optionale Schutzsysteme vorgestellt. In diesem Zusammenhang scheint klar, dass die vorhandene wissenschaftliche Datenbasis nicht ausreicht, um Expositionsgrenzwerte auf μT-Ebene zu entwickeln, was wiederum bedeutet, dass es keinen Grund für teure Eingriffe bei diesen Expositionsebenen gibt. Ob irgendeine Form der Vorsichtsstrategie (z. B. umsichtige Vermeidung) angewandt werden sollte oder nicht, ist Sache der Entscheidungen der Gesundheitsbehörden und Arbeitsschutzbehörden der einzelnen Länder. Wenn eine solche Strategie nicht angewendet wird, bedeutet dies normalerweise, dass keine Expositionsbeschränkungen auferlegt werden, da die gesundheitsbasierten Grenzwerte weit über der alltäglichen öffentlichen und beruflichen Exposition liegen. Wenn also heute die Meinungen über Vorschriften, Richtlinien und Richtlinien auseinandergehen, besteht unter den Standardsetzern allgemeiner Konsens darüber, dass mehr Forschung erforderlich ist, um eine solide Grundlage für zukünftige Maßnahmen zu erhalten.
Die bekannteste Form elektromagnetischer Energie ist das Sonnenlicht. Die Frequenz des Sonnenlichts (sichtbares Licht) ist die Trennlinie zwischen der stärkeren, ionisierenden Strahlung (Röntgenstrahlen, kosmische Strahlung) bei höheren Frequenzen und der harmloseren, nicht-ionisierenden Strahlung bei niedrigeren Frequenzen. Es gibt ein Spektrum nichtionisierender Strahlung. Im Kontext dieses Kapitels ist Infrarotstrahlung am oberen Ende knapp unterhalb des sichtbaren Lichts. Darunter befindet sich der breite Bereich von Funkfrequenzen, der (in absteigender Reihenfolge) Mikrowellen, Mobilfunk, Fernsehen, FM-Radio und AM-Radio, Kurzwellen, die in dielektrischen und Induktionsheizgeräten verwendet werden, und am unteren Ende Felder mit Netzfrequenz umfasst. Das elektromagnetische Spektrum ist in Abbildung 1 dargestellt.
Abbildung 1. Das elektromagnetische Spektrum
So wie sichtbares Licht oder Schall unsere Umgebung, den Raum, in dem wir leben und arbeiten, durchdringt, so durchdringen auch die Energien elektromagnetischer Felder. Genauso wie der Großteil der Schallenergie, der wir ausgesetzt sind, durch menschliche Aktivitäten erzeugt wird, werden auch die elektromagnetischen Energien erzeugt: von den schwachen Pegeln, die von unseren alltäglichen Elektrogeräten ausgestrahlt werden – die unsere Radio- und Fernsehgeräte zum Laufen bringen – bis hin zu den hohen Niveaus, die Ärzte für wohltuende Zwecke anwenden – zum Beispiel Diathermie (Wärmebehandlungen). Im Allgemeinen nimmt die Stärke solcher Energien mit der Entfernung von der Quelle schnell ab. Die natürlichen Konzentrationen dieser Felder in der Umwelt sind gering.
Nichtionisierende Strahlung (NIR) umfasst alle Strahlungen und Felder des elektromagnetischen Spektrums, die nicht genügend Energie haben, um Materie zu ionisieren. Das heißt, NIR ist nicht in der Lage, einem Molekül oder Atom genügend Energie zuzuführen, um seine Struktur durch Entfernen eines oder mehrerer Elektronen zu zerstören. Die Grenze zwischen NIR und ionisierender Strahlung liegt üblicherweise bei einer Wellenlänge von etwa 100 Nanometern.
Wie jede Energieform hat NIR-Energie das Potenzial, mit biologischen Systemen zu interagieren, und das Ergebnis kann ohne Bedeutung, in unterschiedlichem Maße schädlich oder vorteilhaft sein. Bei Hochfrequenz- (RF) und Mikrowellenstrahlung ist der Hauptwechselwirkungsmechanismus die Erwärmung, aber im niederfrequenten Teil des Spektrums können Felder mit hoher Intensität Ströme im Körper induzieren und dadurch gefährlich sein. Die Wechselwirkungsmechanismen für niedrige Feldstärken sind jedoch unbekannt.
Mengen und Einheiten
Felder bei Frequenzen unter etwa 300 MHz werden in Bezug auf die elektrische Feldstärke quantifiziert (E) und magnetische Feldstärke (H). E wird in Volt pro Meter (V/m) ausgedrückt und H in Ampere pro Meter (A/m). Beide sind Vektorfelder, das heißt, sie sind an jedem Punkt durch Größe und Richtung gekennzeichnet. Für den niederfrequenten Bereich wird das Magnetfeld oft durch die Flussdichte ausgedrückt, B, mit der SI-Einheit Tesla (T). Wenn es um Felder in unserem täglichen Umfeld geht, ist die Untereinheit Mikrotesla (μT) meist die bevorzugte Einheit. In einigen Literaturstellen wird die Flussdichte in Gauss (G) ausgedrückt, und die Umrechnung zwischen diesen Einheiten ist (für Felder in Luft):
1 T = 104 G oder 0.1 μT = 1 mG und 1 A/m = 1.26 μT.
Übersichten über Konzepte, Mengen, Einheiten und Terminologie für den Schutz vor nichtionisierender Strahlung, einschließlich hochfrequenter Strahlung, sind verfügbar (NCRP 1981; Polk und Postow 1986; WHO 1993).
Die Strahlung bedeutet einfach Energie, die durch Wellen übertragen wird. Elektromagnetische Wellen sind Wellen elektrischer und magnetischer Kräfte, wobei eine Wellenbewegung als Ausbreitung von Störungen in einem physikalischen System definiert ist. Eine Änderung des elektrischen Feldes geht mit einer Änderung des magnetischen Feldes einher und umgekehrt. Diese Phänomene wurden 1865 von JC Maxwell in vier Gleichungen beschrieben, die als Maxwellsche Gleichungen bekannt wurden.
Elektromagnetische Wellen sind durch eine Reihe von Parametern gekennzeichnet, darunter Frequenz (f), Wellenlänge (λ), elektrische Feldstärke, magnetische Feldstärke, elektrische Polarisation (P) (die Richtung der E Feld), Ausbreitungsgeschwindigkeit (c) und Poynting-Vektor (S). Figur 2 veranschaulicht die Ausbreitung einer elektromagnetischen Welle im freien Raum. Die Frequenz ist definiert als die Anzahl vollständiger Änderungen des elektrischen oder magnetischen Felds an einem bestimmten Punkt pro Sekunde und wird in Hertz (Hz) ausgedrückt. Die Wellenlänge ist der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Wellenbergen oder Wellentälern (Maxima oder Minima). Die Frequenz, Wellenlänge und Wellengeschwindigkeit (v) hängen wie folgt zusammen:
v = f λ
Abbildung 2. Eine ebene Welle, die sich mit Lichtgeschwindigkeit in x-Richtung ausbreitet
Die Geschwindigkeit einer elektromagnetischen Welle im freien Raum ist gleich der Lichtgeschwindigkeit, aber die Geschwindigkeit in Materialien hängt von den elektrischen Eigenschaften des Materials ab, dh von seiner Permittivität (ε) und Permeabilität (μ). Die Permittivität betrifft die Wechselwirkungen des Materials mit dem elektrischen Feld und die Permeabilität drückt die Wechselwirkungen mit dem magnetischen Feld aus. Biologische Substanzen haben von der Wellenlänge (insbesondere im HF-Bereich) und vom Gewebetyp abhängige Permittivitäten, die sich stark von denen des freien Weltraums unterscheiden. Die Durchlässigkeit biologischer Substanzen ist jedoch gleich der des freien Raums.
In einer ebenen Welle, wie in Abbildung 2 dargestellt , das elektrische Feld steht senkrecht zum magnetischen Feld und die Ausbreitungsrichtung ist senkrecht sowohl zum elektrischen als auch zum magnetischen Feld.
Bei einer ebenen Welle wird das Verhältnis des Wertes der elektrischen Feldstärke zum konstanten Wert der magnetischen Feldstärke als charakteristische Impedanz bezeichnet (Z):
Z = E/H
Im freien Raum, Z= 120π ≈ 377Ω aber sonst Z hängt von der Permittivität und Permeabilität des Materials ab, durch das sich die Welle bewegt.
Die Energieübertragung wird durch den Poynting-Vektor beschrieben, der die Größe und Richtung der elektromagnetischen Flussdichte darstellt:
S = E x H
Für eine sich ausbreitende Welle ist das Integral von S über einer beliebigen Oberfläche stellt die momentane Leistung dar, die durch diese Oberfläche übertragen wird (Leistungsdichte). Die Größe des Poynting-Vektors wird in Watt pro Quadratmeter (W/m2) (in manchen Literaturstellen ist die Einheit mW/cm2 verwendet – die Umrechnung in SI-Einheiten ist 1 mW/cm2 = 10 W / m2) und für ebene Wellen hängt mit den Werten der elektrischen und magnetischen Feldstärken zusammen:
S = E2 / 120π = E2 / 377
und
S = 120π H2 = 377 H2
Nicht alle in der Praxis anzutreffenden Expositionsbedingungen können durch ebene Wellen dargestellt werden. In Entfernungen in der Nähe von Quellen hochfrequenter Strahlung sind die für ebene Wellen charakteristischen Beziehungen nicht erfüllt. Das von einer Antenne abgestrahlte elektromagnetische Feld kann in zwei Bereiche unterteilt werden: die Nahfeldzone und die Fernfeldzone. Die Grenze zwischen diesen Zonen wird normalerweise gesetzt bei:
r = 2a2 / λ
woher a ist die größte Abmessung der Antenne.
Im Nahfeldbereich muss die Exposition sowohl durch das elektrische als auch durch das magnetische Feld charakterisiert werden. Im Fernfeld genügt eine davon, da sie durch die obigen Gleichungen miteinander in Beziehung stehen E und H. In der Praxis wird die Nahfeldsituation oft bei Frequenzen unter 300 MHz realisiert.
Die Exposition gegenüber HF-Feldern wird durch Wechselwirkungen elektromagnetischer Wellen mit Objekten weiter erschwert. Wenn elektromagnetische Wellen auf ein Objekt treffen, wird im Allgemeinen ein Teil der einfallenden Energie reflektiert, ein Teil absorbiert und ein Teil übertragen. Die vom Objekt übertragenen, absorbierten oder reflektierten Energieanteile hängen von der Frequenz und Polarisation des Feldes sowie den elektrischen Eigenschaften und der Form des Objekts ab. Eine Überlagerung der einfallenden und reflektierten Wellen führt zu stehenden Wellen und räumlich ungleichmäßiger Feldverteilung. Da Wellen von metallischen Objekten total reflektiert werden, bilden sich in der Nähe solcher Objekte stehende Wellen.
Da die Wechselwirkung von HF-Feldern mit biologischen Systemen von vielen verschiedenen Feldeigenschaften abhängt und die in der Praxis anzutreffenden Felder komplex sind, sollten die folgenden Faktoren bei der Beschreibung der Exposition gegenüber HF-Feldern berücksichtigt werden:
Für die Exposition bei niederfrequenten Magnetfeldern ist noch nicht klar, ob es allein auf die Feldstärke oder die Flussdichte ankommt. Es kann sich herausstellen, dass auch andere Faktoren wichtig sind, wie die Belichtungszeit oder die Schnelligkeit der Feldänderungen.
Die elektromagnetisches Feld (EMF), wie es in den Nachrichtenmedien und der Boulevardpresse verwendet wird, bezieht sich normalerweise auf elektrische und magnetische Felder am niederfrequenten Ende des Spektrums, kann aber auch in einem viel breiteren Sinne verwendet werden, um das gesamte Spektrum von zu umfassen elektromagnetische Strahlung. Beachten Sie, dass im Niederfrequenzbereich die E und B Felder sind nicht auf die gleiche Weise gekoppelt oder miteinander verbunden wie bei höheren Frequenzen, und es ist daher genauer, sie als „elektrische und magnetische Felder“ und nicht als EMF zu bezeichnen.
Wie das sichtbare Licht ist die ultraviolette Strahlung (UVR) eine Form der optischen Strahlung mit kürzeren Wellenlängen und energiereicheren Photonen (Strahlungsteilchen) als ihr sichtbares Gegenstück. Die meisten Lichtquellen emittieren auch etwas UVR. UVR ist im Sonnenlicht vorhanden und wird auch von einer Vielzahl von UV-Quellen emittiert, die in Industrie, Wissenschaft und Medizin verwendet werden. Arbeitnehmer können UVR in einer Vielzahl von beruflichen Situationen begegnen. In einigen Fällen können bei schwachem Umgebungslicht sehr intensive Nah-Ultraviolett-Quellen („Schwarzlicht“) gesehen werden, aber normalerweise ist UV-Strahlung unsichtbar und muss durch das Leuchten von Materialien erkannt werden, die bei UV-Strahlung fluoreszieren.
So wie Licht in Farben unterteilt werden kann, die in einem Regenbogen zu sehen sind, wird UVR unterteilt und seine Bestandteile werden allgemein als bezeichnet UVA, UVB und UVC. Wellenlängen von Licht und UVR werden im Allgemeinen in Nanometern (nm) ausgedrückt; 1 nm ist ein Milliardstel (10-9) von einem Meter. UVC (sehr kurzwelliges UVR) im Sonnenlicht wird von der Atmosphäre absorbiert und erreicht nicht die Erdoberfläche. UVC ist nur aus künstlichen Quellen wie keimtötenden Lampen erhältlich, die den größten Teil ihrer Energie bei einer einzigen Wellenlänge (254 nm) emittieren, die beim Abtöten von Bakterien und Viren auf einer Oberfläche oder in der Luft sehr effektiv ist.
UVB ist die biologisch schädlichste UV-Strahlung für Haut und Augen, und obwohl der größte Teil dieser Energie (die ein Bestandteil des Sonnenlichts ist) von der Atmosphäre absorbiert wird, verursacht sie dennoch Sonnenbrand und andere biologische Wirkungen. Langwelliges UVR, UVA, wird normalerweise in den meisten Lampenquellen gefunden und ist auch das intensivste UVR, das die Erde erreicht. Obwohl UVA tief in das Gewebe eindringen kann, ist es nicht so biologisch schädlich wie UVB, da die Energien einzelner Photonen geringer sind als bei UVB oder UVC.
Quellen der ultravioletten Strahlung
Sonnenlicht
Die größte berufsbedingte Exposition gegenüber UV-Strahlung erfahren Arbeiter im Freien unter Sonnenlicht. Die Energie der Sonnenstrahlung wird durch die Ozonschicht der Erde stark gedämpft, wodurch die terrestrische UV-Strahlung auf Wellenlängen von mehr als 290-295 nm begrenzt wird. Die Energie der gefährlicheren kurzwelligen (UVB) Strahlen im Sonnenlicht ist eine starke Funktion der atmosphärischen Neigungsbahn und variiert mit der Jahreszeit und der Tageszeit (Sliney 1986 und 1987; WHO 1994).
Künstliche Quellen
Zu den wichtigsten künstlichen Expositionsquellen für den Menschen gehören:
Industrielles Lichtbogenschweißen. Die bedeutendste Quelle potenzieller UVR-Exposition ist die Strahlungsenergie von Lichtbogenschweißgeräten. Die UVR-Werte in der Umgebung von Lichtbogenschweißgeräten sind sehr hoch, und akute Verletzungen des Auges und der Haut können innerhalb von drei bis zehn Minuten nach der Exposition bei Betrachtungsabständen von wenigen Metern auftreten. Augen- und Hautschutz ist obligatorisch.
Industrie-/Arbeitsplatz-UVR-Lampen. Bei vielen industriellen und kommerziellen Prozessen, wie beispielsweise der photochemischen Härtung von Tinten, Lacken und Kunststoffen, werden Lampen verwendet, die stark im UV-Bereich emittieren. Während die Wahrscheinlichkeit einer schädlichen Exposition aufgrund der Abschirmung gering ist, kann es in einigen Fällen zu einer versehentlichen Exposition kommen.
„Schwarzlicht“. Schwarzlichter sind Speziallampen, die überwiegend im UV-Bereich emittieren und in der Regel zur zerstörungsfreien Prüfung mit Leuchtpulvern, zur Echtheitsprüfung von Banknoten und Dokumenten sowie für Spezialeffekte in Werbung und Diskotheken eingesetzt werden. Diese Lampen stellen keine signifikante Expositionsgefahr für Menschen dar (außer in bestimmten Fällen für lichtempfindliche Haut).
Medizinische Behandlung. UVR-Lampen werden in der Medizin zu vielfältigen diagnostischen und therapeutischen Zwecken eingesetzt. UVA-Quellen werden normalerweise in diagnostischen Anwendungen verwendet. Die Exposition des Patienten ist je nach Art der Behandlung sehr unterschiedlich, und UV-Lampen, die in der Dermatologie verwendet werden, erfordern einen sorgfältigen Umgang mit den Mitarbeitern.
Keimtötende UVR-Lampen. UVR mit Wellenlängen im Bereich von 250–265 nm ist am effektivsten für die Sterilisation und Desinfektion, da es einem Maximum im DNA-Absorptionsspektrum entspricht. Als UV-Quelle werden häufig Niederdruck-Quecksilberentladungsröhren verwendet, da mehr als 90 % der abgestrahlten Energie bei der 254-nm-Linie liegt. Diese Lampen werden oft als „entkeimende Lampen“, „bakterizide Lampen“ oder einfach „UVC-Lampen“ bezeichnet. Entkeimungslampen werden in Krankenhäusern zur Bekämpfung von Tuberkulose-Infektionen eingesetzt und werden auch in mikrobiologischen Sicherheitswerkbänken verwendet, um Mikroorganismen in der Luft und auf der Oberfläche zu inaktivieren. Die ordnungsgemäße Installation der Lampen und die Verwendung eines Augenschutzes sind unerlässlich.
Kosmetische Bräunung. Bräunungsbänke sind in Unternehmen zu finden, in denen Kunden durch spezielle Bräunungslampen, die hauptsächlich im UVA-Bereich, aber auch etwas UVB emittieren, Bräune erhalten können. Die regelmäßige Nutzung einer Sonnenbank kann erheblich zur jährlichen UV-Hautbelastung einer Person beitragen; Darüber hinaus kann auch das in Sonnenstudios tätige Personal niedrigen Werten ausgesetzt sein. Das Tragen von Augenschutz wie Brillen oder Sonnenbrillen sollte für den Kunden obligatorisch sein, und je nach Vereinbarung können auch Mitarbeiter einen Augenschutz benötigen.
Allgemeinbeleuchtung. Leuchtstofflampen sind am Arbeitsplatz weit verbreitet und werden seit langem auch zu Hause eingesetzt. Diese Lampen geben geringe Mengen an UV-Strahlung ab und tragen nur wenige Prozent zur jährlichen UV-Exposition einer Person bei. Wolfram-Halogenlampen werden zunehmend im Haushalt und am Arbeitsplatz für eine Vielzahl von Beleuchtungs- und Anzeigezwecken verwendet. Nicht abgeschirmte Halogenlampen können UVR-Werte aussenden, die ausreichen, um auf kurze Distanz akute Verletzungen zu verursachen. Die Anbringung von Glasfiltern über diesen Lampen sollte diese Gefahr beseitigen.
Biologische Wirkungen
Die Haut
Erythema
Erythem oder „Sonnenbrand“ ist eine Hautrötung, die normalerweise vier bis acht Stunden nach UV-Strahlung auftritt und nach einigen Tagen allmählich verblasst. Ein schwerer Sonnenbrand kann zu Blasenbildung und Abschälen der Haut führen. UVB und UVC sind beide etwa 1,000-mal wirksamer bei der Verursachung von Erythemen als UVA (Parrish, Jaenicke und Anderson 1982), aber Erytheme, die durch die längeren UVB-Wellenlängen (295 bis 315 nm) erzeugt werden, sind schwerwiegender und dauern länger an (Hausser 1928). Die erhöhte Schwere und der zeitliche Verlauf des Erythems resultieren aus einem tieferen Eindringen dieser Wellenlängen in die Epidermis. Die maximale Empfindlichkeit der Haut tritt offensichtlich bei ungefähr 295 nm auf (Luckiesh, Holladay und Taylor 1930; Coblentz, Stair und Hogue 1931), wobei eine viel geringere (ungefähr 0.07) Empfindlichkeit bei 315 nm und längeren Wellenlängen auftritt (McKinlay und Diffey 1987).
Die minimale Erythemdosis (MED) für 295 nm, die in neueren Studien für ungebräunte, leicht pigmentierte Haut angegeben wurde, reicht von 6 bis 30 mJ/cm2 (Everett, Olsen und Sayer 1965; Freeman, et al. 1966; Berger, Urbach und Davies 1968). Die MED bei 254 nm variiert stark in Abhängigkeit von der verstrichenen Zeit nach der Belichtung und davon, ob die Haut viel Sonnenlicht im Freien ausgesetzt war, liegt aber im Allgemeinen in der Größenordnung von 20 mJ/cm2oder so hoch wie 0.1 J/cm2. Hautpigmentierung und Bräunung und vor allem eine Verdickung des Stratum corneum können diese MED um mindestens eine Größenordnung erhöhen.
Photosensibilisierung
Fachleute für Arbeitsmedizin stoßen bei lichtempfindlichen Arbeitnehmern häufig auf negative Auswirkungen einer beruflichen Exposition gegenüber UV-Strahlung. Die Anwendung bestimmter Arzneimittel kann eine photosensibilisierende Wirkung auf die UVA-Exposition haben, ebenso wie die topische Anwendung bestimmter Produkte, einschließlich einiger Parfüms, Körperlotionen usw. Reaktionen auf Photosensibilisatoren beinhalten sowohl Photoallergie (allergische Reaktion der Haut) als auch Phototoxizität (Reizung der Haut) nach UVR-Exposition durch Sonnenlicht oder industrielle UVR-Quellen. (Photosensibilitätsreaktionen während der Verwendung von Bräunungsgeräten sind ebenfalls häufig.) Diese Photosensibilisierung der Haut kann durch auf die Haut aufgetragene Cremes oder Salben, durch orale oder injizierte Medikamente oder durch die Verwendung von verschreibungspflichtigen Inhalatoren verursacht werden (siehe Abbildung 1 ). Der Arzt, der ein potenziell photosensibilisierendes Medikament verschreibt, sollte den Patienten immer warnen, geeignete Maßnahmen zu ergreifen, um Nebenwirkungen zu vermeiden, aber dem Patienten wird häufig nur gesagt, er solle nur Sonnenlicht und keine UVR-Quellen meiden (da diese für die allgemeine Bevölkerung ungewöhnlich sind).
Abbildung 1. Einige phonosensibilisierende Substanzen
Verzögerte Effekte
Chronische Sonneneinstrahlung – insbesondere der UVB-Anteil – beschleunigt die Hautalterung und erhöht das Hautkrebsrisiko (Fitzpatrick et al. 1974; Forbes und Davies 1982; Urbach 1969; Passchier und Bosnjakovic 1987). Mehrere epidemiologische Studien haben gezeigt, dass das Auftreten von Hautkrebs stark mit dem Breitengrad, der Höhe und der Himmelsbedeckung korreliert, die mit der UVR-Exposition korrelieren (Scotto, Fears und Gori 1980; WHO 1993).
Genaue quantitative Dosis-Wirkungs-Beziehungen für die Karzinogenese der menschlichen Haut wurden noch nicht ermittelt, obwohl hellhäutige Personen, insbesondere solche keltischen Ursprungs, viel anfälliger für die Entwicklung von Hautkrebs sind. Dennoch muss beachtet werden, dass die zur Auslösung von Hauttumoren in Tiermodellen erforderlichen UVR-Expositionen möglicherweise so langsam abgegeben werden, dass keine Erytheme erzeugt werden, und die in diesen Studien berichtete relative Wirksamkeit (relativ zum Peak bei 302 nm) variiert ebenfalls wie Sonnenbrand (Cole, Forbes und Davies 1986; Sterenborg und van der Leun 1987).
Das Auge
Photokeratitis und Photokonjunktivitis
Hierbei handelt es sich um akute Entzündungsreaktionen infolge einer UVB- und UVC-Exposition, die innerhalb weniger Stunden nach übermäßiger Exposition auftreten und normalerweise nach ein bis zwei Tagen abklingen.
Netzhautverletzung durch helles Licht
Obwohl eine thermische Schädigung der Netzhaut durch Lichtquellen unwahrscheinlich ist, kann es zu photochemischen Schäden kommen, wenn man Quellen ausgesetzt wird, die reich an blauem Licht sind. Dies kann zu einer vorübergehenden oder dauerhaften Sehminderung führen. Die normale Abneigung gegen helles Licht sollte dies jedoch verhindern, es sei denn, es wird bewusst versucht, auf helle Lichtquellen zu starren. Der Beitrag der UV-Strahlung zur Netzhautschädigung ist im Allgemeinen sehr gering, da die Absorption durch die Linse die Exposition der Netzhaut begrenzt.
Chronische Effekte
Eine langfristige berufsbedingte Exposition gegenüber UV-Strahlung über mehrere Jahrzehnte kann zu grauem Star und solchen nicht mit den Augen in Zusammenhang stehenden degenerativen Wirkungen wie Hautalterung und Hautkrebs im Zusammenhang mit Sonneneinstrahlung beitragen. Chronische Exposition gegenüber Infrarotstrahlung kann ebenfalls das Kataraktrisiko erhöhen, aber dies ist sehr unwahrscheinlich, wenn man Zugang zu einem Augenschutz hat.
Aktinische Ultraviolettstrahlung (UVB und UVC) wird stark von der Horn- und Bindehaut absorbiert. Eine Überbelichtung dieser Gewebe verursacht eine Keratokonjunktivitis, die gemeinhin als „Schweißerblitz“, „Lichtbogenauge“ oder „Schneeblindheit“ bezeichnet wird. Pitts hat über das Wirkungsspektrum und den zeitlichen Verlauf der Photokeratitis in der Hornhaut von Menschen, Kaninchen und Affen berichtet (Pitts 1974). Die Latenzzeit variiert umgekehrt mit der Schwere der Exposition und reicht von 1.5 bis 24 Stunden, tritt jedoch normalerweise innerhalb von 6 bis 12 Stunden auf; Beschwerden verschwinden normalerweise innerhalb von 48 Stunden. Es folgt eine Konjunktivitis, die von einem Erythem der die Augenlider umgebenden Gesichtshaut begleitet sein kann. Natürlich führt eine UVR-Exposition selten zu dauerhaften Augenschäden. Pitts und Tredici (1971) berichteten über Schwellenwertdaten für Photokeratitis beim Menschen für Wellenbänder mit einer Breite von 10 nm von 220 bis 310 nm. Es wurde festgestellt, dass die maximale Empfindlichkeit der Hornhaut bei 270 nm auftritt – was sich deutlich von dem Maximum für die Haut unterscheidet. Vermutlich ist 270-nm-Strahlung aufgrund des Fehlens eines Stratum corneum biologisch aktiver, um die Dosis für das Hornhautepithelgewebe bei kürzeren UVR-Wellenlängen abzuschwächen. Die Wellenlängenreaktion oder das Wirkungsspektrum variierte nicht so stark wie die Erythem-Wirkungsspektren, mit Schwellenwerten, die von 4 bis 14 mJ/cm schwankten2 bei 270nm. Die bei 308 nm angegebene Schwelle betrug etwa 100 mJ/cm2.
Die wiederholte Exposition des Auges gegenüber potenziell gefährlichen UV-R-Konzentrationen erhöht nicht die Schutzfähigkeit des betroffenen Gewebes (der Hornhaut), wie dies bei Hautexposition der Fall ist, was zu einer Bräunung und einer Verdickung der Hornschicht führt. Ringvold und Mitarbeiter untersuchten die UVR-Absorptionseigenschaften der Hornhaut (Ringvold 1980a) und des Kammerwassers (Ringvold 1980b) sowie die Auswirkungen von UVB-Strahlung auf das Hornhautepithel (Ringvold 1983), das Hornhautstroma (Ringvold und Davanger 1985) und das Hornhautendothel (Ringvold, Davanger und Olsen 1982; Olsen und Ringvold 1982). Ihre elektronenmikroskopischen Studien zeigten, dass Hornhautgewebe bemerkenswerte Reparatur- und Wiederherstellungseigenschaften besitzt. Obwohl man an all diesen Schichten, die anscheinend anfänglich in Zellmembranen auftauchten, leicht eine signifikante Schädigung erkennen konnte, war die morphologische Erholung nach einer Woche vollständig. Die Zerstörung von Keratozyten in der Stromaschicht war offensichtlich, und die Wiederherstellung des Endothels war trotz des normalen Fehlens eines schnellen Zellumsatzes im Endothel ausgeprägt. Cullenet al. (1984) untersuchten eine dauerhafte Endothelschädigung, wenn die UVR-Exposition dauerhaft war. Rileyet al. (1987) untersuchten auch das Hornhautendothel nach UVB-Exposition und kamen zu dem Schluss, dass schwere Einzelbelastungen wahrscheinlich keine verzögerten Wirkungen haben; Sie kamen jedoch auch zu dem Schluss, dass eine chronische Exposition Veränderungen des Endothels im Zusammenhang mit der Alterung der Hornhaut beschleunigen könnte.
Wellenlängen über 295 nm können durch die Hornhaut übertragen werden und werden fast vollständig von der Linse absorbiert. Pitts, Cullen und Hacker (1977b) zeigten, dass Katarakte bei Kaninchen durch Wellenlängen im Bereich von 295–320 nm erzeugt werden können. Die Schwellenwerte für vorübergehende Trübungen lagen im Bereich von 0.15 bis 12.6 J/cm2, je nach Wellenlänge, mit einer Mindestschwelle bei 300 nm. Permanente Trübungen erforderten größere Strahlungseinwirkungen. Im Wellenlängenbereich von 325 bis 395 nm wurden selbst bei deutlich höheren Bestrahlungen von 28 bis 162 J/cm keine Lentikulareffekte festgestellt2 (Pitts, Cullen und Hacker 1977a; Zuclich und Connolly 1976). Diese Studien veranschaulichen deutlich die besondere Gefahr des Spektralbands von 300–315 nm, wie zu erwarten wäre, da Photonen dieser Wellenlängen effizient eindringen und ausreichend Energie haben, um photochemische Schäden zu erzeugen.
Tayloret al. (1988) lieferten epidemiologische Beweise dafür, dass UVB im Sonnenlicht ein ätiologischer Faktor bei seniler Katarakt war, zeigten jedoch keine Korrelation zwischen Katarakt und UVA-Exposition. Obwohl die Hypothese, dass UVA Katarakt verursachen kann, einst aufgrund der starken UVA-Absorption durch die Linse ein weit verbreiteter Glaube war, wurde sie weder durch experimentelle Laborstudien noch durch epidemiologische Studien gestützt. Aus den experimentellen Labordaten, die zeigten, dass die Schwellenwerte für Photokeratitis niedriger waren als für Kataraktogenese, muss man schließen, dass Konzentrationen, die niedriger sind als die, die erforderlich sind, um täglich eine Photokeratitis hervorzurufen, als gefährlich für das Linsengewebe angesehen werden sollten. Selbst wenn man davon ausgehen würde, dass die Hornhaut einem Wert nahe der Photokeratitis-Schwelle ausgesetzt ist, würde man schätzen, dass die tägliche UVR-Dosis der Linse bei 308 nm weniger als 120 mJ/cm betragen würde2 für 12 Stunden im Freien (Sliney 1987). Tatsächlich würde eine realistischere durchschnittliche tägliche Exposition weniger als die Hälfte dieses Wertes betragen.
Hamet al. (1982) bestimmten das Aktionsspektrum für Photoretinitis, das durch UVR im 320–400-nm-Band erzeugt wird. Sie zeigten diese Schwellen im sichtbaren Spektralband, die bei 20 bis 30 J/cm lagen2 bei 440 nm auf etwa 5 J/cm reduziert2 für ein 10-nm-Band, das bei 325 nm zentriert ist. Das Wirkungsspektrum stieg mit abnehmender Wellenlänge monoton an. Wir sollten daher schlussfolgern, dass Werte deutlich unter 5 J/cm liegen2 bei 308 nm sollte Netzhautläsionen hervorrufen, obwohl diese Läsionen erst 24 bis 48 Stunden nach der Exposition sichtbar würden. Es gibt keine veröffentlichten Daten für Netzhautverletzungsschwellen unter 325 nm, und man kann nur erwarten, dass das Muster für das Wirkungsspektrum für photochemische Verletzungen des Hornhaut- und Linsengewebes auch für die Netzhaut gelten würde, was zu einer Verletzungsschwelle der Größenordnung führen würde von 0.1 J/cm2.
Obwohl sich UVB-Strahlung eindeutig als mutagen und karzinogen für die Haut erwiesen hat, ist die extreme Seltenheit der Karzinogenese in der Hornhaut und Bindehaut ziemlich bemerkenswert. Es scheint keine wissenschaftlichen Beweise dafür zu geben, dass eine UVR-Exposition mit Hornhaut- oder Bindehautkrebs beim Menschen in Verbindung gebracht wird, obwohl dies nicht für Rinder gilt. Dies würde auf ein sehr effektives Immunsystem hindeuten, das im menschlichen Auge arbeitet, da es sicherlich Outdoor-Arbeiter gibt, die einer vergleichbaren UVR-Exposition ausgesetzt sind wie Rinder. Diese Schlussfolgerung wird weiter gestützt durch die Tatsache, dass Personen, die an einer fehlerhaften Immunantwort leiden, wie bei Xeroderma pigmentosum, häufig Neoplasien der Cornea und Conjunctiva entwickeln (Stenson 1982).
Sicherheitsstandards
Grenzwerte für die Exposition am Arbeitsplatz (EL) für UV-Strahlung wurden entwickelt und umfassen eine Wirkungsspektrumskurve, die die Schwellenwertdaten für akute Wirkungen umfasst, die aus Studien zu minimalem Erythem und Keratokonjunktivitis erhalten wurden (Sliney 1972; IRPA 1989). Diese Kurve unterscheidet sich unter Berücksichtigung von Messfehlern und Schwankungen in der individuellen Reaktion nicht wesentlich von den kollektiven Schwellenwertdaten und liegt weit unter den kataraktogenen UVB-Schwellenwerten.
Der EL für UVR ist am niedrigsten bei 270 nm (0.003 J/cm2 bei 270 nm) und beispielsweise bei 308 nm 0.12 J/cm2 (ACGIH 1995, IRPA 1988). Unabhängig davon, ob die Exposition durch einige gepulste Expositionen während des Tages, eine einzelne sehr kurze Exposition oder durch eine 8-stündige Exposition bei einigen Mikrowatt pro Quadratzentimeter erfolgt, ist die biologische Gefahr dieselbe, und die oben genannten Grenzwerte gelten für die voller Arbeitstag.
Arbeitsschutz
Die berufsbedingte Exposition gegenüber UV-Strahlung sollte soweit möglich minimiert werden. Bei künstlichen Quellen sollten, wo immer möglich, technische Maßnahmen wie Filterung, Abschirmung und Einhausung Vorrang haben. Administrative Kontrollen wie Zugangsbeschränkungen können die Anforderungen an den Personenschutz reduzieren.
Outdoor-Arbeiter wie Landarbeiter, Arbeiter, Bauarbeiter, Fischer usw. können ihr Risiko durch Sonneneinstrahlung minimieren, indem sie geeignete dicht gewebte Kleidung und vor allem einen Hut mit Krempe tragen, um die Exposition von Gesicht und Hals zu reduzieren. Sonnenschutzmittel können auf exponierte Haut aufgetragen werden, um eine weitere Exposition zu reduzieren. Arbeiter im Freien sollten Zugang zu Schatten haben und mit allen oben genannten notwendigen Schutzmaßnahmen ausgestattet sein.
In der Industrie gibt es viele Quellen, die innerhalb kurzer Expositionszeit akute Augenschäden verursachen können. Es ist eine Vielzahl von Augenschutzmitteln mit verschiedenen Schutzgraden erhältlich, die dem Verwendungszweck entsprechen. Zu den für den industriellen Einsatz bestimmten Schweißhelmen (die zusätzlich Schutz vor intensiver sichtbarer und infraroter Strahlung sowie als Gesichtsschutz bieten), Gesichtsschutzschilden, Schutzbrillen und UV-absorbierenden Brillen gehören. Im Allgemeinen sollten Schutzbrillen für den industriellen Einsatz eng am Gesicht anliegen und so sicherstellen, dass keine Lücken vorhanden sind, durch die UV-Strahlen direkt ins Auge gelangen können, und sie sollten gut konstruiert sein, um körperliche Verletzungen zu vermeiden.
Die Angemessenheit und Auswahl einer Schutzbrille ist von folgenden Punkten abhängig:
In industriellen Expositionssituationen kann der Grad der Augengefährdung durch Messung und Vergleich mit empfohlenen Expositionsgrenzwerten bestimmt werden (Duchene, Lakey und Repacholi 1991).
Messung
Aufgrund der starken Abhängigkeit biologischer Wirkungen von der Wellenlänge ist die Hauptmessung jeder UVR-Quelle ihre spektrale Leistung oder spektrale Bestrahlungsstärkeverteilung. Diese muss mit einem Spektroradiometer gemessen werden, das aus einer geeigneten Eingangsoptik, einem Monochromator und einem UVR-Detektor und -Auslesegerät besteht. Ein solches Instrument wird normalerweise nicht in der Arbeitshygiene verwendet.
In vielen praktischen Situationen wird ein Breitband-UVR-Messgerät verwendet, um sichere Expositionsdauern zu bestimmen. Aus Sicherheitsgründen kann die Spektralempfindlichkeit so angepasst werden, dass sie der Spektralfunktion folgt, die für die Expositionsrichtlinien von ACGIH und IRPA verwendet wird. Wenn geeignete Instrumente nicht verwendet werden, kommt es zu schwerwiegenden Fehlern bei der Gefährdungsbeurteilung. Es sind auch persönliche UVR-Dosimeter erhältlich (z. B. Polysulfonfilm), aber ihre Anwendung war weitgehend auf die Arbeitssicherheitsforschung beschränkt und nicht auf Erhebungen zur Gefährdungsbeurteilung.
Schlussfolgerungen
Molekulare Schäden an wichtigen Zellkomponenten, die durch UVR-Exposition entstehen, treten ständig auf, und es gibt Reparaturmechanismen, um mit der Exposition von Haut und Augengewebe gegenüber ultravioletter Strahlung fertig zu werden. Erst wenn diese Reparaturmechanismen überfordert sind, wird eine akute biologische Schädigung sichtbar (Smith 1988). Aus diesen Gründen bleibt die Minimierung der berufsbedingten UVR-Exposition ein wichtiges Anliegen von Arbeitsschutzmitarbeitern.
Infrarotstrahlung ist der Teil des nichtionisierenden Strahlungsspektrums, der zwischen Mikrowellen und sichtbarem Licht liegt. Es ist ein natürlicher Bestandteil der menschlichen Umwelt und daher ist der Mensch ihm in allen Bereichen des täglichen Lebens in geringen Mengen ausgesetzt – zum Beispiel zu Hause oder bei Freizeitaktivitäten in der Sonne. Durch bestimmte technische Prozesse am Arbeitsplatz kann es jedoch zu sehr intensiven Expositionen kommen.
Viele industrielle Prozesse beinhalten das thermische Aushärten verschiedener Arten von Materialien. Die verwendeten Wärmequellen oder das erhitzte Material selbst geben in der Regel so viel Infrarotstrahlung ab, dass eine große Anzahl von Arbeitern potenziell gefährdet ist, dieser Strahlung ausgesetzt zu werden.
Begriffe und Mengen
Infrarotstrahlung (IR) hat Wellenlängen im Bereich von 780 nm bis 1 mm. Nach der Klassifizierung der International Commission on Illumination (CIE) wird diese Bande in IRA (von 780 nm bis 1.4 μm), IRB (von 1.4 μm bis 3 μm) und IRC (von 3 μm bis 1 mm) unterteilt. Diese Unterteilung folgt in etwa den wellenlängenabhängigen Absorptionseigenschaften von IR im Gewebe und den daraus resultierenden unterschiedlichen biologischen Wirkungen.
Die Menge sowie die zeitliche und räumliche Verteilung der Infrarotstrahlung werden durch unterschiedliche radiometrische Größen und Einheiten beschrieben. Aufgrund optischer und physiologischer Eigenschaften, insbesondere des Auges, wird üblicherweise zwischen kleinen „Punkt“-Quellen und „erweiterten“ Quellen unterschieden. Das Kriterium für diese Unterscheidung ist der Wert im Bogenmaß des Winkels (α), gemessen am Auge, das von der Quelle eingeschlossen wird. Dieser Winkel kann als Quotient der Lichtquellenabmessung berechnet werden DL geteilt durch den Betrachtungsabstand r. Ausgedehnte Quellen sind diejenigen, die einen Betrachtungswinkel am Auge von größer als α unterdrückenMin., was normalerweise 11 Milliradiant ist. Für alle ausgedehnten Quellen gibt es einen Betrachtungsabstand, bei dem α gleich ist αMin.; bei größeren Betrachtungsabständen kann die Quelle wie eine Punktquelle behandelt werden. Im optischen Strahlenschutz sind die wichtigsten Größen bezüglich ausgedehnter Quellen die Glanz (L, ausgedrückt in Wm-2sr-1) und das zeitintegrierte Ausstrahlung (Lp in Jm-2sr-1), die die „Helligkeit“ der Quelle beschreiben. Für die Bewertung des Gesundheitsrisikos die relevantesten Mengen in Bezug auf Punktquellen oder Expositionen in solchen Entfernungen von der Quelle, bei denen α < αMin., sind die Bestrahlung (E, ausgedrückt in Wm-2), was dem Konzept der Expositionsdosisleistung entspricht, und der strahlende Belichtung (H, in Jm-2), äquivalent zum Expositionsdosiskonzept.
In einigen Bändern des Spektrums sind die biologischen Wirkungen aufgrund der Exposition stark wellenlängenabhängig. Daher müssen zusätzliche spektroradiometrische Größen verwendet werden (z. B. die spektrale Strahldichte, Ll, ausgedrückt in Wm-2 sr-1 nm-1), um die physikalischen Emissionswerte der Quelle gegen das anwendbare Wirkungsspektrum bezogen auf die biologische Wirkung abzuwägen.
Quellen und berufliche Exposition
Die Exposition gegenüber IR resultiert aus verschiedenen natürlichen und künstlichen Quellen. Die spektrale Emission von diesen Quellen kann auf eine einzelne Wellenlänge (Laser) beschränkt oder über ein breites Wellenlängenband verteilt sein.
Die verschiedenen Mechanismen zur Erzeugung optischer Strahlung im Allgemeinen sind:
Die Emission der wichtigsten Quellen, die in vielen industriellen Prozessen verwendet werden, resultiert aus thermischer Anregung und kann mit den physikalischen Gesetzen der Schwarzkörperstrahlung angenähert werden, wenn die absolute Temperatur der Quelle bekannt ist. Die Gesamtemission (M, in Wm-2) eines schwarzen Strahlers (Abbildung 1) wird durch das Stefan-Boltzmann-Gesetz beschrieben:
M(T) = 5.67 x 10-8T4
und hängt von der 4. Potenz der Temperatur ab (T, in K) des strahlenden Körpers. Die spektrale Verteilung der Strahldichte wird durch das Plancksche Strahlungsgesetz beschrieben:
und die Wellenlänge der maximalen Emission (λmax) wird nach dem Wienschen Gesetz beschrieben durch:
λmax = (2.898 x 10-8) / T
Abbildung 1. Spektrale Strahldichte λmaxeines schwarzen Strahlers bei der absoluten Temperatur, die auf jeder Kurve in Grad Kelvin angegeben ist
Viele Laser, die in industriellen und medizinischen Prozessen verwendet werden, emittieren sehr hohe IR-Werte. Im Allgemeinen weist Laserstrahlung im Vergleich zu anderen Strahlungsquellen einige ungewöhnliche Eigenschaften auf, die das Risiko nach einer Exposition beeinflussen können, wie z. B. eine sehr kurze Pulsdauer oder eine extrem hohe Bestrahlungsstärke. Daher wird die Laserstrahlung an anderer Stelle in diesem Kapitel ausführlich behandelt.
Viele industrielle Prozesse erfordern die Verwendung von Quellen, die starke sichtbare und infrarote Strahlung emittieren, und daher sind eine große Anzahl von Arbeitern wie Bäcker, Glasbläser, Ofenarbeiter, Gießereiarbeiter, Schmiede, Schmelzer und Feuerwehrleute potenziell einem Expositionsrisiko ausgesetzt. Neben Lampen müssen auch solche Quellen wie Flammen, Gasbrenner, Acetylenbrenner, Pfützen aus geschmolzenem Metall und glühende Metallstangen berücksichtigt werden. Diese findet man in Gießereien, Stahlwerken und in vielen anderen Anlagen der Schwerindustrie. Tabelle 1 fasst einige Beispiele für IR-Quellen und ihre Anwendungen zusammen.
Tabelle 1. Verschiedene IR-Quellen, exponierte Bevölkerung und ungefähre Expositionsniveaus
Quelle |
Anwendung oder exponierte Population |
Belichtung |
Sonnenlicht |
Outdoor-Arbeiter, Landwirte, Bauarbeiter, Seeleute, allgemeine Öffentlichkeit |
500 Watt-2 |
Glühlampen aus Wolfram |
Allgemeine Bevölkerung und Arbeiter |
105-106 Wm-2sr-1 |
Wolfram-Halogen-Glühlampen |
(Siehe Wolfram-Glühlampen) |
50–200 Wm-2 (bei 50 cm) |
Leuchtdioden (z. B. GaAs-Diode) |
Spielwaren, Unterhaltungselektronik, Datenübertragungstechnik etc. |
105 Wm-2sr-1 |
Xenon-Bogenlampen |
Projektoren, Sonnensimulatoren, Suchscheinwerfer |
107 Wm-2sr-1 |
Eisen schmelzen |
Stahlofen, Stahlwerksarbeiter |
105 Wm-2sr-1 |
Infrarotlampen-Arrays |
Industrielle Heizung und Trocknung |
103 zu 8.103 Wm-2 |
Infrarotlampen in Krankenhäusern |
Labor-Inkubatoren |
100–300 Wm-2 |
Biologische Wirkungen
Optische Strahlung dringt im Allgemeinen nicht sehr tief in biologisches Gewebe ein. Daher sind die Hauptziele einer IR-Exposition die Haut und das Auge. Unter den meisten Expositionsbedingungen ist der Hauptinteraktionsmechanismus von IR thermisch. Lediglich die sehr kurzen Laserpulse, die hier nicht betrachtet werden, können ebenfalls zu mechanothermischen Effekten führen. Effekte durch Ionisierung oder durch Aufbrechen chemischer Bindungen sind bei IR-Strahlung nicht zu erwarten, da die Teilchenenergie mit weniger als etwa 1.6 eV zu gering ist, um solche Effekte hervorzurufen. Aus dem gleichen Grund werden photochemische Reaktionen erst bei kürzeren Wellenlängen im sichtbaren und im ultravioletten Bereich bedeutsam. Die unterschiedlichen wellenlängenabhängigen gesundheitlichen Wirkungen von IR ergeben sich hauptsächlich aus den wellenlängenabhängigen optischen Eigenschaften des Gewebes – beispielsweise der spektralen Absorption der Augenmedien (Abbildung 2).
Abbildung 2. Spektrale Absorption der Augenmedien
Auswirkungen auf das Auge
Im Allgemeinen ist das Auge gut angepasst, um sich gegen optische Strahlung aus der natürlichen Umgebung zu schützen. Darüber hinaus wird das Auge physiologisch vor Verletzungen durch helle Lichtquellen, wie die Sonne oder Lampen mit hoher Intensität, durch eine Aversionsreaktion geschützt, die die Expositionsdauer auf einen Bruchteil einer Sekunde (ungefähr 0.25 Sekunden) begrenzt.
IRA betrifft aufgrund der Transparenz der Augenmedien hauptsächlich die Netzhaut. Beim direkten Betrachten einer Punktquelle oder eines Laserstrahls machen die Fokussierungseigenschaften in der IRA-Region die Netzhaut zusätzlich viel anfälliger für Schäden als jeder andere Teil des Körpers. Bei kurzen Belichtungszeiten wird angenommen, dass die Erwärmung der Iris durch die Absorption von sichtbarem oder nahem Infrarot eine Rolle bei der Entwicklung von Trübungen in der Linse spielt.
Mit zunehmender Wellenlänge, oberhalb von etwa 1 μm, nimmt die Absorption durch Augenmedien zu. Daher wird angenommen, dass die Absorption von IRA-Strahlung sowohl durch die Linse als auch durch die pigmentierte Iris eine Rolle bei der Bildung von Linsentrübungen spielt. Schäden an der Linse werden Wellenlängen unter 3 μm zugeschrieben (IRA und IRB). Für Infrarotstrahlung mit Wellenlängen über 1.4 µm sind das Kammerwasser und die Linse besonders stark absorbierend.
Im IRB- und IRC-Bereich des Spektrums werden die Augenmedien durch die starke Absorption durch ihren Bestandteil Wasser undurchsichtig. Die Absorption in diesem Bereich erfolgt hauptsächlich in der Hornhaut und im Kammerwasser. Oberhalb von 1.9 μm ist die Hornhaut effektiv der einzige Absorber. Die Absorption langwelliger Infrarotstrahlung durch die Hornhaut kann aufgrund der Wärmeleitung zu erhöhten Temperaturen im Auge führen. Aufgrund einer schnellen Umsatzrate der oberflächlichen Hornhautzellen ist zu erwarten, dass jede auf die äußere Hornhautschicht begrenzte Schädigung vorübergehend ist. Im IRC-Band kann die Exposition ähnlich wie auf der Haut zu einer Verbrennung auf der Hornhaut führen. Hornhautverbrennungen sind jedoch aufgrund der Abneigungsreaktion, die durch das schmerzhafte Gefühl bei starker Exposition ausgelöst wird, nicht sehr wahrscheinlich.
Auswirkungen auf die Haut
Infrarotstrahlung dringt nicht sehr tief in die Haut ein. Daher kann die Exposition der Haut gegenüber sehr starkem IR zu lokalen thermischen Wirkungen unterschiedlicher Schwere und sogar zu schweren Verbrennungen führen. Die Auswirkungen auf die Haut hängen von den optischen Eigenschaften der Haut ab, wie z. B. der wellenlängenabhängigen Eindringtiefe (Abbildung 3 ). Insbesondere bei längeren Wellenlängen kann eine ausgedehnte Exposition zu einem hohen lokalen Temperaturanstieg und Verbrennungen führen. Die Schwellenwerte für diese Wirkungen sind aufgrund der physikalischen Eigenschaften der Wärmetransportvorgänge in der Haut zeitabhängig. Eine Einstrahlung von 10 kWm-2, kann beispielsweise innerhalb von 5 Sekunden ein schmerzhaftes Gefühl hervorrufen, wohingegen eine Exposition von 2 kWm-2 innerhalb von Zeiträumen von weniger als etwa 50 Sekunden nicht die gleiche Reaktion hervorrufen.
Abbildung 3. Eindringtiefe in die Haut für verschiedene Wellenlängen
Bei sehr langen Expositionen, auch bei Werten deutlich unterhalb der Schmerzgrenze, kann die Wärmebelastung des menschlichen Körpers groß sein. Vor allem, wenn die Exposition den ganzen Körper erfasst, wie zum Beispiel vor einer Stahlschmelze. Die Folge kann ein Ungleichgewicht des ansonsten physiologisch gut ausbalancierten Thermoregulationssystems sein. Die Tolerierschwelle einer solchen Exposition hängt von verschiedenen individuellen und Umweltbedingungen ab, wie der individuellen Kapazität des Thermoregulationssystems, dem tatsächlichen Körperstoffwechsel während der Exposition oder der Umgebungstemperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftbewegung (Windgeschwindigkeit). Ohne körperliche Arbeit maximal 300 Wm-2 kann unter bestimmten Umgebungsbedingungen über acht Stunden toleriert werden, aber dieser Wert sinkt auf etwa 140 Wm-2 bei schwerer körperlicher Arbeit.
Expositionsstandards
Die von der Wellenlänge und der Expositionsdauer abhängigen biologischen Wirkungen einer IR-Exposition sind nur bei Überschreitung bestimmter Intensitäts- oder Dosisschwellenwerte nicht tolerierbar. Zum Schutz vor solch unerträglichen Expositionsbedingungen haben internationale Organisationen wie die Weltgesundheitsorganisation (WHO), das Internationale Arbeitsamt (ILO), das Internationale Komitee für nichtionisierende Strahlung der International Radiation Protection Association (INIRC/IRPA) und ihre Als Nachfolger haben die International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection (ICNIRP) und die American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH) Expositionsgrenzwerte für Infrarotstrahlung sowohl von kohärenten als auch inkohärenten optischen Quellen vorgeschlagen. Die meisten nationalen und internationalen Vorschläge für Richtlinien zur Begrenzung der menschlichen Exposition gegenüber Infrarotstrahlung basieren entweder auf den vorgeschlagenen Schwellenwerten (TLVs), die von der ACGIH (1993/1994) veröffentlicht wurden, oder sind sogar identisch mit diesen. Diese Grenzwerte sind weithin anerkannt und werden häufig in beruflichen Situationen verwendet. Sie basieren auf aktuellen wissenschaftlichen Erkenntnissen und sollen eine thermische Schädigung der Netz- und Hornhaut sowie mögliche Spätfolgen an der Augenlinse verhindern.
Die Überarbeitung der ACGIH-Expositionsgrenzwerte von 1994 lautet wie folgt:
1. Zum Schutz der Netzhaut vor thermischer Schädigung bei Einwirkung von sichtbarem Licht (z. B. bei starken Lichtquellen) die spektrale Strahldichte Lλ in W/(m² sr nm) gewichtet mit der retinalen thermischen Hazard-Funktion Rλ (siehe Tabelle 2) über das Wellenlängenintervall Δλ und summiert über den Wellenlängenbereich von 400 bis 1400 nm, sollte nicht überschreiten:
woher t ist die Betrachtungsdauer begrenzt auf Intervalle von 10-3 bis 10 Sekunden (d. h. für zufällige Betrachtungsbedingungen, nicht fixierte Betrachtung) und α die Winkelunterspannung der Quelle im Bogenmaß ist, berechnet durch α = maximale Ausdehnung der Quelle/Entfernung zur Quelle Rλ (Tabelle 2 ).
2. Um die Netzhaut vor der Expositionsgefahr durch Infrarot-Wärmelampen oder andere nahe Infrarotquellen zu schützen, bei denen kein starker visueller Reiz vorhanden ist, wird die Infrarotstrahlung über den Wellenlängenbereich von 770 bis 1400 nm aus Sicht des Auges (basierend auf einer 7-mm-Pupille Durchmesser) für eine längere Dauer der Betrachtungsbedingungen sollte begrenzt werden auf:
Diese Grenze basiert auf einem Pupillendurchmesser von 7 mm, da in diesem Fall die Aversionsreaktion (z. B. Schließen des Auges) aufgrund des Fehlens von sichtbarem Licht möglicherweise nicht vorhanden ist.
3. Um mögliche verzögerte Wirkungen auf die Augenlinse, wie z. B. verzögerte Katarakt, zu vermeiden und die Hornhaut vor Überbelichtung zu schützen, sollte die Infrarotstrahlung bei Wellenlängen über 770 nm für Zeiträume von über 100 s auf 1,000 W/m² begrenzt werden und an:
oder für kürzere Zeiträume.
4. Für aphakische Patienten werden separate Gewichtungsfunktionen und resultierende TLVs für den Wellenlängenbereich von ultraviolettem und sichtbarem Licht (305–700 nm) angegeben.
Tabelle 2. Thermische Gefahrenfunktion der Netzhaut
Wellenlänge (nm) |
Rλ |
Wellenlänge (nm) |
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 |
Quelle: ACGIH 1996.
Messung
Es stehen zuverlässige radiometrische Techniken und Instrumente zur Verfügung, die es ermöglichen, das Risiko für Haut und Auge durch die Exposition gegenüber optischen Strahlungsquellen zu analysieren. Zur Charakterisierung einer konventionellen Lichtquelle ist es im Allgemeinen sehr hilfreich, die Strahldichte zu messen. Für die Definition gefährlicher Expositionsbedingungen durch optische Quellen sind die Bestrahlungsstärke und die Strahlenexposition von größerer Bedeutung. Die Bewertung breitbandiger Quellen ist komplexer als die Bewertung von Quellen, die bei einzelnen Wellenlängen oder sehr schmalbandig emittieren, da spektrale Eigenschaften und Quellengröße berücksichtigt werden müssen. Das Spektrum bestimmter Lampen besteht sowohl aus einer kontinuierlichen Emission über ein breites Wellenlängenband als auch aus einer Emission auf bestimmten einzelnen Wellenlängen (Linien). Signifikante Fehler können in die Darstellung dieser Spektren eingeführt werden, wenn der Energieanteil in jeder Linie nicht richtig zum Kontinuum hinzugefügt wird.
Zur Bewertung der Gesundheitsgefährdung müssen die Expositionswerte über einer Grenzöffnung gemessen werden, für die die Expositionsnormen festgelegt sind. Typischerweise wurde eine Öffnung von 1 mm als die kleinste praktische Öffnungsgröße betrachtet. Wellenlängen von mehr als 0.1 mm bereiten wegen signifikanter Beugungseffekte, die durch eine Öffnung von 1 mm erzeugt werden, Schwierigkeiten. Für dieses Wellenlängenband wurde eine Apertur von 1 cm² (11 mm Durchmesser) akzeptiert, da Hotspots in diesem Band größer sind als bei kürzeren Wellenlängen. Für die Bewertung der Netzhautgefährdung wurde die Größe der Öffnung durch eine durchschnittliche Pupillengröße bestimmt und daher eine Öffnung von 7 mm gewählt.
Generell sind Messungen im optischen Bereich sehr aufwendig. Messungen, die von ungeschultem Personal durchgeführt werden, können zu ungültigen Schlussfolgerungen führen. Eine ausführliche Zusammenfassung der Messverfahren findet sich in Sliney und Wolbarsht (1980).
Schutzmaßnahmen
Der wirksamste Standardschutz vor der Exposition gegenüber optischer Strahlung ist die vollständige Einhausung der Quelle und aller Strahlungspfade, die aus der Quelle austreten können. Durch solche Maßnahmen sollte die Einhaltung der Expositionsgrenzwerte in den meisten Fällen einfach zu erreichen sein. Wo dies nicht der Fall ist, gilt der Personenschutz. Beispielsweise sollte vorhandener Augenschutz in Form von geeigneten Schutzbrillen oder Visieren oder Schutzkleidung verwendet werden. Wenn die Arbeitsbedingungen die Anwendung solcher Maßnahmen nicht zulassen, können eine administrative Kontrolle und ein eingeschränkter Zugang zu sehr intensiven Quellen erforderlich sein. In manchen Fällen kann eine Reduzierung entweder der Leistung der Quelle oder der Arbeitszeit (Arbeitspausen zur Erholung von Hitzestress) oder beides eine mögliche Maßnahme zum Schutz des Arbeitnehmers sein.
Fazit
Im Allgemeinen stellt Infrarotstrahlung von den gebräuchlichsten Quellen wie Lampen oder von den meisten industriellen Anwendungen kein Risiko für Arbeitnehmer dar. An manchen Arbeitsplätzen kann IR jedoch ein Gesundheitsrisiko für den Arbeiter darstellen. Darüber hinaus nehmen der Einsatz und Einsatz von Speziallampen und Hochtemperaturprozessen in Industrie, Wissenschaft und Medizin rasant zu. Wenn die Exposition durch diese Anwendungen ausreichend hoch ist, können schädliche Wirkungen (hauptsächlich im Auge, aber auch auf der Haut) nicht ausgeschlossen werden. Es wird erwartet, dass die Bedeutung international anerkannter Standards für die Exposition gegenüber optischer Strahlung zunehmen wird. Um den Arbeitnehmer vor übermäßiger Exposition zu schützen, sollten Schutzmaßnahmen wie Abschirmung (Augenschutz) oder Schutzkleidung obligatorisch sein.
Die wichtigsten nachteiligen biologischen Wirkungen, die der Infrarotstrahlung zugeschrieben werden, sind Katarakte, bekannt als Glasbläser- oder Hochofenkatarakte. Langfristige Exposition selbst bei relativ geringen Mengen verursacht Hitzestress für den menschlichen Körper. Bei solchen Expositionsbedingungen müssen zusätzliche Faktoren wie Körpertemperatur und Verdunstungswärmeverlust sowie Umweltfaktoren berücksichtigt werden.
Um die Arbeitnehmer zu informieren und anzuleiten, wurden in den Industrieländern einige praktische Leitfäden entwickelt. Eine umfassende Zusammenfassung findet sich in Sliney und Wolbarsht (1980).
Licht und infrarote (IR) Strahlungsenergie sind zwei Formen optischer Strahlung und bilden zusammen mit ultravioletter Strahlung das optische Spektrum. Innerhalb des optischen Spektrums haben verschiedene Wellenlängen beträchtlich unterschiedliche Potentiale, biologische Wirkungen hervorzurufen, und aus diesem Grund kann das optische Spektrum weiter unterteilt werden.
Die ! sollte Wellenlängen der Strahlungsenergie zwischen 400 und 760 nm vorbehalten bleiben, die eine visuelle Reaktion auf der Netzhaut hervorrufen (CIE 1987). Licht ist der wesentliche Bestandteil der Leistung von Beleuchtungslampen, visuellen Displays und einer Vielzahl von Beleuchtungsgeräten. Abgesehen von der Bedeutung der Beleuchtung für das Sehen können einige Lichtquellen jedoch unerwünschte physiologische Reaktionen hervorrufen, wie z. Die Emission von intensivem Licht ist auch eine potenziell gefährliche Nebenwirkung einiger industrieller Prozesse, wie z. B. des Lichtbogenschweißens.
Infrarotstrahlung (IRR, Wellenlängen 760 nm bis 1 mm) kann auch ganz allgemein als bezeichnet werden Wärmestrahlung (oder ausstrahlende Hitze) und wird von jedem warmen Objekt abgegeben (heiße Motoren, geschmolzene Metalle und andere Gießereiquellen, wärmebehandelte Oberflächen, elektrische Glühlampen, Strahlungsheizungen usw.). Infrarotstrahlung wird auch von einer Vielzahl elektrischer Geräte wie Elektromotoren, Generatoren, Transformatoren und verschiedenen elektronischen Geräten emittiert.
Infrarotstrahlung ist ein beitragender Faktor bei Hitzestress. Eine hohe Umgebungstemperatur und -feuchtigkeit sowie ein geringer Grad an Luftzirkulation können in Verbindung mit Strahlungswärme zu Hitzestress mit der Möglichkeit von Hitzeschäden führen. In kühleren Umgebungen können auch unerwünschte oder schlecht konstruierte Strahlungswärmequellen unangenehm sein – eine ergonomische Überlegung.
Biologische Wirkungen
Berufsbedingte Gefahren für Auge und Haut durch sichtbare und infrarote Strahlung werden durch die Abneigung des Auges gegenüber hellem Licht und das Schmerzempfinden der Haut infolge intensiver Strahlungserwärmung begrenzt. Das Auge ist gut angepasst, um sich selbst gegen eine akute Verletzung durch optische Strahlung (aufgrund von ultravioletter, sichtbarer oder infraroter Strahlungsenergie) durch Umgebungssonnenlicht zu schützen. Es ist durch eine natürliche Abneigung gegen das Betrachten heller Lichtquellen geschützt, die es normalerweise vor Verletzungen schützt, die durch die Einwirkung von Quellen wie Sonne, Bogenlampen und Schweißlichtbögen entstehen, da diese Abneigung die Einwirkungsdauer auf einen Bruchteil (etwa zwei bis drei Minuten) begrenzt. Zehntelsekunde). IRR-reiche Quellen ohne starken visuellen Stimulus können jedoch bei chronischer Exposition für die Augenlinse gefährlich sein. Man kann sich auch dazu zwingen, in die Sonne, einen Lichtbogen oder ein Schneefeld zu starren und dadurch einen vorübergehenden (und manchmal dauerhaften) Sehverlust erleiden. In einer industriellen Umgebung, in der helles Licht tief im Sichtfeld erscheint, sind die Schutzmechanismen des Auges weniger effektiv, und Gefahrenvorkehrungen sind besonders wichtig.
Es gibt mindestens fünf verschiedene Arten von Gefahren für Augen und Haut durch intensives Licht und IRR-Quellen, und Schutzmaßnahmen müssen mit dem Verständnis für jede gewählt werden. Zusätzlich zu den potenziellen Gefahren, die von ultravioletter Strahlung (UVR) einiger intensiver Lichtquellen ausgehen, sollte man die folgenden Gefahren berücksichtigen (Sliney und Wolbarsht 1980; WHO 1982):
Die Bedeutung von Wellenlänge und Belichtungszeit
Thermische Verletzungen (1) und (4) oben sind im Allgemeinen auf sehr kurze Expositionsdauern beschränkt, und Augenschutz ist darauf ausgelegt, diese akuten Verletzungen zu verhindern. Allerdings können bei niedrigen Dosisleistungen, verteilt über den gesamten Arbeitstag, photochemische Schädigungen, wie sie oben unter (2) genannt sind, auftreten. Das Produkt aus Dosisleistung und Expositionsdauer ergibt immer die Dosis (die Dosis bestimmt den Grad der photochemischen Gefährdung). Wie bei jedem photochemischen Verletzungsmechanismus muss man das Aktionsspektrum berücksichtigen, das die relative Wirksamkeit verschiedener Wellenlängen bei der Hervorrufung eines photobiologischen Effekts beschreibt. Zum Beispiel erreicht das Wirkungsspektrum für photochemische Netzhautverletzungen bei etwa 440 nm seinen Höhepunkt (Ham 1989). Die meisten photochemischen Effekte sind auf einen sehr engen Wellenlängenbereich beschränkt; wohingegen ein thermischer Effekt bei jeder Wellenlänge im Spektrum auftreten kann. Daher muss ein Augenschutz für diese spezifischen Wirkungen nur ein relativ schmales Spektralband blockieren, um wirksam zu sein. Normalerweise muss im Augenschutz für eine breitbandige Quelle mehr als ein Spektralband gefiltert werden.
Quellen optischer Strahlung
Sonnenlicht
Die größte berufliche Exposition gegenüber optischer Strahlung ergibt sich aus der Exposition von im Freien Beschäftigten gegenüber Sonnenstrahlen. Das Sonnenspektrum erstreckt sich von der stratosphärischen Ozonschichtgrenze von etwa 290–295 nm im ultravioletten Band bis mindestens 5,000 nm (5 μm) im infraroten Band. Die Sonneneinstrahlung kann bis zu 1 kW/m erreichen2 während der Sommermonate. Je nach Umgebungstemperatur und Luftfeuchtigkeit kann es zu Hitzestress kommen.
Künstliche Quellen
Zu den bedeutendsten künstlichen Quellen der Exposition des Menschen gegenüber optischer Strahlung gehören:
Messung von Quelleigenschaften
Das wichtigste Merkmal jeder optischen Quelle ist ihre spektrale Leistungsverteilung. Diese wird mit einem Spektroradiometer gemessen, das aus einer geeigneten Eingangsoptik, einem Monochromator und einem Photodetektor besteht.
In vielen praktischen Situationen wird ein optisches Breitbandradiometer verwendet, um einen gegebenen Spektralbereich auszuwählen. Sowohl für die sichtbare Beleuchtung als auch für Sicherheitszwecke wird die Spektralempfindlichkeit des Instruments so zugeschnitten, dass sie einer biologischen Spektralempfindlichkeit folgt; Beispielsweise sind Luxmeter auf die photopische (visuelle) Reaktion des Auges ausgerichtet. Abgesehen von UVR-Gefahrenmessgeräten ist die Messung und Gefahrenanalyse von intensiven Lichtquellen und Infrarotquellen normalerweise zu komplex für Routine-Arbeitsschutzspezialisten. Bei der Standardisierung der Sicherheitskategorien von Lampen werden Fortschritte erzielt, so dass keine Messungen durch den Benutzer erforderlich sind, um potenzielle Gefahren zu ermitteln.
Expositionsgrenzwerte für den Menschen
Aus der Kenntnis der optischen Parameter des menschlichen Auges und der Strahldichte einer Lichtquelle lassen sich Bestrahlungsstärken (Dosisleistungen) an der Netzhaut berechnen. Die Bestrahlung der vorderen Strukturen des menschlichen Auges mit Infrarotstrahlung kann ebenfalls von Interesse sein, und es sollte ferner berücksichtigt werden, dass die relative Position der Lichtquelle und der Grad des Lidschlusses die richtige Berechnung einer Augenbelichtung stark beeinflussen können Dosis. Bei Aufnahmen mit ultraviolettem und kurzwelligem Licht ist auch die spektrale Verteilung der Lichtquelle wichtig.
Eine Reihe nationaler und internationaler Gruppen hat Arbeitsplatzgrenzwerte (ELs) für optische Strahlung empfohlen (ACGIH 1992 und 1994; Sliney 1992). Obwohl die meisten dieser Gruppen ELs für UV- und Laserstrahlung empfohlen haben, hat nur eine Gruppe ELs für sichtbare Strahlung (dh Licht) empfohlen, nämlich die ACGIH, eine auf dem Gebiet der Arbeitsmedizin bekannte Agentur. Der ACGIH bezeichnet seine ELs als Schwellenwerte oder TLVs, und da diese jährlich herausgegeben werden, besteht die Möglichkeit einer jährlichen Überarbeitung (ACGIH 1992 und 1995). Sie basieren zum großen Teil auf Daten zu Augenverletzungen aus Tierversuchen und auf Daten von Netzhautverletzungen beim Menschen, die durch Sonneneinstrahlung und Lichtbogenschweißen verursacht wurden. TLVs basieren außerdem auf der zugrunde liegenden Annahme, dass die Exposition gegenüber sichtbarer Strahlungsenergie im Freien normalerweise nicht gefährlich für das Auge ist, außer in sehr ungewöhnlichen Umgebungen wie Schneefeldern und Wüsten oder wenn man die Augen tatsächlich auf die Sonne richtet.
Bewertung der optischen Strahlungssicherheit
Da eine umfassende Gefährdungsbeurteilung komplexe Messungen der spektralen Bestrahlungsstärke und Strahldichte der Quelle und manchmal auch sehr spezialisierte Instrumente und Berechnungen erfordert, wird sie selten vor Ort von Industriehygienikern und Sicherheitsingenieuren durchgeführt. Stattdessen wird die einzusetzende Augenschutzausrüstung durch Sicherheitsvorschriften in gefährlichen Umgebungen vorgeschrieben. Forschungsstudien bewerteten eine breite Palette von Lichtbögen, Lasern und Wärmequellen, um umfassende Empfehlungen für praktische, einfacher anzuwendende Sicherheitsstandards zu entwickeln.
Schutzmaßnahmen
Die berufliche Exposition gegenüber sichtbarer und IR-Strahlung ist selten gefährlich und in der Regel von Vorteil. Einige Quellen geben jedoch eine beträchtliche Menge an sichtbarer Strahlung ab, und in diesem Fall wird die natürliche Abneigungsreaktion hervorgerufen, sodass die Wahrscheinlichkeit einer versehentlichen Überbelichtung der Augen gering ist. Andererseits ist eine unbeabsichtigte Exposition bei künstlichen Quellen, die nur Strahlung im nahen Infrarot emittieren, sehr wahrscheinlich. Zu den Maßnahmen, die ergriffen werden können, um die unnötige Exposition des Personals gegenüber IR-Strahlung zu minimieren, gehören die ordnungsgemäße Konstruktion des verwendeten optischen Systems, das Tragen geeigneter Schutzbrillen oder Gesichtsvisiere, die Beschränkung des Zugangs auf Personen, die direkt mit der Arbeit befasst sind, und die Sicherstellung, dass die Arbeitnehmer sich dessen bewusst sind die potenziellen Gefahren, die mit der Exposition gegenüber intensiven sichtbaren und IR-Strahlungsquellen verbunden sind. Wartungspersonal, das Bogenlampen auswechselt, muss angemessen geschult sein, um eine gefährliche Exposition auszuschließen. Es ist nicht hinnehmbar, dass Arbeiter Hautrötungen oder Photokeratitis erleiden. Wenn diese Bedingungen auftreten, sollten die Arbeitspraktiken überprüft und Maßnahmen ergriffen werden, um sicherzustellen, dass eine übermäßige Exposition in Zukunft unwahrscheinlich wird. Schwangere Operateure sind im Hinblick auf die Unversehrtheit ihrer Schwangerschaft keinem besonderen Risiko durch optische Strahlung ausgesetzt.
Design und Standards für Augenschutz
Die Entwicklung von Schutzbrillen zum Schweißen und für andere Tätigkeiten, die Quellen industrieller optischer Strahlung darstellen (z. B. Gießereiarbeiten, Stahl- und Glasherstellung), begann zu Beginn dieses Jahrhunderts mit der Entwicklung von Crooke-Glas. Später entwickelte Augenschutzstandards folgten dem allgemeinen Prinzip, dass, da Infrarot- und Ultraviolettstrahlung zum Sehen nicht benötigt werden, diese Spektralbänder so gut wie möglich durch derzeit verfügbare Glasmaterialien blockiert werden sollten.
Die empirischen Standards für Augenschutzausrüstungen wurden in den 1970er Jahren getestet und zeigten, dass große Sicherheitsfaktoren für Infrarot- und Ultraviolettstrahlung enthalten waren, als die Transmissionsfaktoren mit aktuellen Arbeitsplatzgrenzwerten verglichen wurden, während die Schutzfaktoren für blaues Licht gerade ausreichend waren. Die Anforderungen einiger Standards wurden daher angepasst.
Schutz vor ultravioletter und infraroter Strahlung
Eine Reihe spezialisierter UV-Lampen werden in der Industrie zur Fluoreszenzdetektion und zur Photohärtung von Tinten, Kunststoffharzen, Dentalpolymeren usw. verwendet. Obwohl UVA-Quellen normalerweise ein geringes Risiko darstellen, können diese Quellen entweder Spuren von gefährlichem UVB enthalten oder ein Blendungsproblem darstellen (durch Fluoreszenz der Augenlinse). UV-Filterlinsen aus Glas oder Kunststoff mit sehr hohen Dämpfungsfaktoren sind weit verbreitet, um vor dem gesamten UV-Spektrum zu schützen. Ein leichter gelblicher Farbton kann erkennbar sein, wenn Schutz bis 400 nm gewährt wird. Bei dieser Art von Brillen (und bei industriellen Sonnenbrillen) ist es von größter Bedeutung, das periphere Sichtfeld zu schützen. Seitenschutz oder umlaufende Konstruktionen sind wichtig, um gegen die Fokussierung temporaler, schräger Strahlen in den nasalen äquatorialen Bereich der Linse zu schützen, wo häufig kortikaler Katarakt seinen Ursprung hat.
Nahezu alle Glas- und Kunststofflinsenmaterialien blockieren ultraviolette Strahlung unter 300 nm und Infrarotstrahlung bei Wellenlängen über 3,000 nm (3 μm), und bei einigen Lasern und optischen Quellen bieten gewöhnliche schlagfeste, durchsichtige Schutzbrillen guten Schutz (z. klare Polycarbonatgläser blockieren effektiv Wellenlängen von mehr als 3 μm). Es müssen jedoch Absorber wie Metalloxide in Glas oder organische Farbstoffe in Kunststoffen hinzugefügt werden, um UV bis etwa 380–400 nm und Infrarot über 780 nm bis 3 μm zu eliminieren. Je nach Material kann dies entweder einfach oder sehr schwierig oder teuer sein, und die Stabilität des Absorbers kann etwas variieren. Filter, die den ANSI Z87.1-Standard des American National Standards Institute erfüllen, müssen in jedem kritischen Spektralband die entsprechenden Dämpfungsfaktoren aufweisen.
Schutz in verschiedenen Branchen
Feuer bekämpfen
Feuerwehrleute können intensiver Nahinfrarotstrahlung ausgesetzt sein, und neben dem äußerst wichtigen Kopf- und Gesichtsschutz werden häufig IRR-Dämpfungsfilter vorgeschrieben. Auch hier ist der Aufprallschutz wichtig.
Brillen für die Gießerei- und Glasindustrie
Brillen und Schutzbrillen, die zum Schutz der Augen vor Infrarotstrahlung bestimmt sind, haben im Allgemeinen eine leicht grünliche Tönung, obwohl die Tönung dunkler sein kann, wenn ein gewisser Komfort gegen sichtbare Strahlung gewünscht wird. Solche Augenschützer sollten nicht mit den blauen Linsen verwechselt werden, die bei Stahl- und Gießereiarbeiten verwendet werden, wo das Ziel darin besteht, die Temperatur der Schmelze visuell zu überprüfen; Diese blaue Brille bietet keinen Schutz und sollte nur kurz getragen werden.
Schweiß-
Filtereigenschaften für Infrarot- und Ultraviolettstrahlung können Glasfiltern leicht durch Zusätze wie Eisenoxid verliehen werden, aber der Grad der streng sichtbaren Abschwächung bestimmt dies Farbnummer, was ein logarithmischer Ausdruck der Dämpfung ist. Normalerweise wird beim Gasschweißen (wozu eine Schutzbrille erforderlich ist) eine Schutzstufe von 3 bis 4 verwendet, beim Lichtbogenschweißen und Plasmalichtbogenschweißen eine Schutzstufe von 10 bis 14 (hier ist ein Helmschutz erforderlich). Als Faustregel gilt, dass, wenn der Schweißer den Lichtbogen bequem zu sehen findet, eine angemessene Dämpfung gegen Gefahren für die Augen bereitgestellt wird. Vorgesetzte, Schweißerhelfer und andere Personen im Arbeitsbereich können Filter mit einer relativ niedrigen Schattierungszahl (z. B. 3 bis 4) zum Schutz vor Photokeratitis („Lichtbogenauge“ oder „Schweißerblitz“) benötigen. In den letzten Jahren ist eine neue Art von Schweißerfilter, der selbstverdunkelnde Filter, auf der Bildfläche erschienen. Unabhängig von der Art des Filters sollte er die Standards ANSI Z87.1 und Z49.1 für feste Schweißfilter erfüllen, die für dunkle Tönung spezifiziert sind (Buhr und Sutter 1989; CIE 1987).
Selbstverdunkelnde Schweißfilter
Der selbstverdunkelnde Schweißfilter, dessen Schattierungszahl mit der Intensität der auf ihn auftreffenden optischen Strahlung zunimmt, stellt einen wichtigen Fortschritt für Schweißer dar, um effizienter und ergonomischer Schweißnähte mit gleichbleibend hoher Qualität herzustellen. Früher musste der Schweißer den Helm oder Filter jedes Mal absenken und anheben, wenn ein Lichtbogen gezündet und gelöscht wurde. Der Schweißer musste kurz vor dem Zünden des Lichtbogens „blind“ arbeiten. Darüber hinaus wird der Helm üblicherweise mit einem scharfen Einrasten des Halses und des Kopfes abgesenkt und angehoben, was zu Nackenverspannungen oder ernsthafteren Verletzungen führen kann. Angesichts dieses unbequemen und umständlichen Verfahrens zünden einige Schweißer den Lichtbogen häufig mit einem herkömmlichen Helm in angehobener Position, was zu Photokeratitis führt. Unter normalen Umgebungslichtbedingungen kann ein Schweißer, der einen Helm mit automatischem Verdunklungsfilter trägt, mit aufgesetztem Augenschutz gut genug sehen, um Aufgaben wie das Ausrichten der zu schweißenden Teile, das präzise Positionieren der Schweißausrüstung und das Zünden des Lichtbogens auszuführen. Bei den typischsten Helmdesigns erkennen Lichtsensoren den Lichtbogen praktisch sofort, wenn er auftritt, und weisen eine elektronische Antriebseinheit an, einen Flüssigkristallfilter von einem hellen Farbton auf einen vorgewählten dunklen Farbton umzuschalten, wodurch die Notwendigkeit für das Umständliche und Gefährliche entfällt Manöver, die mit Fixed-Shade-Filtern geübt werden.
Häufig wird die Frage gestellt, ob sich bei selbstverdunkelnden Filtern versteckte Sicherheitsprobleme ergeben können. Können beispielsweise am Arbeitsplatz erlebte Nachbilder („Blitzblindheit“) zu einer dauerhaften Beeinträchtigung des Sehvermögens führen? Bieten die neuen Filtertypen wirklich einen gleichwertigen oder besseren Schutz als herkömmliche Festfilter? Obwohl man die zweite Frage bejahen kann, muss klar sein, dass nicht alle automatischen Verdunklungsfilter gleichwertig sind. Filterreaktionsgeschwindigkeiten, die Werte der hellen und dunklen Farbtöne, die bei einer bestimmten Beleuchtungsstärke erreicht werden, und das Gewicht jeder Einheit können von einem Gerätemuster zum anderen variieren. Die Temperaturabhängigkeit der Geräteleistung, die Schwankung des Verschattungsgrades bei elektrischer Batteriedegradation, die „Ruhezustandsverschattung“ und andere technische Faktoren variieren je nach Herstellerdesign. Diese Überlegungen werden in neuen Standards berücksichtigt.
Da alle Systeme eine angemessene Filterdämpfung bieten, ist die wichtigste Eigenschaft, die von den Herstellern automatisch verdunkelnder Filter angegeben wird, die Geschwindigkeit der Filterumschaltung. Aktuelle automatische Verdunklungsfilter variieren in der Schaltgeschwindigkeit von einer Zehntelsekunde bis zu schneller als 1/10,000stel Sekunde. Buhr und Sutter (1989) haben ein Mittel angegeben, um die maximale Umschaltzeit anzugeben, aber ihre Formulierung variiert relativ zum zeitlichen Verlauf des Umschaltens. Die Schaltgeschwindigkeit ist entscheidend, da sie den besten Hinweis auf das äußerst wichtige (aber nicht spezifizierte) Maß dafür gibt, wie viel Licht in das Auge eintritt, wenn der Lichtbogen gezündet wird, im Vergleich zu dem Licht, das von einem festen Filter mit derselben Arbeitsschattierungsnummer eingelassen wird . Wenn zu viel Licht bei jedem Wechsel während des Tages in das Auge gelangt, erzeugt die akkumulierte Lichtenergiedosis eine „vorübergehende Anpassung“ und Beschwerden über „Augenbelastung“ und andere Probleme. (Transiente Anpassung ist das visuelle Erlebnis, das durch plötzliche Änderungen der Lichtumgebung verursacht wird und durch Unbehagen, Blendungsgefühl und vorübergehenden Verlust des Detailsehens gekennzeichnet sein kann.) Aktuelle Produkte mit Schaltgeschwindigkeiten in der Größenordnung von zehn Millisekunden bietet einen besseren Schutz vor Photoretinitis. Die kürzeste Schaltzeit – in der Größenordnung von 0.1 ms – hat jedoch den Vorteil, transiente Anpassungseffekte zu reduzieren (Eriksen 1985; Sliney 1992).
Dem Schweißer stehen neben umfangreichen Laborprüfungen einfache Kontrollprüfungen zur Verfügung. Man könnte dem Schweißer vorschlagen, dass er oder sie sich einfach eine Seite mit detailliertem Druck durch eine Reihe von automatisch verdunkelnden Filtern ansieht. Dies gibt einen Hinweis auf die optische Qualität jedes Filters. Als nächstes kann der Schweißer aufgefordert werden, zu versuchen, einen Lichtbogen zu zünden, während er ihn durch jeden Filter beobachtet, der zum Kauf in Betracht gezogen wird. Glücklicherweise kann man sich darauf verlassen, dass ein für Sehzwecke angenehmes Licht nicht gefährlich ist. Die Wirksamkeit der UV- und IR-Filterung sollte im Datenblatt des Herstellers überprüft werden, um sicherzustellen, dass unnötige Banden herausgefiltert werden. Ein paar wiederholte Zündungen des Lichtbogens sollten dem Schweißer ein Gefühl dafür geben, ob durch die vorübergehende Anpassung Unbehagen empfunden wird, obwohl ein eintägiger Versuch am besten wäre.
Die Schattierungszahl eines selbstverdunkelnden Filters im Ruhe- oder Ausfallzustand (ein Ausfallzustand tritt auf, wenn die Batterie ausfällt) sollte einen 100%igen Schutz für die Augen des Schweißers für mindestens eine bis mehrere Sekunden bieten. Einige Hersteller verwenden einen dunklen Zustand als „Aus“-Position und andere verwenden eine Zwischenschattierung zwischen den dunklen und den hellen Schattierungszuständen. In jedem Fall sollte die Durchlässigkeit des Filters im Ruhezustand deutlich niedriger sein als die Durchlässigkeit im hellen Schatten, um eine Netzhautgefährdung auszuschließen. In jedem Fall sollte das Gerät dem Benutzer eine klare und deutliche Anzeige darüber geben, wann der Filter abgeschaltet ist oder wenn ein Systemausfall auftritt. Dadurch wird sichergestellt, dass der Schweißer im Voraus gewarnt wird, falls der Filter nicht eingeschaltet ist oder nicht ordnungsgemäß funktioniert, bevor mit dem Schweißen begonnen wird. Andere Merkmale, wie Akkulaufzeit oder Leistung unter extremen Temperaturbedingungen, können für bestimmte Benutzer von Bedeutung sein.
Schlussfolgerungen
Obwohl die technischen Spezifikationen für Geräte, die das Auge vor optischen Strahlungsquellen schützen, etwas komplex erscheinen können, gibt es Sicherheitsnormen, die Schattierungsnummern spezifizieren, und diese Normen bieten einen konservativen Sicherheitsfaktor für den Träger.
Ein Laser ist ein Gerät, das kohärente elektromagnetische Strahlungsenergie innerhalb des optischen Spektrums vom extremen Ultraviolett bis zum fernen Infrarot (Submillimeter) erzeugt. Der Begriff laser ist eigentlich ein Akronym für Lichtverstärkung durch stimulierte Strahlungsemission. Obwohl das Laserverfahren 1916 von Albert Einstein theoretisch vorhergesagt wurde, wurde der erste erfolgreiche Laser erst 1960 demonstriert. In den letzten Jahren haben Laser ihren Weg aus dem Forschungslabor in die Industrie, Medizin und Büroumgebung sowie auf Baustellen und sogar gefunden Haushalte. Bei vielen Anwendungen, wie Videodisk-Playern und optischen Faserkommunikationssystemen, ist die Strahlungsenergie des Lasers eingeschlossen, der Benutzer ist keinem Gesundheitsrisiko ausgesetzt, und das Vorhandensein eines in das Produkt eingebetteten Lasers ist für den Benutzer möglicherweise nicht offensichtlich. Bei einigen medizinischen, industriellen oder Forschungsanwendungen ist die emittierte Strahlungsenergie des Lasers jedoch zugänglich und kann eine potenzielle Gefahr für Augen und Haut darstellen.
Da der Laserprozess (manchmal als „Lasern“ bezeichnet) einen stark kollimierten Strahl optischer Strahlung (d. h. ultraviolette, sichtbare oder infrarote Strahlungsenergie) erzeugen kann, kann ein Laser aus großer Entfernung eine Gefahr darstellen – ganz anders als die meisten Gefahren, denen man begegnet am Arbeitsplatz. Vielleicht ist es vor allem diese Eigenschaft, die zu besonderen Bedenken von Arbeitnehmern und Arbeitsschutzexperten geführt hat. Dennoch können Laser sicher verwendet werden, wenn geeignete Gefahrenkontrollen angewendet werden. Normen für den sicheren Umgang mit Lasern existieren weltweit, die meisten sind untereinander „harmonisiert“ (ANSI 1993; IEC 1993). Alle Normen verwenden ein Gefahrenklassifizierungssystem, das Laserprodukte entsprechend der Ausgangsleistung oder -energie des Lasers und seiner Fähigkeit, Schäden zu verursachen, in eine von vier breiten Gefahrenklassen einteilt. Entsprechend der Gefahreneinstufung werden dann Sicherheitsmaßnahmen angewandt (Cleuet und Mayer 1980; Duchene, Lakey und Repacholi 1991).
Laser arbeiten mit diskreten Wellenlängen, und obwohl die meisten Laser monochromatisch sind (sie emittieren eine Wellenlänge oder eine einzelne Farbe), ist es nicht ungewöhnlich, dass ein Laser mehrere diskrete Wellenlängen emittiert. Beispielsweise emittiert der Argonlaser mehrere verschiedene Linien innerhalb des nahen Ultraviolett- und sichtbaren Spektrums, ist jedoch im Allgemeinen so ausgelegt, dass er nur eine grüne Linie (Wellenlänge) bei 514.5 nm und/oder eine blaue Linie bei 488 nm emittiert. Bei der Betrachtung potenzieller Gesundheitsgefahren ist es immer entscheidend, die Ausgangswellenlänge(n) festzulegen.
Alle Laser haben drei grundlegende Bausteine:
Die meisten praktischen Lasersysteme außerhalb des Forschungslabors haben auch ein Strahlführungssystem, wie z. B. eine optische Faser oder einen Gelenkarm mit Spiegeln, um den Strahl auf eine Arbeitsstation zu lenken, und Fokussierlinsen, um den Strahl auf ein zu schweißendes Material zu konzentrieren usw In einem Laser werden identische Atome oder Moleküle durch Energie, die von der Pumplampe geliefert wird, in einen angeregten Zustand gebracht. Wenn sich die Atome oder Moleküle in einem angeregten Zustand befinden, kann ein Photon („Partikel“ von Lichtenergie) ein angeregtes Atom oder Molekül dazu anregen, ein zweites Photon mit derselben Energie (Wellenlänge) zu emittieren, das sich in Phase (kohärent) und in derselben bewegt Richtung wie das anregende Photon. Somit hat eine Lichtverstärkung um einen Faktor zwei stattgefunden. Derselbe Vorgang, der in einer Kaskade wiederholt wird, bewirkt, dass ein Lichtstrahl entsteht, der zwischen den Spiegeln des Resonanzhohlraums hin und her reflektiert wird. Da einer der Spiegel teilweise transparent ist, verlässt etwas Lichtenergie den Resonanzhohlraum und bildet den emittierten Laserstrahl. Obwohl in der Praxis die beiden parallelen Spiegel oft gekrümmt sind, um einen stabileren Resonanzzustand zu erzeugen, gilt das Grundprinzip für alle Laser.
Obwohl mehrere tausend verschiedene Laserlinien (dh diskrete Laserwellenlängen, die für verschiedene aktive Medien charakteristisch sind) im Physiklabor demonstriert wurden, wurden nur etwa 20 kommerziell bis zu dem Punkt entwickelt, an dem sie routinemäßig in der Alltagstechnologie angewendet werden. Es wurden Lasersicherheitsrichtlinien und -normen entwickelt und veröffentlicht, die grundsätzlich alle Wellenlängen des optischen Spektrums abdecken, um derzeit bekannte Laserlinien und zukünftige Laser zu berücksichtigen.
Lasergefahrenklassifizierung
Aktuelle Lasersicherheitsnormen auf der ganzen Welt folgen der Praxis, alle Laserprodukte in Gefahrenklassen zu kategorisieren. Im Allgemeinen folgt das Schema einer Gruppierung von vier breiten Gefahrenklassen, 1 bis 4. Laser der Klasse 1 können keine potenziell gefährliche Laserstrahlung abgeben und stellen kein Gesundheitsrisiko dar. Die Klassen 2 bis 4 stellen eine zunehmende Gefahr für Augen und Haut dar. Das Klassifizierungssystem ist sinnvoll, da für jede Laserklasse Sicherheitsmaßnahmen vorgeschrieben sind. Für die höchsten Klassen sind strengere Sicherheitsmaßnahmen erforderlich.
Klasse 1 gilt als „augensichere“, risikofreie Gruppierung. Die meisten vollständig geschlossenen Laser (z. B. Laser-CD-Recorder) gehören zur Klasse 1. Für einen Laser der Klasse 1 sind keine Sicherheitsmaßnahmen erforderlich.
Klasse 2 bezieht sich auf sichtbare Laser, die eine sehr geringe Leistung emittieren, die nicht gefährlich wäre, selbst wenn die gesamte Strahlleistung in das menschliche Auge eindringt und auf die Netzhaut fokussiert würde. Die natürliche Abneigungsreaktion des Auges auf das Betrachten sehr heller Lichtquellen schützt das Auge vor Netzhautverletzungen, wenn die in das Auge eintretende Energie nicht ausreicht, um die Netzhaut innerhalb der Abneigungsreaktion zu schädigen. Die Abneigungsreaktion besteht aus dem Blinzelreflex (ca. 0.16–0.18 Sekunden) und einer Drehung des Auges und einer Bewegung des Kopfes, wenn er solch hellem Licht ausgesetzt wird. Aktuelle Sicherheitsstandards definieren die Aversionsreaktion konservativ als 0.25 Sekunden dauernd. Somit haben Laser der Klasse 2 eine Ausgangsleistung von 1 Milliwatt (mW) oder weniger, was der zulässigen Expositionsgrenze für 0.25 Sekunden entspricht. Beispiele für Laser der Klasse 2 sind Laserpointer und einige Ausrichtungslaser.
Einige Sicherheitsstandards beinhalten auch eine Unterkategorie der Klasse 2, die als „Klasse 2A“ bezeichnet wird. Laser der Klasse 2A sind bis zu 1,000 s (16.7 min) ungefährlich, wenn man hineinblickt. Die meisten Laserscanner, die in Verkaufsstellen (Supermarktkassen) und Inventarscannern verwendet werden, sind Klasse 2A.
Laser der Klasse 3 stellen eine Gefahr für das Auge dar, da die Abneigungsreaktion nicht schnell genug ist, um die Exposition der Netzhaut auf ein vorübergehend sicheres Niveau zu begrenzen, und auch andere Strukturen des Auges (z. B. Hornhaut und Linse) geschädigt werden könnten. Hautgefahren bestehen normalerweise nicht bei zufälliger Exposition. Beispiele für Laser der Klasse 3 sind viele Forschungslaser und militärische Laser-Entfernungsmesser.
Eine spezielle Unterkategorie der Klasse 3 wird als „Klasse 3A“ bezeichnet (wobei die verbleibenden Laser der Klasse 3 als „Klasse 3B“ bezeichnet werden). Laser der Klasse 3A sind solche mit einer Ausgangsleistung zwischen dem Ein- und Fünffachen der Grenzwerte für zugängliche Emissionen (AEL) für die Klasse 1 oder Klasse 2, aber mit einer Ausgangsbestrahlungsstärke, die den relevanten Arbeitsplatzgrenzwert für die niedrigere Klasse nicht überschreitet. Beispiele sind viele Laserausrichtungs- und Vermessungsinstrumente.
Laser der Klasse 4 können eine potenzielle Brandgefahr, eine erhebliche Gefahr für die Haut oder eine Gefahr durch diffuse Reflexion darstellen. Praktisch alle chirurgischen Laser und Materialbearbeitungslaser, die zum Schweißen und Schneiden verwendet werden, sind Klasse 4, wenn sie nicht eingeschlossen sind. Alle Laser mit einer durchschnittlichen Ausgangsleistung von mehr als 0.5 W gehören zur Klasse 4. Wenn eine höhere Leistung der Klasse 3 oder Klasse 4 vollständig umschlossen ist, sodass gefährliche Strahlungsenergie nicht zugänglich ist, könnte das gesamte Lasersystem Klasse 1 sein Gehäuse wird als ein bezeichnet eingebetteter Laser.
Arbeitsplatzgrenzwerte
Die Internationale Kommission zum Schutz vor nichtionisierender Strahlung (ICNIRP 1995) hat Richtlinien für Grenzwerte für die menschliche Exposition gegenüber Laserstrahlung veröffentlicht, die regelmäßig aktualisiert werden. Repräsentative Expositionsgrenzwerte (ELs) sind in Tabelle 1 für mehrere typische Laser aufgeführt. Nahezu alle Laserstrahlen überschreiten die zulässigen Belastungsgrenzen. Daher werden die Expositionsgrenzwerte in der Praxis nicht routinemäßig zur Festlegung von Sicherheitsmaßnahmen verwendet. Stattdessen wird das Laserklassifizierungsschema – das auf den unter realistischen Bedingungen angewendeten ELs basiert – wirklich zu diesem Zweck angewendet.
Tabelle 1. Expositionsgrenzwerte für typische Laser
Art des Lasers |
Hauptwellenlänge(n) |
Belastungsgrenze |
Argonfluorid |
193 nm |
3.0 mJ/cm2 über 8 Std |
Xenonchlorid |
308 nm |
40 mJ/cm2 über 8 Std |
Argonion |
488, 514.5 Nanometer |
3.2 mW/cm2 für 0.1 s |
Kupferdampf |
510, 578 Nanometer |
2.5 mW/cm2 für 0.25 s |
Helium-Neon |
632.8 nm |
1.8 mW/cm2 für 10 s |
Golddampf |
628 nm |
1.0 mW/cm2 für 10 s |
Krypton-Ion |
568, 647 Nanometer |
1.0 mW/cm2 für 10 s |
Neodym-YAG |
1,064 nm |
5.0 μJ/cm2 für 1 ns bis 50 μs |
Kohlendioxid |
10–6 μm |
100 mW/cm2 für 10 s |
Kohlenmonoxid |
≈5 μm |
bis 8 h, begrenzter Bereich |
Alle Standards/Richtlinien haben MPEs bei anderen Wellenlängen und Expositionsdauern.
Hinweis: Zur Umrechnung von MPE in mW/cm2 zu mJ/cm2, multiplizieren mit der Belichtungszeit t in Sekunden. Beispielsweise beträgt der He-Ne- oder Argon-MPE bei 0.1 s 0.32 mJ/cm2.
Quelle: ANSI-Standard Z-136.1 (1993); ACGIH TLVs (1995) und Duchene, Lakey und Repacholi (1991).
Lasersicherheitsnormen
Viele Nationen haben Lasersicherheitsnormen veröffentlicht, und die meisten sind mit der internationalen Norm der International Electrotechnical Commission (IEC) harmonisiert. Für Hersteller gilt die IEC-Norm 825-1 (1993); Es enthält jedoch auch einige eingeschränkte Sicherheitshinweise für Benutzer. Die oben beschriebene Lasergefahrenklassifizierung muss auf allen kommerziellen Laserprodukten angegeben werden. Auf allen Produkten der Klassen 2 bis 4 sollte ein der Klasse entsprechender Warnhinweis angebracht sein.
Sicherheitsmaßnahmen
Das Lasersicherheits-Klassifizierungssystem erleichtert die Bestimmung geeigneter Sicherheitsmaßnahmen erheblich. Lasersicherheitsnormen und Verhaltenskodizes erfordern routinemäßig den Einsatz immer restriktiverer Kontrollmaßnahmen für jede höhere Klassifizierung.
In der Praxis ist es immer wünschenswerter, den Laser und den Strahlengang vollständig einzuschließen, damit keine möglicherweise gefährliche Laserstrahlung zugänglich ist. Mit anderen Worten, wenn am Arbeitsplatz nur Laserprodukte der Klasse 1 eingesetzt werden, ist eine sichere Verwendung gewährleistet. In vielen Situationen ist dies jedoch einfach nicht praktikabel, und eine Schulung der Arbeiter in sicherer Verwendung und Maßnahmen zur Gefahrenabwehr ist erforderlich.
Abgesehen von der offensichtlichen Regel, einen Laser nicht auf die Augen einer Person zu richten, sind für ein Laserprodukt der Klasse 2 keine Kontrollmaßnahmen erforderlich. Für Laser höherer Klassen sind eindeutig Sicherheitsmaßnahmen erforderlich.
Wenn eine vollständige Einhausung eines Lasers der Klasse 3 oder 4 nicht machbar ist, kann die Verwendung von Strahleinhausungen (z. B. Röhren), Leitblechen und optischen Abdeckungen das Risiko einer gefährlichen Augenexposition in den meisten Fällen praktisch eliminieren.
Wenn Einhausungen für Laser der Klassen 3 und 4 nicht machbar sind, sollte ein laserkontrollierter Bereich mit kontrolliertem Zugang eingerichtet werden, und die Verwendung von Laser-Augenschutz ist im Allgemeinen innerhalb der nominellen Gefahrenzone (NHZ) des Laserstrahls vorgeschrieben. Obwohl in den meisten Forschungslabors, in denen kollimierte Laserstrahlen verwendet werden, die NHZ den gesamten kontrollierten Laborbereich umfasst, kann die NHZ für Anwendungen mit fokussiertem Strahl überraschend begrenzt sein und nicht den gesamten Raum umfassen.
Um sich vor Missbrauch und möglichen gefährlichen Handlungen seitens unbefugter Laserbenutzer zu schützen, sollte die Schlüsselkontrolle verwendet werden, die auf allen kommerziell hergestellten Laserprodukten zu finden ist.
Der Schlüssel sollte gesichert werden, wenn der Laser nicht verwendet wird, wenn Personen Zugang zum Laser erhalten können.
Während der Laserausrichtung und der Ersteinrichtung sind besondere Vorsichtsmaßnahmen erforderlich, da die Gefahr schwerer Augenverletzungen dann sehr groß ist. Laserpersonal muss vor der Einrichtung und Ausrichtung des Lasers in sicheren Praktiken geschult werden.
Laserschutzbrillen wurden entwickelt, nachdem Grenzwerte für die Exposition am Arbeitsplatz festgelegt und Spezifikationen erstellt worden waren, um die optischen Dichten (oder ODs, ein logarithmisches Maß des Schwächungsfaktors) bereitzustellen, die als Funktion von Wellenlänge und Expositionsdauer für bestimmte erforderlich wären Laser. Obwohl es in Europa spezielle Normen für den Augenlaserschutz gibt, werden in den Vereinigten Staaten weitere Richtlinien vom American National Standards Institute unter den Bezeichnungen ANSI Z136.1 und ANSI Z136.3 bereitgestellt.
Ausbildung
Bei der Untersuchung von Laserunfällen sowohl im Labor als auch in der Industrie taucht ein gemeinsames Element auf: Mangel an angemessener Ausbildung. Das Lasersicherheitstraining sollte sowohl angemessen als auch ausreichend für die Laseroperationen sein, mit denen jeder Mitarbeiter arbeiten wird. Die Schulung sollte spezifisch für den Lasertyp und die Aufgabe sein, der der Arbeiter zugewiesen ist.
Medizinische Überwachung
Die Anforderungen an die medizinische Überwachung von Laserarbeitern sind von Land zu Land gemäß den örtlichen arbeitsmedizinischen Vorschriften unterschiedlich. Zu einer Zeit, als Laser auf das Forschungslabor beschränkt waren und wenig über ihre biologischen Wirkungen bekannt war, war es ganz typisch, dass jeder Laserarbeiter regelmäßig einer gründlichen allgemeinen ophthalmologischen Untersuchung mit Fundus- (Netzhaut-) Fotografie unterzogen wurde, um den Zustand des Auges zu überwachen . Anfang der 1970er Jahre wurde diese Praxis jedoch in Frage gestellt, da die klinischen Befunde fast immer negativ waren und klar wurde, dass solche Untersuchungen nur akute Verletzungen identifizieren konnten, die subjektiv feststellbar waren. Dies veranlasste die WHO-Arbeitsgruppe zu Lasern, die 1975 in Don Leaghreigh, Irland, zusammentrat, von solchen komplizierten Überwachungsprogrammen abzuraten und das Testen der Sehfunktion zu betonen. Seitdem haben die meisten nationalen arbeitsmedizinischen Gruppen die Anforderungen an die ärztliche Untersuchung kontinuierlich reduziert. Heutzutage sind vollständige augenärztliche Untersuchungen allgemein nur im Falle einer Augenlaserverletzung oder des Verdachts einer Überexposition erforderlich, und ein visuelles Screening vor der Platzierung ist im Allgemeinen erforderlich. In einigen Ländern können zusätzliche Prüfungen erforderlich sein.
Lasermessungen
Im Gegensatz zu einigen Gefahren am Arbeitsplatz besteht im Allgemeinen keine Notwendigkeit, Messungen zur Arbeitsplatzüberwachung gefährlicher Laserstrahlung durchzuführen. Aufgrund der stark begrenzten Strahlabmessungen der meisten Laserstrahlen, der Wahrscheinlichkeit, dass sich die Strahlengänge ändern, und der Schwierigkeit und Kosten von Laserradiometern betonen aktuelle Sicherheitsstandards Kontrollmaßnahmen basierend auf der Gefahrenklasse und nicht auf Messungen am Arbeitsplatz (Überwachung). Messungen müssen vom Hersteller durchgeführt werden, um die Einhaltung der Lasersicherheitsnormen und die richtige Gefahrenklassifizierung sicherzustellen. Tatsächlich bezog sich eine der ursprünglichen Begründungen für die Gefahrenklassifizierung durch Laser auf die große Schwierigkeit, geeignete Messungen zur Gefahrenbewertung durchzuführen.
Schlussfolgerungen
Obwohl der Laser am Arbeitsplatz relativ neu ist, wird er schnell allgegenwärtig, ebenso wie Programme zur Lasersicherheit. Der Schlüssel zum sicheren Umgang mit Lasern liegt zunächst darin, die Laserstrahlungsenergie nach Möglichkeit einzuschließen, aber wenn dies nicht möglich ist, angemessene Kontrollmaßnahmen einzurichten und alle mit Lasern arbeitenden Personen zu schulen.
Hochfrequente (HF) elektromagnetische Energie und Mikrowellenstrahlung werden in einer Vielzahl von Anwendungen in Industrie, Gewerbe, Medizin und Forschung sowie im Haushalt eingesetzt. Im Frequenzbereich von 3 bis 3 x 108 kHz (d. h. 300 GHz) erkennen wir leicht Anwendungen wie Radio- und Fernsehübertragung, Kommunikation (Ferntelefon, Mobiltelefon, Funkkommunikation), Radar, dielektrische Heizgeräte, Induktionsheizgeräte, Schaltnetzteile und Computermonitore.
Hochleistungs-HF-Strahlung ist eine Quelle thermischer Energie, die alle bekannten Auswirkungen des Erhitzens auf biologische Systeme mit sich bringt, einschließlich Verbrennungen, vorübergehender und dauerhafter Veränderungen in der Fortpflanzung, Katarakt und Tod. Für den breiten Bereich von Radiofrequenzen ist die kutane Wahrnehmung von Wärme und thermischen Schmerzen unzuverlässig für die Erkennung, da sich die thermischen Rezeptoren in der Haut befinden und die durch diese Felder verursachte tiefe Erwärmung des Körpers nicht ohne weiteres wahrnehmen. Expositionsgrenzwerte sind erforderlich, um sich vor diesen gesundheitsschädlichen Wirkungen einer Hochfrequenzfeld-Exposition zu schützen.
Exposition durch Beruf
Induktionsheizung
Durch Anlegen eines starken magnetischen Wechselfeldes kann ein leitendes Material induziert erhitzt werden Wirbelströme. Eine solche Erwärmung wird zum Schmieden, Glühen, Hartlöten und Weichlöten verwendet. Betriebsfrequenzen reichen von 50/60 bis zu mehreren Millionen Hz. Da die Abmessungen der Magnetfelder erzeugenden Spulen oft klein sind, ist das Risiko einer hohen Ganzkörperexposition gering; Die Exposition gegenüber den Händen kann jedoch hoch sein.
Dielektrische Heizung
Hochfrequenzenergie von 3 bis 50 MHz (hauptsächlich bei Frequenzen von 13.56, 27.12 und 40.68 MHz) wird in der Industrie für eine Vielzahl von Erwärmungsprozessen verwendet. Zu den Anwendungen gehören das Versiegeln und Prägen von Kunststoffen, die Leimtrocknung, die Stoff- und Textilverarbeitung, die Holzbearbeitung und die Herstellung so unterschiedlicher Produkte wie Planen, Schwimmbäder, Wasserbetteneinlagen, Schuhe, Reisecheckmappen und so weiter.
In der Literatur berichtete Messungen (Hansson Mild 1980; IEEE COMAR 1990a, 1990b, 1991) zeigen, dass in vielen Fällen elektrisch und magnetisch Leckagefelder sind in der Nähe dieser HF-Geräte sehr hoch. Oft sind die Operateure Frauen im gebärfähigen Alter (also 18 bis 40 Jahre). Die Leckagefelder sind in einigen beruflichen Situationen oft großflächig, was zu einer Ganzkörperexposition der Bediener führt. Bei vielen Geräten übersteigen die Belastungswerte durch elektrische und magnetische Felder alle bestehenden HF-Sicherheitsrichtlinien.
Da diese Geräte zu einer sehr hohen Absorption von HF-Energie führen können, ist es von Interesse, die von ihnen ausgehenden Streufelder zu kontrollieren. Daher wird eine regelmäßige HF-Überwachung unerlässlich, um festzustellen, ob ein Expositionsproblem vorliegt.
Kommunikationssysteme
Beschäftigte in den Bereichen Kommunikation und Radar sind in den meisten Situationen nur geringen Feldstärken ausgesetzt. Die Exposition von Arbeitern, die UKW-/Fernsehtürme besteigen müssen, kann jedoch intensiv sein, und Sicherheitsvorkehrungen sind erforderlich. Die Exposition kann auch in der Nähe von Senderschränken, deren Verriegelungen aufgehoben und die Türen offen sind, erheblich sein.
Medizinische Exposition
Eine der frühesten Anwendungen von HF-Energie war die Kurzwellen-Diathermie. Üblicherweise werden dazu ungeschirmte Elektroden verwendet, die möglicherweise zu hohen Streufeldern führen.
Kürzlich wurden HF-Felder in Verbindung mit statischen Magnetfeldern verwendet Magnetresonanztomographie (MRT). Da die verwendete HF-Energie gering ist und das Feld fast vollständig in der Patienteneinhausung enthalten ist, ist die Exposition der Bediener vernachlässigbar.
Biologische Wirkungen
Die spezifische Absorptionsrate (SAR, gemessen in Watt pro Kilogramm) wird häufig als dosimetrische Größe verwendet, und Expositionsgrenzwerte können von SARs abgeleitet werden. Die SAR eines biologischen Körpers hängt von Expositionsparametern wie Frequenz der Strahlung, Intensität, Polarisation, Konfiguration der Strahlungsquelle und des Körpers, Reflexionsflächen und Körpergröße, Form und elektrischen Eigenschaften ab. Darüber hinaus ist die räumliche SAR-Verteilung im Körper sehr ungleichmäßig. Eine ungleichmäßige Energieabscheidung führt zu einer ungleichmäßigen Erhitzung des tiefen Körpers und kann interne Temperaturgradienten erzeugen. Bei Frequenzen über 10 GHz wird die Energie nahe an der Körperoberfläche deponiert. Die maximale SAR tritt bei etwa 70 MHz für das Standardsubjekt auf und bei etwa 30 MHz, wenn die Person in Kontakt mit HF-Erde steht. Bei extremen Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen wird erwartet, dass Ganzkörper-SARs von 1 bis 4 W/kg bei 70 MHz bei gesunden Menschen einen Anstieg der Kerntemperatur von etwa 2 °C in einer Stunde verursachen.
Die HF-Erwärmung ist ein Wechselwirkungsmechanismus, der ausführlich untersucht wurde. Thermische Effekte wurden bei weniger als 1 W/kg beobachtet, aber für diese Effekte wurden im Allgemeinen keine Temperaturschwellenwerte festgelegt. Bei der Beurteilung biologischer Wirkungen ist das Zeit-Temperatur-Profil zu berücksichtigen.
Biologische Wirkungen treten auch dort auf, wo eine HF-Erwärmung weder ein angemessener noch ein möglicher Mechanismus ist. Diese Effekte beinhalten oft modulierte HF-Felder und Millimeterwellenlängen. Es wurden verschiedene Hypothesen vorgeschlagen, die jedoch noch keine nützlichen Informationen für die Ableitung von Expositionsgrenzwerten für den Menschen erbracht haben. Es ist notwendig, die grundlegenden Wechselwirkungsmechanismen zu verstehen, da es nicht praktikabel ist, jedes HF-Feld auf seine charakteristischen biophysikalischen und biologischen Wechselwirkungen hin zu untersuchen.
Human- und Tierstudien weisen darauf hin, dass HF-Felder aufgrund übermäßiger Erwärmung des inneren Gewebes schädliche biologische Wirkungen haben können. Die Wärmesensoren des Körpers befinden sich in der Haut und nehmen eine Erwärmung tief im Körper nicht ohne weiteres wahr. Arbeiter können daher beträchtliche Mengen an HF-Energie absorbieren, ohne sofort das Vorhandensein von Streufeldern wahrzunehmen. Es wurde berichtet, dass Personal, das HF-Feldern von Radargeräten, HF-Heizgeräten und Versiegelungen sowie Radio-TV-Türmen ausgesetzt war, einige Zeit nach der Exposition ein Wärmegefühl verspürt hat.
Es gibt kaum Hinweise darauf, dass HF-Strahlung beim Menschen Krebs auslösen kann. Dennoch deutet eine Studie darauf hin, dass es bei Tieren als Krebspromotor wirken könnte (Szmigielski et al. 1988). Epidemiologische Studien an Personal, das HF-Feldern ausgesetzt war, sind zahlreich und allgemein begrenzt (Silverman 1990; NCRP 1986; WHO 1981). In der ehemaligen Sowjetunion und in osteuropäischen Ländern wurden mehrere Erhebungen unter beruflich exponierten Arbeitern durchgeführt (Roberts und Michaelson 1985). Diese Studien sind jedoch nicht schlüssig in Bezug auf gesundheitliche Auswirkungen.
Untersuchungen am Menschen und epidemiologische Studien über Benutzer von RF-Sealern in Europa (Kolmodin-Hedman et al. 1988; Bini et al. 1986) berichten, dass die folgenden spezifischen Probleme auftreten können:
Mobiltelefone
Die Verwendung von persönlichen Funktelefonen nimmt schnell zu und dies hat zu einer Zunahme der Anzahl von Basisstationen geführt. Diese befinden sich oft in öffentlichen Bereichen. Die Exposition gegenüber der Öffentlichkeit von diesen Stationen ist jedoch gering. Die Systeme arbeiten normalerweise auf Frequenzen nahe 900 MHz oder 1.8 GHz und verwenden entweder analoge oder digitale Technologie. Die Handgeräte sind kleine Funksender mit geringer Leistung, die bei Gebrauch in unmittelbarer Nähe des Kopfes gehalten werden. Ein Teil der von der Antenne abgestrahlten Leistung wird vom Kopf absorbiert. Numerische Berechnungen und Messungen in Phantomköpfen zeigen, dass die SAR-Werte in der Größenordnung von wenigen W/kg liegen können (siehe weitere ICNIRP-Erklärung, 1996). Die Besorgnis der Öffentlichkeit über die Gesundheitsgefährdung durch elektromagnetische Felder hat zugenommen, und mehrere Forschungsprogramme widmen sich dieser Frage (McKinley et al., unveröffentlichter Bericht). Derzeit laufen mehrere epidemiologische Studien in Bezug auf die Nutzung von Mobiltelefonen und Hirntumoren. Bisher wurde nur eine Tierstudie (Repacholi et al. 1997) mit transgenen Mäusen publiziert, die 1 Monate lang 18 h pro Tag einem Signal ausgesetzt wurden, das dem der digitalen Mobilkommunikation ähnelt. Am Ende der Experimente hatten 43 von 101 exponierten Tieren Lymphome, verglichen mit 22 von 100 in der schein-exponierten Gruppe. Der Anstieg war statistisch signifikant (p > 0.001). Diese Ergebnisse können nicht ohne Weiteres mit Relevanz für die menschliche Gesundheit interpretiert werden, und es bedarf weiterer Forschung dazu.
Normen und Richtlinien
Mehrere Organisationen und Regierungen haben Standards und Richtlinien zum Schutz vor übermäßiger Belastung durch HF-Felder herausgegeben. Eine Übersicht über weltweite Sicherheitsstandards wurde von Grandolfo und Hansson Mild (1989) gegeben; die Diskussion bezieht sich hier nur auf die von IRPA (1988) herausgegebenen Richtlinien und den IEEE-Standard C 95.1 1991.
Die vollständige Begründung für HF-Expositionsgrenzwerte ist in IRPA (1988) dargestellt. Zusammenfassend haben die IRPA-Richtlinien einen grundlegenden SAR-Grenzwert von 4 W/kg festgelegt, oberhalb dessen als zunehmende Wahrscheinlichkeit gesundheitliche Beeinträchtigungen infolge der Absorption von HF-Energie angesehen werden. Es wurden keine gesundheitsschädlichen Wirkungen aufgrund akuter Expositionen unterhalb dieses Niveaus beobachtet. Unter Einbeziehung eines Sicherheitsfaktors von zehn zur Berücksichtigung möglicher Folgen einer Langzeitexposition wird 0.4 W/kg als Basisgrenzwert zur Ableitung von Expositionsgrenzwerten für die berufliche Exposition verwendet. Ein weiterer Sicherheitsfaktor von fünf wird eingearbeitet, um Grenzwerte für die Allgemeinheit abzuleiten.
Abgeleitete Expositionsgrenzwerte für die elektrische Feldstärke (E), die magnetische Feldstärke (H) und die Leistungsdichte angegeben in V/m, A/m und W/m2 jeweils, sind in Abbildung 1 dargestellt. Die Quadrate der E und H Felder werden über sechs Minuten gemittelt, und es wird empfohlen, dass die momentane Exposition die zeitlich gemittelten Werte nicht um mehr als den Faktor 100 überschreitet. Außerdem sollte der Körper-Erde-Strom 200 mA nicht überschreiten.
Abbildung 1. IRPA (1988) Expositionsgrenzwerte für elektrische Feldstärke E, magnetische Feldstärke H und Leistungsdichte
Der 95.1 vom IEEE festgelegte Standard C 1991 gibt Grenzwerte für die Exposition am Arbeitsplatz (kontrollierte Umgebung) von 0.4 W/kg für die durchschnittliche SAR über den gesamten Körper einer Person und 8 W/kg für die SAR-Spitze an, die auf ein beliebiges Gramm abgegeben wird des Gewebes für 6 Minuten oder länger. Die entsprechenden Werte für die Exposition der Allgemeinheit (unkontrollierte Umgebung) betragen 0.08 W/kg für die Ganzkörper-SAR und 1.6 W/kg für die Spitzen-SAR. Der Körper-Erde-Strom sollte 100 mA in einer kontrollierten Umgebung und 45 mA in einer unkontrollierten Umgebung nicht überschreiten. (Siehe IEEE 1991 für weitere Einzelheiten.) Die abgeleiteten Grenzwerte sind in Abbildung 2 dargestellt.
Abbildung 2. Expositionsgrenzwerte nach IEEE (1991) für elektrische Feldstärke E, magnetische Feldstärke H und Leistungsdichte
Weitere Informationen zu hochfrequenten Feldern und Mikrowellen finden sich beispielsweise in Elder et al. 1989, Greene 1992 und Polk und Postow 1986.
Extrem niederfrequente (ELF) und sehr niederfrequente (VLF) elektrische und magnetische Felder umfassen den Frequenzbereich oberhalb statischer (> 0 Hz) Felder bis 30 kHz. Für diese Arbeit ist ELF im Frequenzbereich > 0 bis 300 Hz und VLF im Bereich > 300 Hz bis 30 kHz definiert. Im Frequenzbereich > 0 bis 30 kHz variieren die Wellenlängen von ∞ (unendlich) bis 10 km, sodass elektrische und magnetische Felder im Wesentlichen unabhängig voneinander wirken und getrennt behandelt werden müssen. Die elektrische Feldstärke (E) wird in Volt pro Meter (V/m) gemessen, die magnetische Feldstärke (H) wird in Ampere pro Meter (A/m) gemessen und die magnetische Flussdichte (B) in Tesla (T).
Beträchtliche Debatten über mögliche nachteilige Auswirkungen auf die Gesundheit wurden von Arbeitern geäußert, die Geräte verwenden, die in diesem Frequenzbereich arbeiten. Die weitaus häufigste Frequenz ist 50/60 Hz, die für die Erzeugung, Verteilung und Nutzung elektrischer Energie verwendet wird. Bedenken, dass die Exposition bei 50/60 Hz-Magnetfeldern mit einer erhöhten Krebsinzidenz verbunden sein könnte, wurden durch Medienberichte, die Verbreitung von Fehlinformationen und die anhaltende wissenschaftliche Debatte geschürt (Repacholi 1990; NRC 1996).
Der Zweck dieses Artikels ist es, einen Überblick über die folgenden Themenbereiche zu geben:
Es werden zusammenfassende Beschreibungen bereitgestellt, um die Arbeiter über die Arten und Stärken von Feldern aus Hauptquellen von ELF und VLF, biologische Wirkungen, mögliche gesundheitliche Folgen und aktuelle Expositionsgrenzwerte zu informieren. Außerdem wird ein Überblick über Sicherheitsvorkehrungen und Schutzmaßnahmen gegeben. Während viele Arbeitnehmer visuelle Anzeigeeinheiten (VDUs) verwenden, werden in diesem Artikel nur kurze Details gegeben, da sie an anderer Stelle in ausführlicher behandelt werden Enzyklopädie.
Vieles von dem hier enthaltenen Material kann ausführlicher in einer Reihe neuerer Übersichten gefunden werden (WHO 1984, 1987, 1989, 1993; IRPA 1990; ILO 1993; NRPB 1992, 1993; IEEE 1991; Greene 1992; NRC 1996).
Quellen beruflicher Exposition
Die Höhe der beruflichen Exposition ist sehr unterschiedlich und hängt stark von der jeweiligen Anwendung ab. Tabelle 1 gibt einen Überblick über typische Anwendungen von Frequenzen im Bereich > 0 bis 30 kHz.
Tabelle 1. Anwendungen von Geräten, die im Bereich > 0 bis 30 kHz arbeiten
Frequenz |
Wellenlänge (km) |
Typische Anwendungen |
16.67, 50, 60 Hertz |
18,000-5,000 |
Stromerzeugung, -übertragung und -nutzung, elektrolytische Prozesse, Induktionserwärmung, Lichtbogen- und Pfannenöfen, Schweißen, Transport usw., jede industrielle, kommerzielle, medizinische oder Forschungsnutzung elektrischer Energie |
0.3–3 kHz |
1,000-100 |
Broadcast-Modulation, medizinische Anwendungen, Elektroöfen, Induktionserwärmung, Härten, Löten, Schmelzen, Veredeln |
3–30 kHz |
100-10 |
Sehr weitreichende Kommunikation, Funknavigation, Rundfunkmodulation, medizinische Anwendungen, Induktionserwärmung, Härten, Löten, Schmelzen, Raffinieren, Bildschirme |
Stromerzeugung und -verteilung
Die hauptsächlichen künstlichen Quellen elektrischer und magnetischer 50/60-Hz-Felder sind solche, die an der Stromerzeugung und -verteilung beteiligt sind, sowie alle Geräte, die elektrischen Strom verwenden. Die meisten dieser Geräte arbeiten mit Netzfrequenzen von 50 Hz in den meisten Ländern und 60 Hz in Nordamerika. Einige elektrische Zugsysteme arbeiten mit 16.67 Hz.
Hochspannungsleitungen (HV) und Umspannwerke sind mit den stärksten elektrischen Feldern verbunden, denen Arbeiter routinemäßig ausgesetzt sein können. Leiterhöhe, geometrische Konfiguration, seitlicher Abstand von der Leitung und die Spannung der Übertragungsleitung sind bei weitem die wichtigsten Faktoren bei der Betrachtung der maximalen elektrischen Feldstärke in Bodennähe. Bei seitlichen Abständen von etwa der doppelten Linienhöhe nimmt die elektrische Feldstärke mit der Entfernung etwa linear ab (Zaffanella und Deno 1978). Innerhalb von Gebäuden in der Nähe von Hochspannungsleitungen sind die elektrischen Feldstärken typischerweise etwa um den Faktor 100,000 niedriger als das ungestörte Feld, abhängig von der Konfiguration des Gebäudes und den Baumaterialien.
Magnetfeldstärken von Freileitungen sind in der Regel relativ gering im Vergleich zu industriellen Anwendungen mit hohen Strömen. Mitarbeiter von Energieversorgungsunternehmen, die in Umspannwerken oder bei der Wartung von Hochspannungsleitungen arbeiten, bilden eine besondere Gruppe, die größeren Feldern (in einigen Fällen von 5 mT und höher) ausgesetzt sind. In Abwesenheit von ferromagnetischen Materialien bilden die magnetischen Feldlinien konzentrische Kreise um den Leiter. Die maximale magnetische Flussdichte wird neben der Geometrie des Stromleiters nur durch die Stromstärke bestimmt. Das Magnetfeld unter Hochspannungsleitungen ist hauptsächlich quer zur Leitungsachse gerichtet. Die maximale Flussdichte in Bodennähe kann je nach Phasenbeziehung zwischen den Leitern unter der Mittellinie oder unter den Außenleitern liegen. Die maximale magnetische Flussdichte in Bodennähe für ein typisches 500-kV-Freileitungssystem mit Doppelkreis beträgt ungefähr 35 μT pro Kiloampere übertragenem Strom (Bernhardt und Matthes 1992). Typische Werte für die magnetische Flussdichte bis 0.05 mT treten an Arbeitsplätzen in der Nähe von Freileitungen, in Umspannwerken und in Kraftwerken mit Frequenzen von 16 2/3, 50 oder 60 Hz auf (Krause 1986).
Industrieller Prozess
Berufliche Exposition gegenüber Magnetfeldern entsteht hauptsächlich durch Arbeiten in der Nähe von Industrieanlagen mit hohen Strömen. Zu diesen Geräten gehören solche, die beim Schweißen, bei der Elektroschlacke-Raffination, beim Erhitzen (Öfen, Induktionserhitzer) und beim Rühren verwendet werden.
In Kanada (Stuchly und Lecuyer 1985), in Polen (Aniolczyk 1981), in Australien (Repacholi, unveröffentlichte Daten) und in Schweden (Lövsund, Oberg und Nilsson 1982) durchgeführte Erhebungen über in der Industrie verwendete Induktionsheizgeräte zeigen magnetische Flussdichten bei Bedienerstandorte im Bereich von 0.7 μT bis 6 mT, abhängig von der verwendeten Frequenz und der Entfernung von der Maschine. Lövsund, Oberg und Nilsson (1982) stellten in ihrer Studie über Magnetfelder von industriellen Elektrostahl- und Schweißgeräten fest, dass Punktschweißmaschinen (50 Hz, 15 bis 106 kA) und Pfannenöfen (50 Hz, 13 bis 15 kA) erzeugten Felder bis zu 10 mT bei Entfernungen bis zu 1 m. In Australien wurde festgestellt, dass eine Induktionsheizanlage, die im Bereich von 50 Hz bis 10 kHz arbeitet, an Positionen, an denen Bediener stehen können, maximale Felder von bis zu 2.5 mT (50-Hz-Induktionsöfen) liefert. Zusätzlich betrugen die maximalen Felder um Induktionsheizungen, die bei anderen Frequenzen betrieben wurden, 130 μT bei 1.8 kHz, 25 μT bei 2.8 kHz und über 130 μT bei 9.8 kHz.
Da die Abmessungen der Spulen, die die Magnetfelder erzeugen, oft klein sind, kommt es selten zu einer hohen Ganzkörperbelastung, sondern eher zu einer lokalen Belastung vor allem der Hände. Die magnetische Flussdichte an den Händen des Bedieners kann 25 mT erreichen (Lövsund und Mild 1978; Stuchly und Lecuyer 1985). In den meisten Fällen beträgt die Flussdichte weniger als 1 mT. Die elektrische Feldstärke in der Nähe der Induktionsheizung ist normalerweise gering.
Arbeiter in der elektrochemischen Industrie können aufgrund von Elektroöfen oder anderen Geräten, die hohe Ströme verwenden, hohen elektrischen und magnetischen Feldstärken ausgesetzt sein. Beispielsweise können in der Nähe von Induktionsöfen und industriellen Elektrolysezellen magnetische Flussdichten von bis zu 50 mT gemessen werden.
Visuelle Anzeigeeinheiten
Die Verwendung von visuellen Anzeigeeinheiten (VDUs) oder Videoanzeigeterminals (VDTs), wie sie auch genannt werden, nimmt mit immer größerer Geschwindigkeit zu. VDT-Betreiber haben Bedenken hinsichtlich möglicher Auswirkungen von Emissionen schwacher Strahlung geäußert. Magnetfelder (Frequenz 15 bis 125 kHz) von bis zu 0.69 A/m (0.9 μT) wurden unter Worst-Case-Bedingungen nahe der Bildschirmoberfläche gemessen (Bureau of Radiological Health 1981). Dieses Ergebnis wurde durch viele Untersuchungen bestätigt (Roy et al. 1984; Repacholi 1985 IRPA 1988). Umfassende Überprüfungen von Messungen und Erhebungen von Bildschirmarbeitsplätzen durch nationale Behörden und einzelne Experten kamen zu dem Schluss, dass es keine Strahlungsemissionen von Bildschirmarbeitsplätzen gibt, die irgendwelche Folgen für die Gesundheit haben würden (Repacholi 1985; IRPA 1988; ILO 1993a). Routinemäßige Strahlungsmessungen sind nicht erforderlich, da die Emissionswerte selbst unter Worst-Case- oder Ausfallbedingungen deutlich unter den Grenzwerten internationaler oder nationaler Standards liegen (IRPA 1988).
Eine umfassende Übersicht über Emissionen, eine Zusammenfassung der einschlägigen wissenschaftlichen Literatur, Normen und Richtlinien wurde in dem Dokument (ILO 1993a) bereitgestellt.
Medizinische Anwendungen
Patienten mit Knochenbrüchen, die nicht gut heilen oder sich nicht verbinden, wurden mit gepulsten Magnetfeldern behandelt (Bassett, Mitchell und Gaston 1982; Mitbreit und Manyachin 1984). Es werden auch Studien zur Verwendung gepulster Magnetfelder zur Verbesserung der Wundheilung und Geweberegeneration durchgeführt.
Zur Stimulierung des Knochenwachstums werden verschiedene Geräte verwendet, die Magnetfeldimpulse erzeugen. Ein typisches Beispiel ist das Gerät, das eine durchschnittliche magnetische Flussdichte von etwa 0.3 mT, eine Spitzenstärke von etwa 2.5 mT erzeugt und im Knochen elektrische Spitzenfeldstärken im Bereich von 0.075 bis 0.175 V/m induziert (Bassett, Pawluk and Pille 1974). In der Nähe der Oberfläche des exponierten Gliedes erzeugt das Gerät eine magnetische Spitzenflussdichte in der Größenordnung von 1.0 mT, was Spitzenionenstromdichten von etwa 10 bis 100 mA/m verursacht2 (1 bis 10 μA/cm2) im Gewebe.
Messung
Vor Beginn der Messung von ELF- oder VLF-Feldern ist es wichtig, möglichst viele Informationen über die Eigenschaften der Quelle und die Expositionssituation zu erhalten. Diese Informationen werden für die Abschätzung der zu erwartenden Feldstärken und die Auswahl der am besten geeigneten Messinstrumente benötigt (Tell 1983).
Angaben zur Quelle sollten enthalten:
Angaben zur Expositionssituation müssen enthalten:
Ergebnisse von Befragungen im beruflichen Umfeld sind in Tabelle 2 zusammengefasst.
Tabelle 2. Berufliche Expositionsquellen gegenüber Magnetfeldern
Quelle |
Magnetischer Fluss |
Entfernung (m) |
VDTs |
Bis zu 2.8 x 10-4 |
0.3 |
HV-Leitungen |
max. 0.4 |
unterstreichen |
Kraftwerke |
max. 0.27 |
1 |
Lichtbögen (0–50 Hz) |
0.1-5.8 |
0-0.8 |
Induktionsheizungen (50–10 kHz) |
0.9-65 |
0.1-1 |
50 Hz Pfannenofen |
0.2-8 |
0.5-1 |
50 Hz Lichtbogenofen |
max. 1 |
2 |
10 Hz Induktionsrührer |
0.2-0.3 |
2 |
50 Hz Elektroschlackeschweißen |
0.5-1.7 |
0.2-0.9 |
Therapeutische Geräte |
1-16 |
1 |
Quelle: Allen 1991; Bernhardt 1988; Krause 1986; Lövsund, Oberg und Nilsson 1982; Repacholi, unveröffentlichte Daten; Stuchly 1986; Stuchly und Lecuyer 1985, 1989.
Anzeigen / Instrumente
Ein Instrument zur Messung elektrischer oder magnetischer Felder besteht aus drei grundlegenden Teilen: der Sonde, den Leitungen und dem Monitor. Um angemessene Messungen zu gewährleisten, sind die folgenden Geräteeigenschaften erforderlich oder wünschenswert:
Umfragen
Normalerweise werden Erhebungen durchgeführt, um festzustellen, ob die am Arbeitsplatz vorhandenen Felder unterhalb der durch nationale Normen festgelegten Grenzwerte liegen. Daher muss die Person, die die Messungen durchführt, mit diesen Standards vollständig vertraut sein.
Alle besetzten und zugänglichen Orte sollten vermessen werden. Der Bediener der zu testenden Ausrüstung und der Besichtiger sollten so weit wie möglich vom Testbereich entfernt sein. Alle normalerweise vorhandenen Gegenstände, die Energie reflektieren oder absorbieren können, müssen in Position sein. Der Vermessungsingenieur sollte Vorkehrungen gegen Hochfrequenz (HF)-Verbrennungen und -Stöße treffen, insbesondere in der Nähe von Hochleistungs-Niederfrequenzsystemen.
Wechselwirkungsmechanismen und biologische Wirkungen
Interaktionsmechanismen
Die einzigen etablierten Mechanismen, durch die ELF- und VLF-Felder mit biologischen Systemen interagieren, sind:
Die ersten beiden oben aufgeführten Interaktionen sind Beispiele für eine direkte Kopplung zwischen Personen und ELF- oder VLF-Feldern. Die letzten vier Wechselwirkungen sind Beispiele für indirekte Kopplungsmechanismen, da sie nur auftreten können, wenn sich der exponierte Organismus in der Nähe anderer Körper befindet. Diese Körper können andere Menschen oder Tiere und Objekte wie Autos, Zäune oder implantierte Geräte umfassen.
Während andere Wechselwirkungsmechanismen zwischen biologischen Geweben und ELF- oder VLF-Feldern postuliert wurden oder es einige Beweise gibt, die ihre Existenz stützen (WHO 1993; NRPB 1993; NRC 1996), hat sich keiner als verantwortlich für irgendwelche nachteiligen Auswirkungen auf die Gesundheit erwiesen.
Auswirkungen auf die Gesundheit
Die Beweise deuten darauf hin, dass die meisten nachgewiesenen Wirkungen der Exposition bei elektrischen und magnetischen Feldern im Frequenzbereich > 0 bis 30 kHz auf akute Reaktionen auf Oberflächenladung und induzierte Stromdichte zurückzuführen sind. Menschen können die Auswirkungen der oszillierenden Oberflächenladung wahrnehmen, die durch elektrische ELF-Felder (aber nicht durch magnetische Felder) auf ihren Körper induziert werden; diese Effekte werden störend, wenn sie ausreichend intensiv sind. Eine Zusammenfassung der Auswirkungen von Strömen durch den menschlichen Körper (Schwellenwerte für Wahrnehmung, Loslassen oder Tetanus) sind in Tabelle 3 angegeben.
Tabelle 3. Auswirkungen von Strömen, die durch den menschlichen Körper fließen
Bewirken |
Betreff |
Schwellenstrom in mA |
||||
50 und 60 Hz |
300 Hz |
1000 Hz |
10 kHz |
30 kHz |
||
Wahrnehmung |
Herren Damen weltweit |
1.1 0.7 0.55 |
1.3 0.9 0.65 |
2.2 1.5 1.1 |
15 10 9 |
50 35 30 |
Schwellenschock loslassen |
Herren Damen weltweit |
9 6 4.5 |
11.7 7.8 5.9 |
16.2 10.8 8.1 |
55 37 27 |
126 84 63 |
thorakale Tetanisierung; |
Herren Damen weltweit |
23 15 12 |
30 20 15 |
41 27 20.5 |
94 63 47 |
320 214 160 |
Quelle: Bernhardt 1988a.
Menschliche Nerven- und Muskelzellen wurden durch die durch Magnetfelder von mehreren mT und 1 bis 1.5 kHz induzierten Ströme stimuliert; Es wird angenommen, dass die Schwellenstromdichten über 1 A/m liegen2. Flimmernde visuelle Empfindungen können im menschlichen Auge durch die Exposition gegenüber Magnetfeldern von nur etwa 5 bis 10 mT (bei 20 Hz) oder direkt an den Kopf angelegten elektrischen Strömen induziert werden. Die Berücksichtigung dieser Reaktionen und der Ergebnisse neurophysiologischer Studien legt nahe, dass subtile Funktionen des Zentralnervensystems, wie z. B. logisches Denken oder Gedächtnis, durch Stromdichten über 10 mA/m beeinträchtigt werden können2 (NRPB 1993). Schwellwerte bleiben wahrscheinlich bis etwa 1 kHz konstant, steigen danach aber mit zunehmender Frequenz an.
. in vitro Studien (WHO 1993; NRPB 1993) haben über metabolische Veränderungen, wie Veränderungen der Enzymaktivität und des Proteinstoffwechsels und verringerte Zytotoxizität von Lymphozyten, in verschiedenen Zelllinien berichtet, die elektrischen ELF- und VLF-Feldern und direkt an die Zellkultur angelegten Strömen ausgesetzt waren. Die meisten Wirkungen wurden bei Stromdichten zwischen etwa 10 und 1,000 mA/m berichtet2, obwohl diese Antworten weniger klar definiert sind (Sienkiewicz, Saunder und Kowalczuk 1991). Es ist jedoch erwähnenswert, dass die durch die elektrische Aktivität von Nerven und Muskeln erzeugten endogenen Stromdichten typischerweise bis zu 1 mA/m betragen2 und kann bis zu 10 mA/m erreichen2 im Herzen. Diese Stromdichten wirken sich nicht nachteilig auf Nerven, Muskeln und andere Gewebe aus. Solche biologischen Effekte werden vermieden, indem die induzierte Stromdichte auf weniger als 10 mA/m begrenzt wird2 bei Frequenzen bis etwa 1 kHz.
Einige mögliche Bereiche biologischer Wechselwirkungen, die viele gesundheitliche Auswirkungen haben und über die unser Wissen begrenzt ist, umfassen: mögliche Änderungen des nächtlichen Melatoninspiegels in der Zirbeldrüse und Änderungen des circadianen Rhythmus, die bei Tieren durch die Exposition gegenüber elektrischen oder magnetischen ELF-Feldern induziert werden, und mögliche Auswirkungen von ELF-Magnetfeldern auf die Prozesse der Entwicklung und Karzinogenese. Darüber hinaus gibt es einige Hinweise auf biologische Reaktionen auf sehr schwache elektrische und magnetische Felder: Dazu gehören die veränderte Mobilität von Calciumionen im Gehirngewebe, Veränderungen in neuronalen Feuermustern und ein verändertes Operandenverhalten. Es wurde sowohl über Amplituden- als auch Frequenzfenster berichtet, die die herkömmliche Annahme in Frage stellen, dass das Ausmaß einer Reaktion mit zunehmender Dosis zunimmt. Diese Wirkungen sind nicht gut belegt und bieten keine Grundlage für die Festlegung von Beschränkungen für die Exposition des Menschen, obwohl weitere Untersuchungen gerechtfertigt sind (Sienkievicz, Saunder und Kowalczuk 1991; WHO 1993; NRC 1996).
Tabelle 4 gibt die ungefähren Bereiche der induzierten Stromdichten für verschiedene biologische Wirkungen beim Menschen an.
Tabelle 4. Ungefähre Stromdichtebereiche für verschiedene biologische Wirkungen
Bewirken |
Stromdichte (mA/m2) |
Direkte Nerven- und Muskelstimulation |
1,000-10,000 |
Modulation der Aktivität des Zentralnervensystems |
100-1,000 |
Veränderungen der Netzhautfunktion |
|
Endogene Stromdichte |
1-10 |
Quelle: Sienkiewicz et al. 1991.
Berufsbedingte Expositionsstandards
Nahezu alle Normen mit Grenzwerten im Bereich > 0–30 kHz haben als Begründung die Notwendigkeit, induzierte elektrische Felder und Ströme auf einem sicheren Niveau zu halten. Üblicherweise sind die induzierten Stromdichten auf weniger als 10 mA/m begrenzt2. Tabelle 5 gibt eine Zusammenfassung einiger aktueller Arbeitsplatzgrenzwerte.
Tabelle 5. Berufliche Expositionsgrenzwerte bei elektrischen und magnetischen Feldern im Frequenzbereich > 0 bis 30 kHz (beachten Sie, dass f in Hz angegeben ist)
Land/Referenz |
Frequenzbereich |
Elektrisches Feld (V/m) |
Magnetfeld (A/m) |
International (IRPA 1990) |
50 / 60 Hz |
10,000 |
398 |
USA (IEEE 1991) |
3–30 kHz |
614 |
163 |
USA (ACGIH 1993) |
1–100 Hz 100–4,000 Hz 4–30 kHz |
25,000 2.5 x 106/f 625 |
60 /f 60 /f 60 /f |
Deutschland (1996) |
50 / 60 Hz |
10,000 |
1,600 |
Großbritannien (NRPB 1993) |
1–24 Hz 24–600 Hz 600–1,000 Hz 1–30 kHz |
25,000 6 x 105/f 1,000 1,000 |
64,000 /f 64,000 /f 64,000 /f 64 |
Schutzmaßnahmen
Berufsbedingte Expositionen, die in der Nähe von Hochspannungsleitungen auftreten, hängen vom Standort des Arbeiters ab, entweder am Boden oder am Leiter während Arbeiten unter Spannung unter Hochspannung. Bei Arbeiten unter Spannung darf Schutzkleidung getragen werden, um die elektrische Feldstärke und Stromdichte im Körper auf ähnliche Werte wie bei Arbeiten am Boden zu reduzieren. Schutzkleidung schwächt den Einfluss des Magnetfeldes nicht ab.
Die Verantwortlichkeiten für den Schutz von Arbeitnehmern und der allgemeinen Öffentlichkeit vor den potenziell nachteiligen Auswirkungen der Exposition gegenüber elektrischen und magnetischen ELF- oder VLF-Feldern sollten klar zugewiesen werden. Den zuständigen Behörden wird empfohlen, die folgenden Schritte in Erwägung zu ziehen:
Sowohl unsere natürliche als auch unsere künstliche Umgebung erzeugen elektrische und magnetische Kräfte unterschiedlicher Größenordnung – im Freien, in Büros, Haushalten und an Industriearbeitsplätzen. Dies wirft zwei wichtige Fragen auf: (1) Haben diese Expositionen irgendwelche nachteiligen Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit, und (2) welche Grenzwerte können festgelegt werden, um „sichere“ Grenzwerte für solche Expositionen festzulegen?
Diese Diskussion konzentriert sich auf statische elektrische und magnetische Felder. Es werden Studien an Arbeitern in verschiedenen Industriezweigen und auch an Tieren beschrieben, die keine eindeutigen nachteiligen biologischen Wirkungen bei den üblicherweise auftretenden Expositionsniveaus bei elektrischen und magnetischen Feldern zeigen konnten. Dennoch wird versucht, die Bemühungen einer Reihe internationaler Organisationen zu erörtern, Richtlinien zum Schutz von Arbeitnehmern und anderen Personen vor möglichen gefährlichen Expositionen aufzustellen.
Definition der Begriffe
Wenn eine Spannung oder ein elektrischer Strom an ein Objekt wie einen elektrischen Leiter angelegt wird, wird der Leiter aufgeladen und Kräfte beginnen, auf andere Ladungen in der Nähe zu wirken. Zwei Arten von Kräften können unterschieden werden: Kräfte, die von stationären elektrischen Ladungen herrühren, bekannt als die Elektrostatische Kraft, und solche, die nur erscheinen, wenn sich Ladungen bewegen (wie bei einem elektrischen Strom in einem Leiter), bekannt als die Magnetkraft. Um die Existenz und räumliche Verteilung dieser Kräfte zu beschreiben, haben Physiker und Mathematiker das Konzept von geschaffen Feld. Man spricht also von einem Kraftfeld oder einfach von elektrischen und magnetischen Feldern.
Die statisch beschreibt eine Situation, in der alle Ladungen im Raum fixiert sind oder sich als stetiger Fluss bewegen. Dadurch sind sowohl Ladungen als auch Stromdichten zeitlich konstant. Bei festen Ladungen haben wir ein elektrisches Feld, dessen Stärke an jedem Punkt im Raum vom Wert und der Geometrie aller Ladungen abhängt. Bei einem stationären Strom in einem Stromkreis haben wir sowohl ein zeitlich konstantes elektrisches als auch ein magnetisches Feld (statische Felder), da sich die Ladungsdichte an keinem Punkt des Stromkreises ändert.
Elektrizität und Magnetismus sind unterschiedliche Phänomene, solange Ladungen und Ströme statisch sind; jede Verbindung zwischen elektrischen und magnetischen Feldern verschwindet in dieser statischen Situation und kann daher getrennt behandelt werden (anders als bei zeitlich veränderlichen Feldern). Statische elektrische und magnetische Felder sind eindeutig durch konstante, zeitunabhängige Stärken gekennzeichnet und entsprechen der Nullfrequenzgrenze des extrem niedrigen Frequenzbands (ELF).
Statische elektrische Felder
Natürliche und berufliche Exposition
Statische elektrische Felder werden durch elektrisch geladene Körper erzeugt, bei denen eine elektrische Ladung auf der Oberfläche eines Objekts innerhalb eines statischen elektrischen Felds induziert wird. Infolgedessen kann das elektrische Feld an der Oberfläche eines Objekts, insbesondere dort, wo der Radius klein ist, wie z. B. an einem Punkt, größer sein als das ungestörte elektrische Feld (dh das Feld ohne Vorhandensein des Objekts). Das Feld innerhalb des Objekts kann sehr klein oder null sein. Elektrische Felder werden von elektrisch geladenen Objekten als Kraft empfunden; beispielsweise wird eine Kraft auf das Körperhaar ausgeübt, die von der Person wahrgenommen werden kann.
Im Durchschnitt ist die Oberflächenladung der Erde negativ, während die obere Atmosphäre eine positive Ladung trägt. Das resultierende statische elektrische Feld nahe der Erdoberfläche hat eine Stärke von etwa 130 V/m. Dieses Feld nimmt mit der Höhe ab und sein Wert beträgt etwa 100 V/m bei 100 m Höhe, 45 V/m bei 1 km und weniger als 1 V/m bei 20 km. Die tatsächlichen Werte variieren stark, abhängig vom lokalen Temperatur- und Feuchtigkeitsprofil und dem Vorhandensein von ionisierten Verunreinigungen. Unter Gewitterwolken zum Beispiel und selbst wenn sich Gewitterwolken nähern, treten in Bodennähe große Feldschwankungen auf, weil normalerweise der untere Teil einer Wolke negativ geladen ist, während der obere Teil eine positive Ladung enthält. Außerdem gibt es eine Raumladung zwischen Wolke und Erde. Wenn sich die Wolke nähert, kann das Feld in Bodennähe zunächst ansteigen und sich dann umkehren, wobei der Boden positiv geladen wird. Dabei können auch ohne lokale Blitze Felder von 100 V/m bis 3 kV/m beobachtet werden; Feldumkehrungen können sehr schnell stattfinden, innerhalb von 1 Minute, und hohe Feldstärken können für die Dauer des Sturms bestehen bleiben. Gewöhnliche Wolken sowie Gewitterwolken enthalten elektrische Ladungen und beeinflussen daher das elektrische Feld in Bodennähe stark. Auch bei Nebel, Regen und natürlich vorkommenden kleinen und großen Ionen ist mit großen Abweichungen vom Schönwetterfeld bis zu 200 % zu rechnen. Auch bei ganz schönem Wetter ist mit elektrischen Feldänderungen im Tageszyklus zu rechnen: ziemlich regelmäßige Änderungen der lokalen Ionisation, Temperatur oder Luftfeuchtigkeit und daraus resultierende Änderungen der atmosphärischen elektrischen Leitfähigkeit in Bodennähe sowie mechanische Ladungsübertragung durch lokale Luftbewegungen, sind wahrscheinlich für diese tageszeitlichen Schwankungen verantwortlich.
Typische Niveaus künstlicher elektrostatischer Felder liegen im Bereich von 1 bis 20 kV/m in Büros und Haushalten; Diese Felder werden häufig in der Nähe von Hochspannungsgeräten wie Fernsehgeräten und Videoanzeigegeräten (VDUs) oder durch Reibung erzeugt. Gleichstrom-Übertragungsleitungen (DC) erzeugen sowohl statische elektrische als auch magnetische Felder und sind ein wirtschaftliches Mittel zur Energieverteilung bei großen Entfernungen.
Statische elektrische Felder werden häufig in Branchen wie Chemie, Textil, Luftfahrt, Papier und Gummi sowie im Transportwesen eingesetzt.
Biologische Effekte
Experimentelle Studien liefern nur wenige biologische Beweise für negative Auswirkungen statischer elektrischer Felder auf die menschliche Gesundheit. Die wenigen Tierversuche, die durchgeführt wurden, scheinen auch keine Daten ergeben zu haben, die nachteilige Wirkungen auf die Genetik, das Tumorwachstum oder auf das endokrine oder kardiovaskuläre System belegen. (Tabelle 1 fasst diese Tierversuche zusammen.)
Tabelle 1. Studien an Tieren, die statischen elektrischen Feldern ausgesetzt waren
Biologische Endpunkte |
Gemeldete Auswirkungen |
Belichtungsbedingungen |
Hämatologie und Immunologie |
Veränderungen in den Albumin- und Globulinfraktionen von Serumproteinen bei Ratten. Keine signifikanten Unterschiede in der Anzahl der Blutkörperchen, Blutproteine oder Blut |
Kontinuierliche Exposition gegenüber Feldern zwischen 2.8 und 19.7 kV/m Exposition gegenüber 340 kV/m für 22 h/Tag für insgesamt 5,000 h |
Nervensystem |
Induktion signifikanter Veränderungen, die in den EEGs von Ratten beobachtet wurden. Allerdings kein eindeutiger Hinweis auf eine konsequente Reaktion Keine signifikanten Änderungen in den Konzentrationen und Nutzungsraten von |
Belastung durch elektrische Feldstärken bis zu 10 kV/m Exposition bei einem 3 kV/m-Feld für bis zu 66 h |
Verhalten |
Neuere, gut durchgeführte Studien, die darauf hindeuten, dass es keine Auswirkungen auf Nagetiere gibt Erzeugung eines dosisabhängigen Vermeidungsverhaltens bei männlichen Ratten ohne Einfluss von Luftionen |
Exposition gegenüber Feldstärken bis zu 12 kV/m Exposition gegenüber elektrischen HVD-Feldern im Bereich von 55 bis 80 kV/m |
Fortpflanzung und Entwicklung |
Keine signifikanten Unterschiede in der Gesamtzahl der Nachkommen noch in der |
Exposition gegenüber 340 kV/m für 22 h/Tag vor, während und nach |
Nein in vitro Es wurden Studien durchgeführt, um die Wirkung der Exposition von Zellen gegenüber statischen elektrischen Feldern zu bewerten.
Theoretische Berechnungen deuten darauf hin, dass ein statisches elektrisches Feld eine Ladung auf der Oberfläche exponierter Personen induziert, die wahrgenommen werden kann, wenn sie auf ein geerdetes Objekt entladen wird. Bei einer ausreichend hohen Spannung wird die Luft ionisiert und kann einen elektrischen Strom beispielsweise zwischen einem geladenen Objekt und einer geerdeten Person leiten. Das Die Spannung unterbrechen hängt von einer Reihe von Faktoren ab, einschließlich der Form des geladenen Objekts und der atmosphärischen Bedingungen. Typische Werte entsprechender elektrischer Feldstärken liegen zwischen 500 und 1,200 kV/m.
Berichte aus einigen Ländern weisen darauf hin, dass bei einer Reihe von Bildschirmbedienern Hauterkrankungen aufgetreten sind, deren genaue Beziehung zur Bildschirmarbeit jedoch unklar ist. Statische elektrische Felder an Bildschirmarbeitsplätzen wurden als mögliche Ursache dieser Hauterkrankungen vorgeschlagen, und es ist möglich, dass die elektrostatische Aufladung des Bedieners ein relevanter Faktor sein kann. Jegliche Beziehung zwischen elektrostatischen Feldern und Hauterkrankungen muss jedoch auf der Grundlage verfügbarer Forschungsergebnisse immer noch als hypothetisch betrachtet werden.
Messungen, Prävention, Expositionsstandards
Messungen der statischen elektrischen Feldstärke können auf Messungen von Spannungen oder elektrischen Ladungen reduziert werden. Mehrere elektrostatische Voltmeter sind im Handel erhältlich, die genaue Messungen von elektrostatischen oder anderen hochohmigen Quellen ohne physischen Kontakt ermöglichen. Einige verwenden einen elektrostatischen Chopper für geringe Drift und negative Rückkopplung für Genauigkeit und Unempfindlichkeit zwischen Sonde und Oberfläche. In einigen Fällen „blickt“ die elektrostatische Elektrode durch ein kleines Loch an der Basis der Sondenbaugruppe auf die zu messende Oberfläche. Das an dieser Elektrode induzierte zerhackte Wechselstromsignal ist proportional zur Differenzspannung zwischen der zu messenden Oberfläche und der Sondenanordnung. Gradientenadapter werden auch als Zubehör für elektrostatische Voltmeter verwendet und ermöglichen deren Verwendung als elektrostatische Feldstärkemessgeräte; direktes Ablesen in Volt pro Meter Abstand zwischen der zu prüfenden Oberfläche und der geerdeten Platte des Adapters ist möglich.
Es gibt keine aussagekräftigen Daten, die als Richtlinie dienen könnten, um grundlegende Grenzwerte für die Exposition von Menschen gegenüber statischen elektrischen Feldern festzulegen. Aus der Mindestdurchschlagsspannung für Luft könnte prinzipiell ein Expositionsgrenzwert abgeleitet werden; Die Feldstärke, die eine Person in einem statischen elektrischen Feld erfährt, variiert jedoch je nach Körperausrichtung und -form, und dies muss bei dem Versuch, einen angemessenen Grenzwert zu erreichen, berücksichtigt werden.
Schwellenwerte (TLVs) wurden von der American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH 1995) empfohlen. Diese TLVs beziehen sich auf die maximale ungeschützte statische elektrische Feldstärke am Arbeitsplatz, die Bedingungen darstellt, denen fast alle Arbeitnehmer wiederholt ohne nachteilige Auswirkungen auf die Gesundheit ausgesetzt sein können. Laut ACGIH sollten berufliche Expositionen eine statische elektrische Feldstärke von 25 kV/m nicht überschreiten. Dieser Wert sollte als Richtwert für die Kontrolle der Exposition verwendet werden und sollte aufgrund der individuellen Empfindlichkeit nicht als klare Grenze zwischen sicheren und gefährlichen Werten angesehen werden. (Dieser Grenzwert bezieht sich auf die Feldstärke in der Luft, entfernt von den Oberflächen von Leitern, wo Funkenentladungen und Kontaktströme erhebliche Gefahren darstellen können, und ist sowohl für Teilkörper- als auch für Ganzkörperexpositionen vorgesehen.) Vorsicht ist geboten ungeerdete Gegenstände zu beseitigen, solche Gegenstände zu erden oder isolierte Handschuhe zu tragen, wenn ungeerdete Gegenstände gehandhabt werden müssen. Vorsicht gebietet die Verwendung von Schutzvorrichtungen (z. B. Anzüge, Handschuhe und Isolierung) in allen Bereichen, die 15 kV/m überschreiten.
Laut ACGIH reichen die vorliegenden Informationen über menschliche Reaktionen und mögliche gesundheitliche Auswirkungen statischer elektrischer Felder nicht aus, um einen zuverlässigen TLV für zeitgewichtete durchschnittliche Expositionen festzulegen. Mangels spezifischer Informationen des Herstellers zu elektromagnetischen Störungen wird empfohlen, die Exposition von Trägern von Herzschrittmachern und anderen medizinischen elektronischen Geräten bei oder unter 1 kV/m zu halten.
In Deutschland sollen nach einer DIN-Norm berufliche Expositionen eine statische elektrische Feldstärke von 40 kV/m nicht überschreiten. Für kurze Expositionen (bis zu zwei Stunden pro Tag) ist eine höhere Grenze von 60 kV/m zulässig.
1993 gab das National Radiological Protection Board (NRPB 1993) Ratschläge zu angemessenen Beschränkungen der Exposition von Menschen gegenüber elektromagnetischen Feldern und Strahlung. Dies umfasst sowohl statische elektrische als auch magnetische Felder. Im NRPB-Dokument werden Untersuchungsstufen zum Zweck des Vergleichs von Werten gemessener Feldgrößen bereitgestellt, um festzustellen, ob die Einhaltung der Basisbeschränkungen erreicht wurde oder nicht. Übersteigt das Feld, dem eine Person ausgesetzt ist, die jeweilige Ermittlungsstufe, ist die Einhaltung der Basisgrenzwerte zu prüfen. Faktoren, die bei einer solchen Bewertung berücksichtigt werden könnten, umfassen beispielsweise die Effizienz der Kopplung der Person an das Feld, die räumliche Verteilung des Felds über das von der Person eingenommene Volumen und die Expositionsdauer.
Laut NRPB ist es nicht möglich, grundlegende Beschränkungen zur Vermeidung direkter Wirkungen der Exposition von Menschen gegenüber statischen elektrischen Feldern zu empfehlen; Es wird eine Anleitung gegeben, um lästige Auswirkungen der direkten Wahrnehmung der elektrischen Oberflächenladung und indirekte Auswirkungen wie einen elektrischen Schlag zu vermeiden. Für die meisten Menschen tritt die lästige Wahrnehmung einer elektrischen Oberflächenladung, die direkt auf den Körper einwirkt, nicht auf, wenn sie statischen elektrischen Feldstärken von weniger als etwa 25 kV/m ausgesetzt sind, d. h. der gleichen Feldstärke, die von ACGIH empfohlen wird. Um zu vermeiden, dass Funkenentladungen (indirekte Effekte) Stress verursachen, empfiehlt NRPB, dass DC-Kontaktströme auf weniger als 2 mA begrenzt werden. Ein Stromschlag durch Quellen mit niedriger Impedanz kann verhindert werden, indem die für solche Geräte relevanten etablierten elektrischen Sicherheitsverfahren befolgt werden.
Statische Magnetfelder
Natürliche und berufliche Exposition
Der Körper ist relativ durchlässig für statische Magnetfelder; solche Felder interagieren direkt mit magnetisch anisotropen Materialien (die Eigenschaften mit unterschiedlichen Werten zeigen, wenn sie entlang von Achsen in verschiedenen Richtungen gemessen werden) und sich bewegenden Ladungen.
Das natürliche Magnetfeld ist die Summe aus einem internen Feld, das von der Erde als Permanentmagnet herrührt, und einem externen Feld, das in der Umgebung durch Faktoren wie Sonnenaktivität oder Atmosphäre erzeugt wird. Das innere Magnetfeld der Erde entsteht durch den elektrischen Strom, der in der oberen Schicht des Erdkerns fließt. Es gibt erhebliche lokale Unterschiede in der Stärke dieses Feldes, dessen durchschnittliche Größe von etwa 28 A/m am Äquator (entsprechend einer magnetischen Flussdichte von etwa 35 mT in einem nichtmagnetischen Material wie Luft) bis etwa 56 A variiert /m über den geomagnetischen Polen (entspricht etwa 70 mT in Luft).
Künstliche Felder sind um viele Größenordnungen stärker als solche natürlichen Ursprungs. Zu den künstlichen Quellen statischer Magnetfelder gehören alle Geräte, die Drähte enthalten, die Gleichstrom führen, einschließlich vieler Geräte und Anlagen in der Industrie.
In Gleichstrom-Hochspannungsleitungen werden statische Magnetfelder durch bewegte Ladungen (einen elektrischen Strom) in einer Zweidrahtleitung erzeugt. Bei einer Freileitung beträgt die magnetische Flussdichte in Bodennähe etwa 20 mT bei einer 500-kV-Leitung. Bei einer unterirdischen Übertragungsleitung, die in 1.4 m Tiefe vergraben ist und einen maximalen Strom von etwa 1 kA führt, beträgt die maximale magnetische Flussdichte weniger als 10 mT in Bodennähe.
Wichtige Technologien, die die Verwendung großer statischer Magnetfelder beinhalten, sind in Tabelle 2 zusammen mit ihren entsprechenden Expositionsniveaus aufgeführt.
Tabelle 2. Wichtige Technologien, bei denen große statische Magnetfelder verwendet werden, und entsprechende Expositionsniveaus
Verfahren |
Expositionsstufen |
Energietechnologien |
|
Kernfusionsreaktoren |
Randfelder bis 50 mT in für Personal zugänglichen Bereichen. |
Magnetohydrodynamische Systeme |
ca. 10 mT bei ca. 50 m; 100 mT nur bei Entfernungen über 250 m |
Energiespeichersysteme mit supraleitenden Magneten |
Randfelder bis zu 50 mT an für Bediener zugänglichen Stellen |
Supraleitende Generatoren und Übertragungsleitungen |
Randfelder werden auf weniger als 100 mT projiziert |
Forschungseinrichtungen |
|
Blasenkammern |
Beim Filmkassettenwechsel beträgt das Feld in Fußhöhe etwa 0.4–0.5 T und in Kopfhöhe etwa 50 mT |
Supraleitende Spektrometer |
Etwa 1 T an bedienerzugänglichen Stellen |
Teilchenbeschleuniger |
Das Personal ist aufgrund des Ausschlusses aus der Hochstrahlungszone selten exponiert. Ausnahmen treten nur während der Wartung auf |
Einheiten zur Isotopentrennung |
Kurzzeitige Exposition gegenüber Feldern bis zu 50 mT |
Branche |
|
Aluminiumproduktion |
Pegel bis zu 100 mT an für Bediener zugänglichen Stellen |
Elektrolytische Prozesse |
Mittlere und maximale Feldstärken von etwa 10 bzw. 50 mT |
Herstellung von Magneten |
2–5 mT durch die Hände des Arbeiters; im Bereich von 300 bis 500 mT auf Brust- und Kopfhöhe |
Medizin |
|
Kernspintomographie und Spektroskopie |
Ein nicht abgeschirmter 1-T-Magnet erzeugt etwa 0.5 mT bei 10 m, und ein nicht abgeschirmter 2-T-Magnet erzeugt die gleiche Exposition bei etwa 13 m |
Biologische Effekte
Beweise aus Experimenten mit Labortieren zeigen, dass es keine signifikanten Auswirkungen auf die vielen Entwicklungs-, Verhaltens- und physiologischen Faktoren gibt, die bei statischen magnetischen Flussdichten von bis zu 2 T bewertet wurden. Auch haben Studien an Mäusen keine Schädigung des Fötus durch die Exposition bei Magnetfeldern gezeigt bis 1 T.
Theoretisch könnten magnetische Effekte den Blutfluss in einem starken Magnetfeld verzögern und einen Anstieg des Blutdrucks bewirken. Bei 5 T war eine Durchflussreduzierung von höchstens einigen Prozent zu erwarten, bei Untersuchungen wurde jedoch keine bei menschlichen Probanden bei 1.5 T beobachtet.
Einige Studien an Arbeitern, die an der Herstellung von Permanentmagneten beteiligt sind, haben über verschiedene subjektive Symptome und funktionelle Störungen berichtet: Reizbarkeit, Müdigkeit, Kopfschmerzen, Appetitlosigkeit, Bradykardie (langsamer Herzschlag), Tachykardie (schneller Herzschlag), niedriger Blutdruck, verändertes EEG , Juckreiz, Brennen und Taubheit. Das Fehlen einer statistischen Analyse oder Bewertung der Auswirkungen physikalischer oder chemischer Gefahren in der Arbeitsumgebung verringert jedoch die Aussagekraft dieser Berichte erheblich und erschwert ihre Bewertung. Obwohl die Studien nicht schlüssig sind, deuten sie doch darauf hin, dass, wenn tatsächlich Langzeitwirkungen auftreten, diese sehr subtil sind; Es wurden keine kumulativen Bruttoeffekte gemeldet.
Es wurde berichtet, dass Personen, die einer magnetischen Flussdichte von 4 T ausgesetzt waren, sensorische Effekte im Zusammenhang mit Bewegung im Feld erfahren, wie z. B. Schwindel, Übelkeitsgefühl, metallischer Geschmack und magnetische Empfindungen bei Augen- oder Kopfbewegungen. Zwei epidemiologische Erhebungen zu allgemeinen Gesundheitsdaten bei Arbeitern, die chronisch statischen Magnetfeldern ausgesetzt waren, ergaben jedoch keine signifikanten gesundheitlichen Auswirkungen. Gesundheitsdaten von 320 Arbeitern wurden in Werken erhoben, die große Elektrolysezellen für chemische Trennverfahren verwenden, wo der durchschnittliche statische Feldpegel in der Arbeitsumgebung 7.6 mT und das maximale Feld 14.6 mT betrug. Bei der exponierten Gruppe wurden im Vergleich zu den 186 Kontrollen geringfügige Veränderungen in der Anzahl der weißen Blutkörperchen festgestellt, die jedoch noch im Normbereich lagen. Keine der beobachteten vorübergehenden Änderungen des Blutdrucks oder anderer Blutwerte wurde als Hinweis auf eine signifikante nachteilige Wirkung im Zusammenhang mit der Magnetfeld-Exposition angesehen. In einer weiteren Studie wurde die Krankheitsprävalenz bei 792 Arbeitern untersucht, die beruflich statischen Magnetfeldern ausgesetzt waren. Die Kontrollgruppe bestand aus 792 nicht exponierten Arbeitern, die nach Alter, Rasse und sozioökonomischem Status zusammenpassten. Der Bereich der Magnetfeld-Expositionen variierte von 0.5 mT für lange Zeiträume bis 2 T für Zeiträume von mehreren Stunden. In der exponierten Gruppe wurde im Vergleich zu den Kontrollen keine statistisch signifikante Veränderung der Prävalenz von 19 Krankheitskategorien beobachtet. Es wurde kein Unterschied in der Prävalenz der Krankheit zwischen einer Untergruppe von 198, die Expositionen von 0.3 T oder mehr über einen Zeitraum von einer Stunde oder länger ausgesetzt waren, im Vergleich zum Rest der exponierten Population oder den entsprechenden Kontrollen gefunden.
Ein Bericht über Arbeiter in der Aluminiumindustrie wies auf eine erhöhte Leukämie-Sterblichkeitsrate hin. Obwohl diese epidemiologische Studie ein erhöhtes Krebsrisiko für Personen berichtete, die direkt an der Aluminiumproduktion beteiligt sind, wo Arbeiter großen statischen Magnetfeldern ausgesetzt sind, gibt es derzeit keine eindeutigen Beweise dafür, welche krebserregenden Faktoren im Arbeitsumfeld dafür verantwortlich sind. Der zur Aluminiumreduktion verwendete Prozess erzeugt Kohlenteer, flüchtige Pechstoffe, Fluoriddämpfe, Schwefeloxide und Kohlendioxid, und einige davon könnten eher Kandidaten für krebserregende Wirkungen sein als eine Magnetfeld-Exposition.
In einer Studie an französischen Aluminiumarbeitern wurde festgestellt, dass sich die Krebssterblichkeit und die Sterblichkeit aus allen Ursachen nicht signifikant von den Beobachtungen für die allgemeine männliche Bevölkerung Frankreichs unterscheiden (Mur et al. 1987).
Ein weiterer negativer Befund, der Magnetfeld-Expositionen mit möglichen Krebsfolgen in Verbindung bringt, stammt aus einer Studie mit einer Gruppe von Arbeitern in einer Chloralkali-Anlage, wo die 100-kA-Gleichströme, die für die elektrolytische Chlorproduktion verwendet wurden, zu statischen magnetischen Flussdichten an den Standorten der Arbeiter führten von 4 bis 29 mT. Die beobachtete gegenüber der erwarteten Krebsinzidenz bei diesen Arbeitern über einen Zeitraum von 25 Jahren zeigte keine signifikanten Unterschiede.
Messungen, Prävention und Expositionsstandards
In den letzten dreißig Jahren hat die Messung von Magnetfeldern eine beträchtliche Entwicklung erfahren. Fortschritte in der Technik haben es ermöglicht, neue Messmethoden zu entwickeln und alte zu verbessern.
Die beiden beliebtesten Arten von Magnetfeldsonden sind eine abgeschirmte Spule und eine Hall-Sonde. Die meisten handelsüblichen Magnetfeldmessgeräte verwenden einen davon. Kürzlich wurden andere Halbleitervorrichtungen, nämlich bipolare Transistoren und FET-Transistoren, als Magnetfeldsensoren vorgeschlagen. Sie bieten einige Vorteile gegenüber Hall-Sonden, wie z. B. eine höhere Empfindlichkeit, eine größere räumliche Auflösung und einen breiteren Frequenzgang.
Das Prinzip der Kernspinresonanz (NMR)-Messtechnik besteht darin, die Resonanzfrequenz des Prüflings im zu messenden Magnetfeld zu bestimmen. Es ist eine absolute Messung, die mit sehr großer Genauigkeit durchgeführt werden kann. Der Messbereich dieser Methode liegt bei etwa 10 mT bis 10 T, ohne eindeutige Grenzen. Bei Feldmessungen mit dem Protonen-Magnetresonanzverfahren wird eine Genauigkeit von 10-4 ist mit einfachen Geräten und einer Genauigkeit von 10 leicht zu erhalten-6 mit umfangreichen Vorkehrungen und raffinierter Ausrüstung zu erreichen. Der inhärente Mangel des NMR-Verfahrens ist seine Beschränkung auf ein Feld mit einem geringen Gradienten und das Fehlen von Informationen über die Feldrichtung.
Kürzlich wurden auch mehrere Personendosimeter entwickelt, die zur Überwachung von Expositionen gegenüber statischen Magnetfeldern geeignet sind.
Schutzmaßnahmen für die industrielle und wissenschaftliche Nutzung von Magnetfeldern können kategorisiert werden als konstruktive Maßnahmen, die Einhaltung des Trennungsabstands und behördliche Kontrollen. Eine andere allgemeine Kategorie von Gefahrenabwehrmaßnahmen, die persönliche Schutzausrüstung (z. B. spezielle Kleidung und Gesichtsmasken) umfassen, gibt es für Magnetfelder nicht. Schutzmaßnahmen gegen potenzielle Gefahren durch magnetische Interferenzen mit Notfall- oder medizinischen elektronischen Geräten und für chirurgische und zahnärztliche Implantate sind jedoch ein besonderes Anliegen. Die mechanischen Kräfte, die auf ferromagnetische (Eisen-)Implantate und lose Gegenstände in Hochfeldanlagen ausgeübt werden, erfordern, dass Vorkehrungen getroffen werden, um Gesundheits- und Sicherheitsrisiken zu vermeiden.
Techniken zur Minimierung einer unangemessenen Exposition gegenüber hochintensiven Magnetfeldern in der Nähe von großen Forschungs- und Industrieanlagen lassen sich im Allgemeinen in vier Arten einteilen:
Die Verwendung von Warnschildern und speziellen Zugangsbereichen zur Begrenzung der Exposition von Personal in der Nähe von großen Magnetanlagen war für die Kontrolle der Exposition von größtem Nutzen. Administrative Kontrollen wie diese sind im Allgemeinen einer magnetischen Abschirmung vorzuziehen, die extrem teuer sein kann. Lose ferromagnetische und paramagnetische (alle magnetisierenden Substanzen) Objekte können in gefährliche Geschosse umgewandelt werden, wenn sie starken Magnetfeldgradienten ausgesetzt werden. Diese Gefahr kann nur vermieden werden, indem lose metallische Gegenstände aus dem Bereich und vom Personal entfernt werden. Gegenstände wie Scheren, Nagelfeilen, Schraubendreher und Skalpelle sollten aus der unmittelbaren Umgebung verbannt werden.
Die frühesten Richtlinien für statische Magnetfelder wurden als inoffizielle Empfehlung in der ehemaligen Sowjetunion entwickelt. Grundlage dieser Norm waren klinische Untersuchungen, die darauf hindeuteten, dass die statische Magnetfeldstärke am Arbeitsplatz 8 kA/m (10 mT) nicht überschreiten sollte.
Die American Conference of Governmental Industrial Hygienists hat TLVs statischer magnetischer Flussdichten herausgegeben, denen die meisten Arbeiter Tag für Tag ohne nachteilige Auswirkungen auf die Gesundheit ausgesetzt sein könnten. Wie bei elektrischen Feldern sollten diese Werte als Richtwerte für die Kontrolle der Exposition gegenüber statischen Magnetfeldern verwendet werden, sie sollten jedoch nicht als scharfe Grenze zwischen sicheren und gefährlichen Werten angesehen werden. Laut ACGIH sollten routinemäßige berufliche Expositionen 60 mT im Durchschnitt über den ganzen Körper oder 600 mT an den Extremitäten auf täglicher, zeitgewichteter Basis nicht überschreiten. Als Obergrenze wird eine Flussdichte von 2 T empfohlen. Durch die mechanischen Kräfte, die das Magnetfeld auf ferromagnetische Werkzeuge und medizinische Implantate ausübt, können Sicherheitsrisiken bestehen.
1994 hat die Internationale Kommission zum Schutz vor nichtionisierender Strahlung (ICNIRP 1994) Richtlinien zu Grenzwerten für die Exposition gegenüber statischen Magnetfeldern fertiggestellt und veröffentlicht. In diesen Leitlinien wird zwischen Expositionsgrenzwerten für Arbeitnehmer und der allgemeinen Öffentlichkeit unterschieden. Die von der ICNIRP empfohlenen Grenzwerte für berufliche und allgemeine öffentliche Exposition gegenüber statischen Magnetfeldern sind in Tabelle 3 zusammengefasst. Wenn magnetische Flussdichten 3 mT überschreiten, sollten Vorkehrungen getroffen werden, um Gefahren durch herumfliegende metallische Objekte zu vermeiden. Analoguhren, Kreditkarten, Magnetbänder und Computerdisketten können durch die Exposition gegenüber 1 mT beeinträchtigt werden, dies wird jedoch nicht als Sicherheitsbedenken für Menschen angesehen.
Tabelle 3. Von der International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection (ICNIRP) empfohlene Expositionsgrenzwerte bei statischen Magnetfeldern
Belichtungseigenschaften |
Magnetflußdichte |
Beruflich |
|
Ganzer Arbeitstag (zeitlich gewichteter Durchschnitt) |
200 mT |
Höchstwert |
2 T |
Gliedmaßen |
5 T |
Allgemeine Öffentlichkeit |
|
Kontinuierliche Exposition |
40 mT |
Der gelegentliche Zugang der Öffentlichkeit zu speziellen Einrichtungen, in denen magnetische Flussdichten 40 mT überschreiten, kann unter angemessen kontrollierten Bedingungen gestattet werden, vorausgesetzt, dass der entsprechende Arbeitsplatzgrenzwert nicht überschritten wird.
ICNIRP-Expositionsgrenzwerte wurden für ein homogenes Feld festgelegt. Bei inhomogenen Feldern (Schwankungen innerhalb des Feldes) muss die mittlere magnetische Flussdichte auf einer Fläche von 100 cm gemessen werden2.
Laut einem kürzlich erschienenen NRPB-Dokument wird die Beschränkung der akuten Exposition gegenüber weniger als 2 T akute Reaktionen wie Schwindel oder Übelkeit und nachteilige gesundheitliche Auswirkungen aufgrund von Herzrhythmusstörungen (unregelmäßiger Herzschlag) oder beeinträchtigter geistiger Funktion vermeiden. Trotz des relativen Mangels an Beweisen aus Studien an exponierten Bevölkerungsgruppen hinsichtlich möglicher Langzeitwirkungen hoher Felder hält es der Ausschuss für ratsam, die langfristige, zeitgewichtete Exposition über 24 Stunden auf weniger als 200 mT (ein Zehntel des Ausgangswerts) zu beschränken davon, um akute Reaktionen zu verhindern). Diese Werte sind den von ICNIRP empfohlenen sehr ähnlich; ACGIH-TLVs sind etwas niedriger.
Personen mit Herzschrittmachern und anderen elektrisch aktivierten implantierten Geräten oder mit ferromagnetischen Implantaten sind durch die hier angegebenen Grenzwerte möglicherweise nicht ausreichend geschützt. Es ist unwahrscheinlich, dass die meisten Herzschrittmacher durch eine Exposition bei Feldern unter 0.5 mT beeinträchtigt werden. Personen mit einigen ferromagnetischen Implantaten oder elektrisch aktivierten Geräten (außer Herzschrittmachern) können von Feldern über einigen mT betroffen sein.
Es gibt weitere Richtlinien, die Grenzwerte für die berufliche Exposition empfehlen: Drei davon werden in Hochenergiephysiklabors (Stanford Linear Accelerator Center und Lawrence Livermore National Laboratory in Kalifornien, CERN-Beschleunigerlabor in Genf) durchgesetzt, und eine vorläufige Richtlinie des US-Ministeriums Energie (DOE).
In Deutschland sollen nach einer DIN-Norm berufliche Expositionen eine statische Magnetfeldstärke von 60 kA/m (ca. 75 mT) nicht überschreiten. Wenn nur die Extremitäten exponiert sind, liegt diese Grenze bei 600 kA/m; Für kurze Ganzkörperexpositionen (bis 150 min pro Stunde) sind Feldstärkengrenzen bis 5 kA/m zulässig.
Vibration ist oszillierende Bewegung. Dieses Kapitel fasst die menschlichen Reaktionen auf Ganzkörpervibrationen, von der Hand übertragene Vibrationen und die Ursachen der Reisekrankheit zusammen.
Ganzkörpervibration tritt auf, wenn der Körper auf einer vibrierenden Oberfläche abgestützt wird (z. B. beim Sitzen auf einem vibrierenden Sitz, beim Stehen auf einem vibrierenden Boden oder beim Liegen auf einer vibrierenden Oberfläche). Ganzkörpervibrationen treten bei allen Transportmitteln und beim Arbeiten in der Nähe einiger Industriemaschinen auf.
Handübertragene Vibration ist die Schwingung, die durch die Hände in den Körper eindringt. Sie wird durch verschiedene Prozesse in Industrie, Landwirtschaft, Bergbau und Bauwesen verursacht, bei denen vibrierende Werkzeuge oder Werkstücke mit den Händen oder Fingern gegriffen oder geschoben werden. Die Exposition gegenüber von Hand übertragenen Vibrationen kann zur Entwicklung verschiedener Erkrankungen führen.
Bewegungskrankheit kann durch niederfrequente Schwingungen des Körpers, einige Rotationsarten des Körpers und Bewegung von Displays relativ zum Körper verursacht werden.
Größe
Oszillationsbewegungen eines Objekts beinhalten abwechselnd eine Geschwindigkeit in einer Richtung und dann eine Geschwindigkeit in der entgegengesetzten Richtung. Diese Geschwindigkeitsänderung bedeutet, dass das Objekt ständig beschleunigt wird, zuerst in eine Richtung und dann in die entgegengesetzte Richtung. Die Größe einer Schwingung kann durch ihren Weg, ihre Geschwindigkeit oder ihre Beschleunigung quantifiziert werden. Aus praktischen Gründen wird die Beschleunigung normalerweise mit Beschleunigungsmessern gemessen. Die Einheiten der Beschleunigung sind Meter pro Sekunde pro Sekunde (m/s2). Die Erdbeschleunigung beträgt ca. 9.81 m/s2.
Die Größe einer Schwingung kann als Abstand zwischen den von der Bewegung erreichten Extremitäten (Spitze-zu-Spitze-Wert) oder als Abstand von einem zentralen Punkt bis zur maximalen Abweichung (Spitzenwert) ausgedrückt werden. Oft wird die Größe der Schwingung als durchschnittliches Maß für die Beschleunigung der Schwingungsbewegung ausgedrückt, normalerweise als Effektivwert (m/s2 Effektivwert). Bei einer Bewegung mit einer einzigen Frequenz (sinusförmig) ist der Effektivwert der Spitzenwert dividiert durch √2.
Bei einer sinusförmigen Bewegung ist die Beschleunigung a (in m/s2), kann aus der Häufigkeit berechnet werden, f (in Zyklen pro Sekunde) und die Verschiebung, d (in Metern):
a=(2πf)2d
Dieser Ausdruck kann verwendet werden, um Beschleunigungsmessungen in Verschiebungen umzuwandeln, aber er ist nur genau, wenn die Bewegung bei einer einzigen Frequenz auftritt.
Manchmal werden logarithmische Skalen zur Quantifizierung von Vibrationsstärken in Dezibel verwendet. Bei Verwendung des Referenzniveaus in International Standard 1683, dem Beschleunigungsniveau, La, wird ausgedrückt durch La = 20log10(a/a0), woher a ist die gemessene Beschleunigung (in m/s2 Effektivwert) und a0 ist das Referenzniveau von 10-6 Frau2. In einigen Ländern werden andere Referenzwerte verwendet.
Frequenz
Die Vibrationsfrequenz, die in Zyklen pro Sekunde (Hertz, Hz) ausgedrückt wird, beeinflusst das Ausmaß, in dem Vibrationen auf den Körper (z. B. auf die Oberfläche eines Sitzes oder den Griff eines Vibrationswerkzeugs) übertragen werden die es durch den Körper überträgt (z. B. vom Sitz zum Kopf), und die Wirkung von Vibrationen im Körper. Auch das Verhältnis zwischen Auslenkung und Beschleunigung einer Bewegung hängt von der Schwingungsfrequenz ab: Eine Auslenkung von einem Millimeter entspricht einer sehr geringen Beschleunigung bei niedrigen Frequenzen, aber einer sehr hohen Beschleunigung bei hohen Frequenzen; der für das menschliche Auge sichtbare Schwingweg gibt keinen guten Hinweis auf die Schwingbeschleunigung.
Die Auswirkungen von Ganzkörpervibrationen sind normalerweise am unteren Ende des Bereichs von 0.5 bis 100 Hz am größten. Bei von Hand übertragenen Vibrationen können Frequenzen von 1,000 Hz oder mehr nachteilige Auswirkungen haben. Frequenzen unter etwa 0.5 Hz können Reisekrankheit verursachen.
Der Frequenzgehalt der Schwingung kann in Spektren dargestellt werden. Bei vielen Arten von ganzkörper- und handübertragenen Vibrationen sind die Spektren komplex, wobei einige Bewegungen bei allen Frequenzen auftreten. Trotzdem gibt es oft Spitzen, die die Frequenzen zeigen, bei denen die meisten Schwingungen auftreten.
Da menschliche Reaktionen auf Vibrationen je nach Vibrationsfrequenz variieren, ist es notwendig, die gemessene Vibration danach zu gewichten, wie viel Vibration bei jeder Frequenz auftritt. Frequenzbewertungen spiegeln das Ausmaß wider, in dem Vibrationen den unerwünschten Effekt bei jeder Frequenz verursachen. Für jede Schwingungsachse sind Gewichtungen erforderlich. Für Ganzkörpervibrationen, handübertragene Vibrationen und Reisekrankheit sind unterschiedliche Frequenzbewertungen erforderlich.
Anleitung
Die Vibration kann in drei Translationsrichtungen und drei Rotationsrichtungen stattfinden. Für sitzende Personen sind die Translationsachsen bezeichnet x-Achse (vorn und hinten), y-Achse (seitlich) und
z-Achse (vertikal). Drehungen um die x-, y- Und z-Achsen sind mit r bezeichnetx (rollen), ry (Tonhöhe) und rz (Gieren). Schwingungen werden üblicherweise an den Grenzflächen zwischen Körper und Schwingung gemessen. Die wichtigsten Koordinatensysteme zur Messung von Schwingungen in Bezug auf Ganzkörper- und Handschwingungen werden in den nächsten beiden Artikeln dieses Kapitels dargestellt.
Dauer
Menschliche Reaktionen auf Vibrationen hängen von der Gesamtdauer der Vibrationsexposition ab. Wenn sich die Vibrationseigenschaften mit der Zeit nicht ändern, liefert die Effektivwert-Vibration ein geeignetes Maß für die durchschnittliche Vibrationsgröße. Eine Stoppuhr kann dann ausreichen, um die Expositionsdauer abzuschätzen. Die Schwere des durchschnittlichen Ausmaßes und der Gesamtdauer kann anhand der Standards in den folgenden Artikeln bewertet werden.
Wenn die Vibrationseigenschaften variieren, hängt die gemessene durchschnittliche Vibration von dem Zeitraum ab, über den sie gemessen wurde. Darüber hinaus wird angenommen, dass die quadratische Mittelbeschleunigung die Schwere von Bewegungen unterschätzt, die Stöße enthalten oder anderweitig stark intermittierend sind.
Viele berufliche Expositionen sind intermittierend, variieren von Moment zu Moment in ihrer Größe oder enthalten gelegentliche Schocks. Die Heftigkeit derartiger komplexer Bewegungen kann auf eine Weise akkumuliert werden, die beispielsweise kurzen Perioden mit Vibrationen hoher Stärke und langen Perioden mit Vibrationen mit geringer Stärke angemessenes Gewicht verleiht. Es werden verschiedene Methoden zur Berechnung der Dosis verwendet (siehe „Ganzkörpervibrationen“, „Von der Hand übertragene Vibrationen“ und „Reisekrankheit“ in diesem Kapitel).
Exposition durch Beruf
Berufliche Expositionen gegenüber Ganzkörpervibrationen treten hauptsächlich beim Transport auf, aber auch im Zusammenhang mit einigen industriellen Prozessen. Land-, See- und Lufttransport können alle Vibrationen erzeugen, die Unbehagen verursachen, Aktivitäten beeinträchtigen oder Verletzungen verursachen können. Tabelle 1 listet einige Umgebungen auf, die am wahrscheinlichsten mit einem Gesundheitsrisiko verbunden sind.
Tabelle 1. Tätigkeiten, bei denen es angebracht sein kann, vor den nachteiligen Wirkungen von Ganzkörpervibrationen zu warnen
Traktor fahren
Gepanzerte Kampffahrzeuge (z. B. Panzer) und ähnliche Fahrzeuge
Andere Geländewagen:
Erdbewegungsmaschinen – Lader, Bagger, Bulldozer, Grader,
Etwas LKW-Fahren (Gelenk und Nicht-Gelenk)
Einige Bus- und Straßenbahnfahrten
Einige Hubschrauber und Flächenflugzeuge fliegen
Einige Arbeiter mit Maschinen zur Betonherstellung
Einige Eisenbahnfahrer
Einige Verwendung von Hochgeschwindigkeits-Schiffsfahrzeugen
Etwas Motorradfahren
Etwas Auto- und Transporterfahren
Einige sportliche Aktivitäten
Einige andere Industrieanlagen
Quelle: Adaptiert von Griffin 1990.
Die häufigste Exposition gegenüber starken Vibrationen und Stößen kann bei Geländefahrzeugen auftreten, einschließlich Erdbewegungsmaschinen, Flurförderzeugen und landwirtschaftlichen Traktoren.
Biodynamik
Wie alle mechanischen Strukturen hat der menschliche Körper Resonanzfrequenzen, bei denen der Körper eine maximale mechanische Reaktion zeigt. Menschliche Reaktionen auf Schwingungen lassen sich nicht allein durch eine einzige Resonanzfrequenz erklären. Es gibt viele Resonanzen im Körper, und die Resonanzfrequenzen variieren zwischen Menschen und Körperhaltung. Zwei mechanische Reaktionen des Körpers werden oft verwendet, um die Art und Weise zu beschreiben, in der Vibrationen den Körper dazu bringen, sich zu bewegen: Übertragbarkeit und Impedanz.
Die Übertragbarkeit gibt den Anteil der Schwingung an, der beispielsweise vom Sitz auf den Kopf übertragen wird. Die Übertragbarkeit des Körpers ist stark abhängig von Schwingungsfrequenz, Schwingungsachse und Körperhaltung. Vertikale Vibrationen auf einem Sitz verursachen Vibrationen in mehreren Achsen am Kopf; bei vertikaler Kopfbewegung tendiert die Übertragbarkeit dazu, im ungefähren Bereich von 3 bis 10 Hz am größten zu sein.
Die mechanische Impedanz des Körpers zeigt die Kraft, die erforderlich ist, um den Körper bei jeder Frequenz zu bewegen. Obwohl die Impedanz von der Körpermasse abhängt, zeigt die vertikale Impedanz des menschlichen Körpers normalerweise eine Resonanz bei etwa 5 Hz. Die mechanische Impedanz des Körpers, einschließlich dieser Resonanz, hat einen großen Einfluss auf die Art und Weise, wie Vibrationen durch Sitze übertragen werden.
Akute Auswirkungen
Unbehagen
Die durch Vibrationsbeschleunigung verursachten Beschwerden hängen von der Vibrationsfrequenz, der Vibrationsrichtung, dem Kontaktpunkt mit dem Körper und der Dauer der Vibrationseinwirkung ab. Bei vertikaler Vibration von sitzenden Personen nimmt das durch eine beliebige Frequenz verursachte Vibrations-Unbehagen proportional zur Vibrationsgröße zu: Eine Halbierung der Vibration führt tendenziell zu einer Halbierung des Vibrations-Unbehagens.
Das durch Vibration erzeugte Unbehagen kann durch die Verwendung geeigneter Frequenzgewichtungen (siehe unten) vorhergesagt und durch eine semantische Unbehagensskala beschrieben werden. Es gibt keine sinnvollen Grenzen für Vibrationsbeschwerden: Die akzeptablen Beschwerden variieren von einer Umgebung zur anderen.
Akzeptable Vibrationsstärken in Gebäuden liegen nahe an den Vibrationswahrnehmungsschwellen. Es wird davon ausgegangen, dass die Auswirkungen von Vibrationen in Gebäuden auf den Menschen neben der Vibrationsfrequenz, -richtung und -dauer auch von der Nutzung des Gebäudes abhängen. Anleitungen zur Bewertung von Gebäudeschwingungen finden sich in verschiedenen Normen wie dem British Standard 6472 (1992), der ein Verfahren zur Bewertung von Schwingungen und Stößen in Gebäuden definiert.
Aktivitätsstörung
Vibrationen können die Informationserfassung (z. B. durch die Augen), die Informationsausgabe (z. B. durch Hand- oder Fußbewegungen) oder die komplexen zentralen Prozesse beeinträchtigen, die Eingabe und Ausgabe in Beziehung setzen (z. B. Lernen, Gedächtnis, Entscheidungsfindung). Die größten Auswirkungen der Ganzkörpervibration liegen auf Eingabeprozessen (hauptsächlich Sehen) und Ausgabeprozessen (hauptsächlich kontinuierliche Handsteuerung).
Auswirkungen von Vibrationen auf das Sehvermögen und die manuelle Steuerung werden hauptsächlich durch die Bewegung des betroffenen Körperteils (z. B. Auge oder Hand) verursacht. Die Auswirkungen können verringert werden, indem die Vibrationsübertragung auf das Auge oder die Hand verringert wird oder indem die Aufgabe weniger störanfällig gemacht wird (z. B. durch Vergrößern einer Anzeige oder Verringern der Empfindlichkeit einer Steuerung). Oft können die Auswirkungen von Vibrationen auf das Sehvermögen und die manuelle Steuerung durch eine Neugestaltung der Aufgabe stark reduziert werden.
Einfache kognitive Aufgaben (z. B. einfache Reaktionszeit) scheinen von Vibrationen unbeeinflusst zu sein, außer durch Veränderungen in der Erregung oder Motivation oder durch direkte Auswirkungen auf Input- und Output-Prozesse. Dies gilt möglicherweise auch für einige komplexe kognitive Aufgaben. Die Spärlichkeit und Vielfalt experimenteller Studien schließt jedoch die Möglichkeit realer und signifikanter kognitiver Auswirkungen von Vibrationen nicht aus. Vibrationen können die Ermüdung beeinflussen, aber es gibt nur wenige relevante wissenschaftliche Beweise und keine, die die komplexe Form der „ermüdungsreduzierten Leistungsgrenze“ unterstützen, die in der Internationalen Norm 2631 (ISO 1974, 1985) angeboten wird.
Veränderungen der physiologischen Funktionen
Veränderungen der physiologischen Funktionen treten auf, wenn Probanden unter Laborbedingungen einer neuartigen Ganzkörper-Vibrationsumgebung ausgesetzt werden. Veränderungen, die für eine „Schockreaktion“ typisch sind (z. B. erhöhte Herzfrequenz), normalisieren sich bei fortgesetzter Exposition schnell, während andere Reaktionen entweder fortschreiten oder sich allmählich entwickeln. Letzteres kann von allen Vibrationseigenschaften abhängen, einschließlich der Achse, der Beschleunigungsgröße und der Art der Vibration (sinusförmig oder zufällig), sowie von weiteren Variablen wie dem circadianen Rhythmus und Eigenschaften der Probanden (siehe Hasan 1970; Seidel 1975; Dupuis und Zerlett 1986). Veränderungen physiologischer Funktionen unter Feldbedingungen können oft nicht direkt mit Vibrationen in Verbindung gebracht werden, da Vibrationen oft mit anderen signifikanten Faktoren wie hoher psychischer Belastung, Lärm und toxischen Substanzen zusammenwirken. Physiologische Veränderungen sind häufig weniger empfindlich als psychische Reaktionen (z. B. Unwohlsein). Fasst man alle verfügbaren Daten zu anhaltenden physiologischen Veränderungen hinsichtlich ihres ersten signifikanten Auftretens in Abhängigkeit von der Stärke und Frequenz der Ganzkörpervibration zusammen, ergibt sich eine Grenze mit einer Untergrenze um 0.7 m/s2 Effektivwert zwischen 1 und 10 Hz und ansteigend bis zu 30 m/s2 Effektivwert bei 100 Hz. Es wurden viele Tierstudien durchgeführt, aber ihre Relevanz für den Menschen ist zweifelhaft.
Neuromuskuläre Veränderungen
Bei aktiver natürlicher Bewegung fungieren motorische Kontrollmechanismen als Feed-Forward-Steuerung, die durch zusätzliches Feedback von Sensoren in Muskeln, Sehnen und Gelenken ständig angepasst wird. Ganzkörperschwingungen bewirken eine passive künstliche Bewegung des menschlichen Körpers, ein Zustand, der sich grundlegend von der selbstinduzierten Schwingung durch Fortbewegung unterscheidet. Die fehlende Feedforward-Regelung bei Ganzkörpervibrationen ist die deutlichste Veränderung der normalen physiologischen Funktion des neuromuskulären Systems. Der breitere Frequenzbereich der Ganzkörpervibration (zwischen 0.5 und 100 Hz) im Vergleich zu dem der natürlichen Bewegung (zwischen 2 und 8 Hz für willkürliche Bewegungen und unter 4 Hz für die Fortbewegung) ist ein weiterer Unterschied, der zur Erklärung der Reaktionen von beiträgt die neuromuskulären Kontrollmechanismen bei sehr niedrigen und bei hohen Frequenzen.
Ganzkörpervibration und transiente Beschleunigung verursachen im Elektromyogramm (EMG) der oberflächlichen Rückenmuskulatur sitzender Personen eine beschleunigungsbedingte Wechselaktivität, die eine tonische Kontraktion aufrechterhalten muss. Diese Aktivität soll reflexartiger Natur sein. Es verschwindet normalerweise vollständig, wenn die vibrierenden Probanden entspannt in gebeugter Position sitzen. Der Zeitpunkt der Muskelaktivität hängt von der Häufigkeit und Größe der Beschleunigung ab. Elektromyographische Daten deuten darauf hin, dass eine erhöhte Belastung der Wirbelsäule aufgrund einer reduzierten muskulären Stabilisierung der Wirbelsäule bei Frequenzen von 6.5 bis 8 Hz und während der Anfangsphase einer plötzlichen Aufwärtsverschiebung auftreten kann. Trotz schwacher EMG-Aktivität, die durch Ganzkörpervibrationen verursacht wird, kann die Ermüdung der Rückenmuskulatur während der Vibrationsexposition diejenige überschreiten, die bei normaler Sitzhaltung ohne Ganzkörpervibration beobachtet wird.
Während der Exposition gegenüber sinusförmigen Ganzkörpervibrationen bei Frequenzen über 10 Hz können Sehnenreflexe vermindert sein oder vorübergehend verschwinden. Geringfügige Veränderungen der posturalen Kontrolle nach Exposition gegenüber Ganzkörpervibrationen sind sehr variabel, und ihre Mechanismen und praktische Bedeutung sind nicht sicher.
Kardiovaskuläre, respiratorische, endokrine und metabolische Veränderungen
Die beobachteten Veränderungen, die während der Vibrationsbelastung bestehen bleiben, wurden mit denen während mäßiger körperlicher Arbeit verglichen (dh Erhöhungen der Herzfrequenz, des Blutdrucks und des Sauerstoffverbrauchs), selbst bei einer Vibrationsstärke nahe der Grenze der freiwilligen Toleranz. Die erhöhte Ventilation wird teilweise durch Schwingungen der Luft im Atmungssystem verursacht. Atmungs- und Stoffwechselveränderungen stimmen möglicherweise nicht überein, was möglicherweise auf eine Störung der Atemkontrollmechanismen hindeutet. Zu Veränderungen der adrenocorticotropen Hormone (ACTH) und der Katecholamine liegen verschiedene und teilweise widersprüchliche Befunde vor.
Sensorische und zentralnervöse Veränderungen
Veränderungen der vestibulären Funktion durch Ganzkörpervibrationen werden aufgrund einer gestörten Haltungsregulation behauptet, obwohl die Haltung durch ein sehr komplexes System gesteuert wird, bei dem eine gestörte vestibuläre Funktion durch andere Mechanismen weitgehend kompensiert werden kann. Veränderungen der vestibulären Funktion scheinen bei Expositionen mit sehr niedrigen Frequenzen oder solchen nahe der Ganzkörperresonanz an Bedeutung zu gewinnen. Ein sensorisches Missverhältnis zwischen vestibulären, visuellen und propriozeptiven (in den Geweben empfangene Reize) Informationen soll ein wichtiger Mechanismus sein, der physiologischen Reaktionen auf einige künstliche Bewegungsumgebungen zugrunde liegt.
Experimente mit kurzzeitiger und längerer kombinierter Exposition gegenüber Lärm und Ganzkörpervibrationen scheinen darauf hinzudeuten, dass Vibrationen einen geringfügigen synergistischen Effekt auf das Hören haben. Tendenziell waren hohe Intensitäten der Ganzkörpervibration bei 4 oder 5 Hz mit höheren zusätzlichen temporären Schwellenverschiebungen (TTS) verbunden. Es gab keinen offensichtlichen Zusammenhang zwischen der zusätzlichen TTS und der Expositionszeit. Die zusätzliche TTS schien mit höheren Ganzkörpervibrationsdosen anzusteigen.
Impulsive vertikale und horizontale Schwingungen rufen Gehirnpotentiale hervor. Auch Veränderungen der Funktion des menschlichen Zentralnervensystems wurden anhand akustisch evozierter Hirnpotentiale nachgewiesen (Seidel et al. 1992). Die Effekte wurden durch andere Umgebungsfaktoren (z. B. Lärm), die Schwierigkeit der Aufgabe und durch den inneren Zustand des Probanden (z. B. Erregung, Grad der Aufmerksamkeit gegenüber dem Stimulus) beeinflusst.
Langzeiteffekte
Gesundheitsrisiko für die Wirbelsäule
Epidemiologische Studien weisen häufig auf ein erhöhtes Gesundheitsrisiko für die Wirbelsäule bei Arbeitern hin, die über viele Jahre intensiven Ganzkörpervibrationen ausgesetzt sind (z. B. Arbeiten an Traktoren oder Erdbewegungsmaschinen). Kritische Literaturübersichten wurden von Seidel und Heide (1986), Dupuis und Zerlett (1986) und Bongers und Boshuizen (1990) erstellt. Diese Überprüfungen kamen zu dem Schluss, dass intensive langfristige Ganzkörpervibrationen die Wirbelsäule beeinträchtigen und das Risiko von Kreuzschmerzen erhöhen können. Letzteres kann eine sekundäre Folge einer primär degenerativen Veränderung der Wirbel und Bandscheiben sein. Als am häufigsten betroffene Region erwies sich die Lendenwirbelsäule, gefolgt von der Brustregion. Eine von mehreren Autoren berichtete hohe Rate an Beeinträchtigungen des zervikalen Teils scheint eher durch eine ungünstige Fixierhaltung als durch Vibration verursacht zu werden, obwohl es keine schlüssigen Beweise für diese Hypothese gibt. Nur wenige Studien haben sich mit der Funktion der Rückenmuskulatur befasst und eine muskuläre Insuffizienz festgestellt. Einige Berichte weisen auf ein deutlich höheres Risiko einer Bandscheibenluxation hin. In mehreren Querschnittsstudien fanden Bongers und Boshuizen (1990) bei Fahrern und Helikopterpiloten mehr Kreuzschmerzen als bei vergleichbaren Referenzarbeitern. Sie kamen zu dem Schluss, dass professionelles Autofahren und Hubschrauberfliegen wichtige Risikofaktoren für Rückenschmerzen und Rückenerkrankungen sind. Bei Kranfahrern und Traktorfahrern war eine Zunahme von Invaliditätsrenten und Langzeitkrankenständen aufgrund von Bandscheibenerkrankungen zu beobachten.
Aufgrund unvollständiger oder fehlender Daten zu Expositionsbedingungen in epidemiologischen Studien wurden keine genauen Expositions-Wirkungs-Beziehungen ermittelt. Die vorliegende Datenlage lässt die Begründung eines No-Adverse-Effect-Levels (dh einer sicheren Grenze) nicht zu, um Erkrankungen der Wirbelsäule zuverlässig vorzubeugen. Eine jahrelange Exposition unterhalb oder nahe der Expositionsgrenze der aktuellen Internationalen Norm 2631 (ISO 1985) ist nicht ohne Risiko. Einige Befunde weisen auf ein zunehmendes Gesundheitsrisiko mit zunehmender Expositionsdauer hin, obwohl Auswahlverfahren es in den meisten Studien schwierig gemacht haben, einen Zusammenhang zu erkennen. Eine Dosis-Wirkungs-Beziehung kann daher derzeit durch epidemiologische Untersuchungen nicht hergestellt werden. Theoretische Überlegungen legen deutliche nachteilige Wirkungen hoher Spitzenlasten nahe, die während Expositionen mit hohen Transienten auf die Wirbelsäule einwirken. Die Verwendung einer „Energieäquivalent“-Methode zur Berechnung einer Vibrationsdosis (wie in der Internationalen Norm 2631 (ISO 1985)) ist daher bei Expositionen gegenüber Ganzkörpervibrationen mit hohen Spitzenbeschleunigungen fragwürdig. Unterschiedliche Langzeitwirkungen von Ganzkörpervibrationen in Abhängigkeit von der Vibrationsfrequenz wurden aus epidemiologischen Studien nicht abgeleitet. Ganzkörpervibrationen mit 40 bis 50 Hz, die stehenden Arbeitern über die Füße zugeführt wurden, führten zu degenerativen Veränderungen der Fußknochen.
Im Allgemeinen wurden Unterschiede zwischen Fächern weitgehend vernachlässigt, obwohl Selektionsphänomene darauf hindeuten, dass sie von großer Bedeutung sein könnten. Es gibt keine eindeutigen Daten darüber, ob die Auswirkungen von Ganzkörpervibrationen auf die Wirbelsäule vom Geschlecht abhängen.
Die allgemeine Akzeptanz degenerativer Erkrankungen der Wirbelsäule als Berufskrankheit wird diskutiert. Spezifische diagnostische Merkmale sind nicht bekannt, die eine sichere Diagnose der Störung als Folge einer Exposition gegenüber Ganzkörper-Vibrationen erlauben würden. Eine hohe Prävalenz degenerativer Wirbelsäulenerkrankungen in nicht exponierten Bevölkerungsgruppen verhindert die Annahme einer überwiegend beruflichen Ätiologie bei Personen, die Ganzkörper-Vibrationen ausgesetzt sind. Individuelle konstitutionelle Risikofaktoren, die die vibrationsinduzierte Belastung modifizieren könnten, sind nicht bekannt. Die Heranziehung einer Mindestintensität und/oder einer Mindestdauer von Ganzkörpervibrationen als Voraussetzung für die Anerkennung einer Berufskrankheit würde die zu erwartende erhebliche Variabilität der individuellen Anfälligkeit nicht berücksichtigen.
Andere Gesundheitsrisiken
Epidemiologische Studien deuten darauf hin, dass Ganzkörpervibrationen ein Faktor innerhalb einer Reihe von ursächlichen Faktoren sind, die zu anderen Gesundheitsrisiken beitragen. Lärm, hohe psychische Belastungen und Schichtarbeit sind Beispiele für wichtige Begleitfaktoren, die bekanntermaßen mit Gesundheitsstörungen einhergehen. Die Ergebnisse von Untersuchungen zu Erkrankungen anderer Körpersysteme waren oft unterschiedlich oder zeigten eine paradoxe Abhängigkeit der Pathologieprävalenz von der Stärke der Ganzkörpervibration (dh eine höhere Prävalenz von Nebenwirkungen bei geringerer Intensität). Ein charakteristischer Komplex von Symptomen und pathologischen Veränderungen des Zentralnervensystems, des Muskel-Skelett-Systems und des Kreislaufsystems wurde bei Arbeitern beobachtet, die auf Maschinen zur Vibrationsverdichtung von Beton standen und Ganzkörpervibrationen über den Expositionsgrenzwert hinaus ausgesetzt waren von ISO 2631 mit Frequenzen über 40 Hz (Rumjancev 1966). Dieser Komplex wurde als „Vibrationskrankheit“ bezeichnet. Obwohl von vielen Fachleuten abgelehnt, wurde derselbe Begriff manchmal verwendet, um ein vages Krankheitsbild zu beschreiben, das durch langfristige Einwirkung niederfrequenter Ganzkörpervibrationen verursacht wurde und sich angeblich zunächst als periphere und zerebrale vegetativ-vaskuläre Störungen mit a unspezifischer funktionaler Charakter. Aus den vorliegenden Daten lässt sich schließen, dass unterschiedliche physiologische Systeme unabhängig voneinander reagieren und keine Symptome vorliegen, die als Indikator für eine durch Ganzkörpervibrationen induzierte Pathologie dienen könnten.
Nervensystem, Gleichgewichtsorgan und Gehör. Intensive Ganzkörpervibrationen mit Frequenzen über 40 Hz können Schäden und Störungen des zentralen Nervensystems verursachen. Über die Auswirkungen von Ganzkörpervibrationen bei Frequenzen unter 20 Hz wurden widersprüchliche Daten berichtet. Lediglich in einigen Studien wurde eine Zunahme von unspezifischen Beschwerden wie Kopfschmerzen und erhöhter Reizbarkeit festgestellt. Störungen des Elektroenzephalogramms (EEG) nach Langzeitexposition mit Ganzkörpervibrationen wurden von einem Autor behauptet und von anderen verneint. Einige veröffentlichte Ergebnisse stimmen mit einer verringerten vestibulären Erregbarkeit und einer höheren Inzidenz anderer vestibulärer Störungen, einschließlich Schwindel, überein. Ob es jedoch kausale Zusammenhänge zwischen Ganzkörperschwingungen und Veränderungen im Zentralnervensystem oder Vestibularsystem gibt, bleibt fraglich, da paradoxe Intensitäts-Wirkungs-Beziehungen festgestellt wurden.
In einigen Studien wurde eine zusätzliche Erhöhung der permanenten Hörschwellenverschiebungen (PTS) des Gehörs nach einer kombinierten Langzeitbelastung durch Ganzkörpervibrationen und Lärm beobachtet. Schmidt (1987) untersuchte Kraftfahrer und Techniker in der Landwirtschaft und verglich die dauerhaften Schwellenverschiebungen nach 3 und 25 Berufsjahren. Er kam zu dem Schluss, dass Ganzkörpervibrationen eine zusätzliche signifikante Schwellenverschiebung bei 3, 4, 6 und 8 kHz hervorrufen können, wenn die gewichtete Beschleunigung gemäß Internationalem Standard 2631 (ISO 1985) 1.2 m/s überschreitet2 Effektivwert bei gleichzeitiger Lärmbelastung mit einem äquivalenten Pegel von mehr als 80 Dezibel (dBA).
Kreislauf und Verdauungssystem. Vier Hauptgruppen von Durchblutungsstörungen wurden mit einer höheren Inzidenz bei Arbeitern festgestellt, die Ganzkörpervibrationen ausgesetzt sind:
Die Morbidität dieser Kreislaufstörungen korrelierte nicht immer mit der Stärke oder Dauer der Vibrationsexposition. Obwohl häufig eine hohe Prävalenz verschiedener Erkrankungen des Verdauungssystems beobachtet wurde, sind sich fast alle Autoren einig, dass Ganzkörpervibrationen nur eine Ursache und möglicherweise nicht die wichtigste sind.
Weibliche Fortpflanzungsorgane, Schwangerschaft und männliches Urogenitalsystem. Erhöhte Risiken für Aborte, Menstruationsstörungen und Lageanomalien (z. B. Uterusdeszensus) werden mit einer Langzeitexposition gegenüber Ganzkörpervibrationen in Verbindung gebracht (vgl. Seidel und Heide 1986). Eine unbedenkliche Expositionsgrenze zur Vermeidung eines höheren Risikos für diese Gesundheitsrisiken lässt sich aus der Literatur nicht ableiten. Die individuelle Anfälligkeit und deren zeitliche Veränderungen dürften diese biologischen Wirkungen mitbestimmen. In der verfügbaren Literatur wurde nicht über eine schädliche direkte Wirkung von Ganzkörpervibrationen auf den menschlichen Fötus berichtet, obwohl einige Tierstudien darauf hindeuten, dass Ganzkörpervibrationen den Fötus beeinträchtigen können. Der unbekannte Schwellenwert für unerwünschte Wirkungen auf die Schwangerschaft legt eine Begrenzung der beruflichen Exposition auf das niedrigste vernünftige Maß nahe.
Zum Auftreten von Erkrankungen des männlichen Urogenitalsystems liegen abweichende Ergebnisse vor. In einigen Studien wurde eine höhere Inzidenz von Prostatitis beobachtet. Andere Studien konnten diese Ergebnisse nicht bestätigen.
Standards
Es kann keine genaue Grenze angeboten werden, um Störungen durch Ganzkörpervibrationen zu verhindern, aber Normen definieren nützliche Methoden zur Quantifizierung der Vibrationsstärke. Der Internationale Standard 2631 (ISO 1974, 1985) definierte Expositionsgrenzwerte (siehe Abbildung 1), die „auf ungefähr die Hälfte des als Schmerzschwelle (oder Grenze der freiwilligen Toleranz) für gesunde menschliche Probanden angesehenen Niveaus festgelegt wurden“. Ebenfalls in Abbildung 1 dargestellt ist ein aus dem British Standard 6841 (BSI 1987b) abgeleiteter Vibrationsdosiswert für vertikale Vibration; diese Norm ähnelt teilweise einem Revisionsentwurf der Internationalen Norm.
Abbildung 1. Frequenzabhängigkeit der menschlichen Reaktion auf Ganzkörpervibrationen
Der Vibrationsdosiswert kann als die Größe einer Vibrationsdauer von einer Sekunde angesehen werden, die genauso stark wie die gemessene Vibration ist. Der Vibrationsdosiswert verwendet eine vierte Potenz der Zeitabhängigkeit, um die Vibrationsschwere über den Expositionszeitraum von der kürzestmöglichen Erschütterung bis zu einem ganzen Vibrationstag zu akkumulieren (z. B. BSI 6841):
Schwingungsdosiswert =
Mit dem Vibrationsdosiswertverfahren kann sowohl die Schwere von Vibrationen als auch von sich wiederholenden Erschütterungen beurteilt werden. Diese Zeitabhängigkeit vierter Potenz ist einfacher zu verwenden als die Zeitabhängigkeit in ISO 2631 (siehe Abbildung 2).
Abbildung 2. Zeitabhängigkeit der menschlichen Reaktion auf eine Ganzkörpervibration
British Standard 6841 bietet die folgende Anleitung.
Hohe Vibrationsdosiswerte verursachen starke Beschwerden, Schmerzen und Verletzungen. Vibrationsdosiswerte geben auch allgemein die Schwere der Vibrationsexposition an, die sie verursacht hat. Über den genauen Zusammenhang zwischen Vibrationsdosiswerten und Verletzungsrisiko besteht derzeit jedoch keine einheitliche Meinung. Bekannt sind Schwingungsgrößen und -dauern, die Schwingungsdosiswerte im Bereich von 15 m/s erzeugen1.75 verursacht in der Regel starke Beschwerden. Es ist davon auszugehen, dass eine erhöhte Vibrationsbelastung mit einem erhöhten Verletzungsrisiko einhergeht (BSI 1987b).
Bei hohen Vibrationsdosiswerten kann eine vorherige Prüfung der Fitness der exponierten Personen und die Gestaltung angemessener Sicherheitsvorkehrungen erforderlich sein. Auch die Notwendigkeit regelmäßiger Gesundheitskontrollen bei routinemäßig exponierten Personen kann in Erwägung gezogen werden.
Der Vibrationsdosiswert stellt ein Maß dar, mit dem sehr variable und komplexe Expositionen verglichen werden können. Organisationen können anhand des Vibrationsdosiswertes Grenzwerte oder Auslösewerte festlegen. Beispielsweise in einigen Ländern ein Schwingungsdosiswert von 15 m/s1.75 wurde als vorläufiger Auslösewert verwendet, es kann jedoch angebracht sein, je nach Situation Vibrationen oder wiederholte Schockbelastungen auf höhere oder niedrigere Werte zu begrenzen. Ein Auslösewert dient nach heutigem Verständnis lediglich dazu, ungefähre Werte anzugeben, die möglicherweise zu hoch sind. Abbildung 2 zeigt die quadratischen Mittelwerte der Beschleunigungen, die einem Schwingungsdosiswert von 15 m/s entsprechen1.75 für Belichtungen zwischen einer Sekunde und 24 Stunden. Jede Exposition gegenüber kontinuierlichen Vibrationen, intermittierenden Vibrationen oder wiederholten Schocks kann mit dem Auslösewert verglichen werden, indem der Vibrationsdosiswert berechnet wird. Es wäre unklug, einen angemessenen Auslösewert (oder den Expositionsgrenzwert in ISO 2631) zu überschreiten, ohne die möglichen gesundheitlichen Auswirkungen einer Exposition gegenüber Vibrationen oder Stößen zu berücksichtigen.
Das Maschinensicherheitsrichtlinie der Europäischen Wirtschaftsgemeinschaft besagt, dass Maschinen so konstruiert und gebaut sein müssen, dass Gefährdungen durch von der Maschine erzeugte Vibrationen unter Berücksichtigung des technischen Fortschritts und der Verfügbarkeit von Mitteln zur Reduzierung von Vibrationen auf das niedrigstmögliche Maß reduziert werden. Das Maschinensicherheitsrichtlinie (Rat der Europäischen Gemeinschaften 1989) fördert die Reduzierung von Vibrationen zusätzlich zur Reduzierung an der Quelle (z. B. guter Sitz).
Messung und Bewertung der Exposition
Ganzkörperschwingungen sollten an den Schnittstellen zwischen Körper und Schwingungsquelle gemessen werden. Für sitzende Personen beinhaltet dies die Platzierung von Beschleunigungsmessern auf der Sitzfläche unter den Sitzbeinhöckern der Versuchspersonen. Vibrationen werden manchmal auch an der Sitzlehne (zwischen Rückenlehne und Rückenlehne) und auch an den Füßen und Händen gemessen (siehe Abbildung 3).
Abbildung 3. Achsen zur Messung der Vibrationsexposition sitzender Personen
Epidemiologische Daten allein reichen nicht aus, um zu definieren, wie Ganzkörpervibrationen zu bewerten sind, um die relativen Gesundheitsrisiken durch die verschiedenen Arten der Vibrationsexposition vorherzusagen. Eine Berücksichtigung epidemiologischer Daten in Kombination mit einem Verständnis biodynamischer Reaktionen und subjektiver Reaktionen wird verwendet, um aktuelle Leitlinien bereitzustellen. Die Art und Weise, in der die gesundheitlichen Auswirkungen von oszillierenden Bewegungen von der Frequenz, Richtung und Dauer der Bewegung abhängen, wird derzeit als gleich oder ähnlich wie bei Vibrationsbeschwerden angenommen. Es wird jedoch davon ausgegangen, dass die Gesamtexposition und nicht die durchschnittliche Exposition wichtig ist, und daher ist ein Dosismaß angemessen.
Neben der Auswertung der gemessenen Vibrationen nach aktuellen Standards ist es ratsam, die Frequenzspektren, Größen in verschiedenen Achsen und andere Eigenschaften der Exposition, einschließlich der täglichen und lebenslangen Expositionsdauer, anzugeben. Das Vorhandensein anderer nachteiliger Umweltfaktoren, insbesondere der Sitzhaltung, sollte ebenfalls berücksichtigt werden.
abwehr
Wo immer möglich, ist eine Reduzierung der Vibrationen an der Quelle zu bevorzugen. Dies kann das Reduzieren der Bodenunebenheiten oder das Reduzieren der Fahrgeschwindigkeit von Fahrzeugen umfassen. Andere Methoden zur Verringerung der Vibrationsübertragung auf Bediener erfordern ein Verständnis der Eigenschaften der Vibrationsumgebung und des Übertragungswegs der Vibration auf den Körper. Beispielsweise variiert die Stärke von Vibrationen oft je nach Standort: In einigen Bereichen werden geringere Stärken auftreten. Tabelle 2 listet einige vorbeugende Maßnahmen auf, die in Betracht gezogen werden können.
Tabelle 2. Zusammenfassung der Vorsichtsmaßnahmen, die zu berücksichtigen sind, wenn Personen Ganzkörpervibrationen ausgesetzt sind
Gruppe an |
Action |
Management |
Technischen Rat einholen |
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Ärztlichen Rat einholen |
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Exponierte Personen warnen |
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Exponierte Personen schulen |
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Überprüfen Sie die Belichtungszeiten |
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Haben Sie eine Richtlinie zur Entfernung von der Exposition |
Maschinenhersteller |
Schwingungen messen |
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Design zur Minimierung von Ganzkörpervibrationen |
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Fahrwerksdesign optimieren |
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Sitzdynamik optimieren |
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Verwenden Sie ein ergonomisches Design, um eine gute Haltung usw. zu gewährleisten. |
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Anleitung zur Maschinenwartung geben |
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Anleitung zur Sitzwartung geben |
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Warnung vor gefährlichen Vibrationen |
Technischer Arbeitsplatz |
Schwingungsbelastung messen |
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Stellen Sie geeignete Maschinen bereit |
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Wählen Sie Sitzplätze mit guter Dämpfung |
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Maschinen warten |
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Geschäftsleitung informieren |
Medizintechnik |
Screening vor der Einstellung |
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Routinemäßige medizinische Kontrollen |
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Notieren Sie alle Anzeichen und gemeldeten Symptome |
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Arbeiter mit offensichtlicher Veranlagung warnen |
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Beratung über Folgen der Exposition |
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Geschäftsleitung informieren |
Exponierte Personen |
Maschine richtig verwenden |
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Vermeiden Sie unnötige Vibrationsbelastungen |
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Überprüfen Sie, ob der Sitz richtig eingestellt ist |
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Nehmen Sie eine gute Sitzhaltung ein |
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Zustand der Maschine prüfen |
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Informieren Sie den Vorgesetzten über Vibrationsprobleme |
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Beim Auftreten von Symptomen ärztlichen Rat einholen |
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Informieren Sie den Arbeitgeber über relevante Störungen |
Quelle: Adaptiert von Griffin 1990.
Sitze können so konstruiert werden, dass sie Vibrationen dämpfen. Die meisten Sitze weisen bei niedrigen Frequenzen eine Resonanz auf, was dazu führt, dass auf dem Sitz höhere vertikale Vibrationen auftreten als auf dem Boden! Bei hohen Frequenzen kommt es normalerweise zu einer Schwingungsdämpfung. Im Gebrauch liegen die Resonanzfrequenzen herkömmlicher Sitze im Bereich von 4 Hz. Die Verstärkung bei Resonanz wird teilweise durch die Dämpfung im Sitz bestimmt. Eine Erhöhung der Dämpfung der Sitzpolsterung verringert tendenziell die Verstärkung bei Resonanz, erhöht aber die Übertragbarkeit bei hohen Frequenzen. Es gibt große Unterschiede in der Übertragbarkeit zwischen den Sitzen, und diese führen zu erheblichen Unterschieden in der von Menschen wahrgenommenen Vibration.
Eine einfache numerische Angabe der Isolationseffizienz eines Sitzes für eine bestimmte Anwendung ist die effektive Amplitudenübertragung des Sitzes (SEAT) (siehe Griffin 1990). Ein SEAT-Wert größer als 100 % zeigt an, dass die Vibration auf dem Sitz insgesamt schlimmer ist als die Vibration auf dem Boden. Werte unter 100 % zeigen an, dass der Sitz eine nützliche Dämpfung bereitgestellt hat. Sitze sollten so ausgelegt sein, dass sie den niedrigsten SEAT-Wert haben, der mit anderen Beschränkungen kompatibel ist.
Bei gefederten Sitzen ist unterhalb der Sitzschale ein separater Federungsmechanismus vorgesehen. Diese Sitze, die in einigen Geländefahrzeugen, Lastkraftwagen und Reisebussen verwendet werden, haben niedrige Resonanzfrequenzen (um 2 Hz) und können daher Vibrationen bei Frequenzen über etwa 3 Hz dämpfen. Die Übertragungsfähigkeiten dieser Sitze werden normalerweise vom Sitzhersteller bestimmt, aber ihre Isolationseffizienz variiert mit den Betriebsbedingungen.
Exposition durch Beruf
Mechanische Vibrationen, die durch angetriebene Prozesse oder Werkzeuge entstehen und an den Fingern oder der Handfläche in den Körper eindringen, werden als mechanische Vibration bezeichnet handübertragene Vibration. Häufige Synonyme für handübertragene Schwingungen sind Hand-Arm-Schwingungen und lokale oder segmentale Schwingungen. Angetriebene Prozesse und Werkzeuge, die die Hände von Bedienern Vibrationen aussetzen, sind in mehreren industriellen Aktivitäten weit verbreitet. Die berufsbedingte Exposition gegenüber von Hand übertragenen Vibrationen entsteht durch handgeführte angetriebene Werkzeuge, die in der Fertigung (z. B. schlagende Metallbearbeitungswerkzeuge, Schleifmaschinen und andere rotierende Werkzeuge, Schlagschrauber), im Steinbruch, im Bergbau und im Bauwesen (z. B. Gesteinsbohrer, Stein- Hämmer, Spitzhämmer, Vibrationsverdichter), Land- und Forstwirtschaft (z. B. Kettensägen, Freischneider, Entrindungsmaschinen) und öffentliche Versorgungsunternehmen (z. B. Straßen- und Betonbrecher, Bohrhämmer, Handschleifer). Eine Exposition gegenüber von Hand übertragenen Vibrationen kann auch durch vibrierende Werkstücke entstehen, die in den Händen des Bedieners gehalten werden, wie beim Sockelschleifen, und durch in der Hand gehaltene Vibrationssteuerungen, wie beim Bedienen von Rasenmähern oder beim Steuern von vibrierenden Straßenverdichtern. Es wurde berichtet, dass die Zahl der Personen, die bei der Arbeit von Hand übertragenen Vibrationen ausgesetzt sind, in den Niederlanden 150,000, in Großbritannien 0.5 Millionen und in den Vereinigten Staaten 1.45 Millionen übersteigt. Eine übermäßige Belastung durch von Hand übertragene Vibrationen kann zu Erkrankungen der Blutgefäße, Nerven, Muskeln und Knochen und Gelenke der oberen Gliedmaßen führen. Es wurde geschätzt, dass 1.7 bis 3.6 % der Arbeitnehmer in europäischen Ländern und den Vereinigten Staaten potenziell schädlichen handübertragenen Vibrationen ausgesetzt sind (ISSA International Section for Research 1989). Der Begriff Hand-Arm-Vibrationssyndrom (HAV) wird üblicherweise verwendet, um sich auf Anzeichen und Symptome zu beziehen, die mit der Exposition gegenüber von der Hand übertragenen Vibrationen verbunden sind, darunter:
Freizeitaktivitäten wie Motorradfahren oder die Verwendung von vibrierenden Haushaltswerkzeugen können die Hände gelegentlich Vibrationen mit hoher Amplitude aussetzen, aber nur lange tägliche Expositionen können zu Gesundheitsproblemen führen (Griffin 1990).
Die Beziehung zwischen der berufsbedingten Exposition gegenüber handübertragenen Vibrationen und nachteiligen Auswirkungen auf die Gesundheit ist alles andere als einfach. Tabelle 1 listet einige der wichtigsten Faktoren auf, die zu Verletzungen der oberen Gliedmaßen von Arbeitern führen, die Vibrationen ausgesetzt sind.
Tabelle 1. Einige Faktoren, die möglicherweise mit gesundheitsschädlichen Wirkungen bei von der Hand übertragenen Vibrationsexpositionen zusammenhängen
Schwingungseigenschaften
Werkzeuge oder Prozesse
Belichtungsbedingungen
Umweltbedingungen
Individuelle Eigenschaften
Biodynamik
Es ist anzunehmen, dass Faktoren, die die Vibrationsübertragung in das Finger-Hand-Arm-System beeinflussen, eine relevante Rolle bei der Entstehung von Vibrationsverletzungen spielen. Die Übertragung von Vibrationen hängt sowohl von den physikalischen Eigenschaften der Vibration (Stärke, Frequenz, Richtung) als auch von der dynamischen Reaktion der Hand ab (Griffin 1990).
Übertragbarkeit und Impedanz
Experimentelle Ergebnisse zeigen, dass das mechanische Verhalten der oberen Extremität des Menschen komplex ist, da die Impedanz des Hand-Arm-Systems – d. und Orientierung der Hand und des Arms in Bezug auf die Stimulusachse. Die Impedanz wird auch durch die Körperkonstitution und strukturelle Unterschiede der verschiedenen Teile der oberen Extremität beeinflusst (z. B. ist die mechanische Impedanz der Finger viel niedriger als die der Handfläche). Im Allgemeinen führen höhere Vibrationspegel sowie engere Handgriffe zu einer höheren Impedanz. Es wurde jedoch festgestellt, dass die Änderung der Impedanz stark von der Frequenz und Richtung des Vibrationsreizes und verschiedenen Quellen von sowohl intra- als auch interindividueller Variabilität abhängt. In mehreren Studien wurde über einen Resonanzbereich für das Finger-Hand-Arm-System im Frequenzbereich zwischen 80 und 300 Hz berichtet.
Messungen der Vibrationsübertragung durch den menschlichen Arm haben gezeigt, dass Vibrationen mit niedrigerer Frequenz (>50 Hz) mit geringer Dämpfung entlang der Hand und des Unterarms übertragen werden. Die Dämpfung am Ellbogen ist abhängig von der Armhaltung, da die Schwingungsübertragung mit zunehmendem Beugewinkel am Ellbogengelenk tendenziell abnimmt. Bei höheren Frequenzen (> 50 Hz) nimmt die Vibrationsübertragung mit zunehmender Frequenz progressiv ab, und oberhalb von 150 bis 200 Hz wird die meiste Vibrationsenergie im Gewebe der Hand und der Finger dissipiert. Aus Transmissionsmessungen wurde gefolgert, dass im hochfrequenten Bereich Vibrationen für Schäden an den weichen Strukturen der Finger und Hände verantwortlich sein können, während niederfrequente Vibrationen mit hoher Amplitude (z. B. von schlagenden Werkzeugen) mit Verletzungen verbunden sein können an Handgelenk, Ellbogen und Schulter.
Faktoren, die die Finger- und Handdynamik beeinflussen
Es kann davon ausgegangen werden, dass die nachteiligen Wirkungen der Vibrationsexposition mit der in den oberen Gliedmaßen dissipierten Energie zusammenhängen. Die Energieabsorption hängt stark von Faktoren ab, die die Kopplung des Finger-Hand-Systems mit der Vibrationsquelle beeinflussen. Variationen des Griffdrucks, der statischen Kraft und der Haltung verändern die dynamische Reaktion von Finger, Hand und Arm und folglich die übertragene und absorbierte Energiemenge. So hat beispielsweise der Griffdruck einen erheblichen Einfluss auf die Energieabsorption und generell gilt: Je höher der Handgriff, desto größer die auf das Hand-Arm-System übertragene Kraft. Dynamische Reaktionsdaten können relevante Informationen liefern, um das Verletzungspotenzial von Werkzeugvibrationen zu bewerten und die Entwicklung von Antivibrationsgeräten wie Handgriffen und Handschuhen zu unterstützen.
Akute Auswirkungen
Subjektives Unbehagen
Vibrationen werden von verschiedenen Hautmechanorezeptoren wahrgenommen, die sich im (epi-)dermalen und subkutanen Gewebe der glatten und nackten (kahlen) Haut der Finger und Hände befinden. Sie werden entsprechend ihrer Anpassungs- und Empfangsfeldeigenschaften in zwei Kategorien eingeteilt – langsam und schnell adaptierend. Merkel-Scheiben und Ruffini-Endungen finden sich in den sich langsam anpassenden mechanorezeptiven Einheiten, die auf statischen Druck und langsame Druckänderungen reagieren und bei niedriger Frequenz (<16 Hz) angeregt werden. Schnell adaptierende Einheiten haben Meissner-Körperchen und Pacini-Körperchen, die auf schnelle Reizänderungen reagieren und für das Vibrationsempfinden im Frequenzbereich zwischen 8 und 400 Hz verantwortlich sind. Die subjektive Reaktion auf von Hand übertragene Vibrationen wurde in mehreren Studien verwendet, um Schwellenwerte, Konturen äquivalenter Empfindungen und unangenehme oder Toleranzgrenzen für Vibrationsreize bei verschiedenen Frequenzen zu erhalten (Griffin 1990). Experimentelle Ergebnisse zeigen, dass die Empfindlichkeit des Menschen gegenüber Vibrationen mit zunehmender Frequenz sowohl für Komfort- als auch Belästigungs-Vibrationspegel abnimmt. Vertikale Vibrationen scheinen unangenehmer zu sein als Vibrationen in anderen Richtungen. Es wurde auch festgestellt, dass das subjektive Unbehagen eine Funktion der spektralen Zusammensetzung der Vibration und der auf den vibrierenden Griff ausgeübten Griffkraft ist.
Aktivitätsstörung
Akute Exposition gegenüber von Hand übertragenen Vibrationen kann aufgrund einer Verringerung der Erregbarkeit der Haut-Mechanorezeptoren zu einem vorübergehenden Anstieg der vibrotaktilen Schwellen führen. Die Größe der vorübergehenden Schwellenverschiebung sowie die Erholungszeit werden von mehreren Variablen beeinflusst, wie z. B. den Eigenschaften des Stimulus (Frequenz, Amplitude, Dauer), der Temperatur sowie dem Alter des Arbeiters und früheren Vibrationsexposition. Die Einwirkung von Kälte verschlimmert die durch Vibrationen induzierte taktile Depression, da niedrige Temperaturen eine vasokonstriktive Wirkung auf die Fingerzirkulation haben und die Hauttemperatur der Finger verringern. Bei vibrationsexponierten Arbeitern, die häufig in einer kalten Umgebung arbeiten, können wiederholte Episoden akuter Beeinträchtigung des Tastempfindens zu einer dauerhaften Verringerung der sensorischen Wahrnehmung und zum Verlust der manipulativen Geschicklichkeit führen, was wiederum die Arbeitstätigkeit beeinträchtigen und das Risiko erhöhen kann für akute Verletzungen durch Unfälle.
Nicht-vaskuläre Wirkungen
Skelett-
Vibrationsbedingte Knochen- und Gelenkverletzungen sind umstritten. Verschiedene Autoren sind der Ansicht, dass Knochen- und Gelenkerkrankungen bei Arbeitern, die mit handgeführten Vibrationswerkzeugen arbeiten, nicht spezifisch sind und denen des Alterungsprozesses und schwerer körperlicher Arbeit ähnlich sind. Andererseits haben einige Forscher berichtet, dass charakteristische Skelettveränderungen in den Händen, den Handgelenken und den Ellbogen resultieren können, wenn sie über längere Zeit von der Hand übertragenen Vibrationen ausgesetzt sind. Frühere Röntgenuntersuchungen hatten eine hohe Prävalenz von Knochenvakuolen und -zysten in Händen und Handgelenken von vibrationsbelasteten Arbeitern gezeigt, neuere Studien zeigten jedoch keine signifikante Zunahme gegenüber Kontrollgruppen von Arbeitern. Bei Kohlebergarbeitern, Straßenbauarbeitern und metallverarbeitenden Arbeitern, die Stößen und niederfrequenten Vibrationen mit hoher Amplitude von pneumatischen Schlagwerkzeugen ausgesetzt waren, wurde über eine übermäßige Prävalenz von Handgelenks-Osteoarthrose und Ellenbogen-Arthrose und Osteophytose berichtet. Im Gegenteil, es gibt kaum Hinweise auf eine erhöhte Prävalenz von degenerativen Knochen- und Gelenkerkrankungen in den oberen Gliedmaßen von Arbeitern, die mittel- oder hochfrequenten Vibrationen von Kettensägen oder Schleifmaschinen ausgesetzt sind. Schwere körperliche Anstrengung, kraftvolles Greifen und andere biomechanische Faktoren können für das häufigere Auftreten von Skelettverletzungen bei Arbeitern verantwortlich sein, die mit Schlagwerkzeugen arbeiten. Lokale Schmerzen, Schwellungen und Gelenksteifheit und -deformitäten können mit radiologischen Befunden einer Knochen- und Gelenkdegeneration einhergehen. In einigen Ländern (darunter Frankreich, Deutschland, Italien) gelten Knochen- und Gelenkerkrankungen bei Arbeitern, die handgeführte Vibrationswerkzeuge verwenden, als Berufskrankheit, und die betroffenen Arbeiter werden entschädigt.
Neurologisch
Arbeiter, die mit vibrierenden Werkzeugen hantieren, können ein Kribbeln und Taubheitsgefühl in ihren Fingern und Händen verspüren. Wenn die Vibrationsbelastung andauert, verschlimmern sich diese Symptome tendenziell und können die Arbeitsfähigkeit und die Lebensaktivitäten beeinträchtigen. Vibrationsexponierte Arbeiter können bei klinischen Untersuchungen erhöhte Vibrations-, Temperatur- und Tastschwellen aufweisen. Es wurde vermutet, dass eine kontinuierliche Vibrationsexposition nicht nur die Erregbarkeit von Hautrezeptoren herabsetzen kann, sondern auch pathologische Veränderungen in den Fingernerven hervorrufen kann, wie z. B. ein perineurales Ödem, gefolgt von Fibrose und Nervenfaserverlust. Epidemiologische Erhebungen bei Arbeitern, die Vibrationen ausgesetzt sind, zeigen, dass die Prävalenz peripherer neurologischer Störungen von wenigen Prozent bis zu mehr als 80 Prozent variiert und dass der sensorische Verlust die Benutzer einer Vielzahl von Werkzeugtypen betrifft. Es scheint, dass sich die Vibrationsneuropathie unabhängig von anderen vibrationsinduzierten Störungen entwickelt. Auf dem Stockholm Workshop 86 (1987) wurde eine Skala der neurologischen Komponente des HAV-Syndroms vorgeschlagen, die aus drei Stufen gemäß den Symptomen und den Ergebnissen der klinischen Untersuchung und objektiven Tests besteht (Tabelle 2).
Tabelle 2. Sensorineurale Stadien der Stockholm-Workshop-Skala für das Hand-Arm-Vibrationssyndrom
Stufe |
Anzeichen und Symptome |
0SN |
Vibrationen ausgesetzt, aber keine Symptome |
1SN |
Intermittierende Taubheit, mit oder ohne Kribbeln |
2SN |
Intermittierende oder anhaltende Taubheit, reduzierte sensorische Wahrnehmung |
3SN |
Intermittierende oder anhaltende Taubheit, reduzierte taktile Diskriminierung und/oder |
Quelle: Stockholm Workshop 86 1987.
Eine sorgfältige Differentialdiagnose ist erforderlich, um die Vibrationsneuropathie von Einklemmungsneuropathien wie dem Karpaltunnelsyndrom (CTS) zu unterscheiden, einer Störung, die auf eine Kompression des Nervus medianus zurückzuführen ist, wenn dieser durch einen anatomischen Tunnel im Handgelenk verläuft. CTS scheint eine häufige Störung in einigen Berufsgruppen zu sein, die vibrierende Werkzeuge verwenden, wie z. B. Gesteinsbohrer, Beschichter und Forstarbeiter. Es wird angenommen, dass ergonomische Stressoren, die auf die Hand und das Handgelenk einwirken (sich wiederholende Bewegungen, kräftiges Greifen, ungünstige Körperhaltungen), zusätzlich zu Vibrationen CTS bei Arbeitern verursachen können, die mit vibrierenden Werkzeugen umgehen. Die Elektroneuromyographie, die sensorische und motorische Nervengeschwindigkeiten misst, hat sich als nützlich erwiesen, um CTS von anderen neurologischen Erkrankungen zu unterscheiden.
Muskulös
Vibrationen ausgesetzte Arbeiter können über Muskelschwäche und Schmerzen in Händen und Armen klagen. Bei einigen Personen kann Muskelermüdung zu Behinderungen führen. In Folgestudien an Holzfällern wurde über eine Abnahme der Handgriffstärke berichtet. Als mögliche ätiologische Faktoren für Muskelsymptome wurden direkte mechanische Verletzungen oder periphere Nervenschäden vorgeschlagen. Bei Arbeitern, die Vibrationen ausgesetzt waren, wurde über andere arbeitsbedingte Störungen berichtet, wie z. B. Tendinitis und Tenosynovitis in den oberen Gliedmaßen und die Dupuytren-Kontraktur, eine Erkrankung des Fasziengewebes der Handfläche. Diese Störungen scheinen mit ergonomischen Stressfaktoren verbunden zu sein, die durch schwere manuelle Arbeit entstehen, und der Zusammenhang mit von der Hand übertragenen Vibrationen ist nicht schlüssig.
Gefäßerkrankungen
Raynauds Phänomen
Giovanni Loriga, ein italienischer Arzt, berichtete erstmals 1911, dass Steinmetze, die pneumatische Hämmer auf Marmor und Steinblöcke in einigen Werften in Rom verwendeten, unter erblassenden Fingern litten, die der von Maurice Raynaud 1862 beschriebenen digitalen vasospastischen Reaktion auf Kälte oder emotionalen Stress ähnelten. Ähnliche Beobachtungen wurden von Alice Hamilton (1918) bei Steinmetzarbeiten in den Vereinigten Staaten und später von mehreren anderen Forschern gemacht. In der Literatur werden verschiedene Synonyme verwendet, um vibrationsinduzierte Gefäßerkrankungen zu beschreiben: toter oder weißer Finger, Raynaud-Phänomen des beruflichen Ursprungs, traumatische vasospastische Erkrankung und in jüngerer Zeit Vibrations-induzierter weißer Finger (VWF). Klinisch ist VWF durch Episoden von weißen oder blassen Fingern gekennzeichnet, die durch einen spastischen Verschluss der digitalen Arterien verursacht werden. Die Attacken werden meist durch Kälte ausgelöst und dauern 5 bis 30 bis 40 Minuten. Während eines Angriffs kann ein vollständiger Verlust der taktilen Sensibilität auftreten. In der Erholungsphase, die üblicherweise durch Wärme oder lokale Massage beschleunigt wird, können an den betroffenen Fingern Rötungen als Folge einer reaktiven Erhöhung des Blutflusses in den Hautgefäßen auftreten. In den seltenen fortgeschrittenen Fällen können wiederholte und schwere digitale vasospastische Attacken zu trophischen Veränderungen (Ulcera oder Gangrän) in der Haut der Fingerspitzen führen. Um das kälteinduzierte Raynaud-Phänomen bei Arbeitern zu erklären, die Vibrationen ausgesetzt sind, berufen sich einige Forscher auf einen übertriebenen zentralen sympathischen Vasokonstriktorreflex, der durch eine längere Exposition gegenüber schädlichen Vibrationen verursacht wird, während andere dazu neigen, die Rolle von vibrationsinduzierten lokalen Veränderungen in den digitalen Gefäßen zu betonen (z. Verdickung der Muskelwand, Endothelschädigung, funktionelle Rezeptorveränderungen). Auf dem Stockholm Workshop 86 (1987) wurde eine Einstufungsskala für die Einstufung von VWF vorgeschlagen (Tabelle 3). Ein numerisches System für VWF-Symptome, das von Griffin entwickelt wurde und auf Scores für das Blanchieren verschiedener Phalangen basiert, ist ebenfalls verfügbar (Griffin 1990). Mehrere Labortests werden verwendet, um VWF objektiv zu diagnostizieren. Die meisten dieser Tests basieren auf Kälteprovokation und der Messung der Fingerhauttemperatur oder des digitalen Blutflusses und -drucks vor und nach dem Abkühlen von Fingern und Händen.
Tabelle 3. Die Stockholm-Workshop-Skala zur Einstufung des kälteinduzierten Raynaud-Phänomens beim Hand-Arm-Vibrationssyndrom
Stufe |
Klasse |
Symptome |
0 |
- |
Keine Angriffe |
1 |
Mild |
Gelegentliche Attacken, die nur die Spitzen eines oder mehrerer Finger betreffen |
2 |
Moderat |
Gelegentlich distale und mittlere Attacken (selten auch |
3 |
Schwer |
Häufige Attacken, die alle Phalangen der meisten Finger betreffen |
4 |
Sehr ernst |
Wie im Stadium 3, mit trophischen Hautveränderungen an den Fingerkuppen |
Quelle: Stockholm Workshop 86 1987.
Epidemiologische Studien haben darauf hingewiesen, dass die Prävalenz von VWF sehr breit ist, von weniger als 1 bis 100 Prozent. Es wurde festgestellt, dass VWF mit der Verwendung von schlagenden Metallbearbeitungswerkzeugen, Schleifmaschinen und anderen rotierenden Werkzeugen, schlagenden Hämmern und Bohrern, die bei Ausgrabungen verwendet werden, vibrierenden Maschinen, die im Wald verwendet werden, und anderen angetriebenen Werkzeugen und Prozessen in Verbindung gebracht werden. VWF ist in vielen Ländern als Berufskrankheit anerkannt. Seit 1975–80 wurde bei Forstarbeitern sowohl in Europa als auch in Japan ein Rückgang der Inzidenz neuer VWF-Fälle gemeldet, nachdem Antivibrations-Kettensägen und administrative Maßnahmen zur Verkürzung der Sägenutzungsdauer eingeführt wurden. Ähnliche Erkenntnisse liegen für andere Werkzeugtypen noch nicht vor.
Andere Störungen
Einige Studien weisen darauf hin, dass der Hörverlust bei Arbeitnehmern, die von VWF betroffen sind, größer ist als aufgrund von Alterung und Lärmbelastung durch die Verwendung von vibrierenden Werkzeugen zu erwarten ist. Es wurde vermutet, dass bei VWF-Patienten ein zusätzliches Risiko für eine Hörbeeinträchtigung aufgrund einer vibrationsinduzierten sympathischen Reflexvasokonstriktion der Blutgefäße besteht, die das Innenohr versorgen. Zusätzlich zu den peripheren Störungen wurde von einigen russischen und japanischen Schulen für Arbeitsmedizin über andere nachteilige Auswirkungen auf die Gesundheit des endokrinen und zentralen Nervensystems von Arbeitern berichtet, die Vibrationen ausgesetzt waren (Griffin 1990). Das klinische Bild, das als „Vibrationskrankheit“ bezeichnet wird, umfasst Anzeichen und Symptome im Zusammenhang mit einer Dysfunktion der autonomen Zentren des Gehirns (z. B. anhaltende Müdigkeit, Kopfschmerzen, Reizbarkeit, Schlafstörungen, Impotenz, elektroenzephalografische Anomalien). Diese Ergebnisse sollten mit Vorsicht interpretiert werden, und weitere sorgfältig konzipierte epidemiologische und klinische Forschungsarbeiten sind erforderlich, um die Hypothese eines Zusammenhangs zwischen Störungen des zentralen Nervensystems und der Exposition gegenüber von Hand übertragenen Vibrationen zu bestätigen.
Standards
Mehrere Länder haben Standards oder Richtlinien für die Exposition gegenüber von Hand übertragenen Vibrationen verabschiedet. Die meisten basieren auf dem Internationalen Standard 5349 (ISO 1986). Zur Messung der von der Hand übertragenen Vibrationen empfiehlt ISO 5349 die Verwendung einer Frequenzbewertungskurve, die die frequenzabhängige Empfindlichkeit der Hand auf Vibrationsreize annähert. Die frequenzgewichtete Schwingungsbeschleunigung (ah,w) erhält man mit einem geeigneten Gewichtungsfilter oder durch Summierung gewichteter Beschleunigungswerte gemessen in Oktav- oder Terzbändern entlang eines orthogonalen Koordinatensystems (xh, yh, zh), (Abbildung 1). In ISO 5349 wird die tägliche Exposition gegenüber Vibrationen als energieäquivalente frequenzgewichtete Beschleunigung für einen Zeitraum von vier Stunden ((ah,w)Gleichung(4) in m/s2 rms) nach folgender Gleichung:
(ah,w)Gleichung(4)=(T/ 4)½(ah,w)eq(T)
woher T ist die tägliche Expositionszeit, ausgedrückt in Stunden und (ah,w)eq(T) ist die energieäquivalente frequenzgewichtete Beschleunigung für die tägliche Expositionszeit T. Die Norm bietet eine Anleitung zur Berechnung von (ah,w)eq(T) wenn ein typischer Arbeitstag durch mehrere Expositionen unterschiedlicher Größenordnung und Dauer gekennzeichnet ist. Anhang A zu ISO 5349 (der nicht Bestandteil der Norm ist) schlägt eine Dosis-Wirkungs-Beziehung vor zwischen (ah,w)Gleichung(4) und VWF, die durch die Gleichung angenähert werden können:
C=[(ah,w)Gleichung(4) TF/ 95]2 x 100
woher C ist das Perzentil der exponierten Arbeiter, von denen erwartet wird, dass sie VWF zeigen (im Bereich von 10 bis 50 %), und TF ist die Expositionszeit vor dem Blanchieren der Finger bei den betroffenen Arbeitern (im Bereich von 1 bis 25 Jahren). Zur Berechnung von (ah,w)Gleichung(4), die 50 m/s nicht überschreiten sollte2. Gemäß der ISO-Dosis-Wirkungs-Beziehung ist zu erwarten, dass VWF bei etwa 10 % der Arbeiter auftritt, die einer täglichen Vibrationsbelastung von 3 m/s ausgesetzt sind2 für zehn Jahre.
Abbildung 1. Basiszentrisches Koordinatensystem für die Messung von handübertragenen Schwingungen
Um das Risiko vibrationsinduzierter Gesundheitsschäden zu minimieren, wurden von anderen Komitees oder Organisationen Aktionsniveaus und Grenzwerte (TLVs) für die Vibrationsexposition vorgeschlagen. Die American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH) hat TLVs für handübertragene Vibrationen, gemessen nach dem ISO-Frequenzgewichtungsverfahren (American Conference of Governmental Industrial Hygienists 1992), veröffentlicht (Tabelle 4). Laut ACGIH betreffen die TLV-Vorschläge Vibrationsbelastungen, denen „fast alle Arbeitnehmer wiederholt ausgesetzt sein können, ohne über Stufe 1 des Stockholmer Werkstatt-Klassifizierungssystems für VWF hinauszukommen“. In jüngerer Zeit wurden von der Kommission der Europäischen Gemeinschaften im Rahmen eines Vorschlags für eine Richtlinie zum Schutz der Arbeitnehmer vor der Gefährdung durch physikalische Einwirkungen (Rat der Europäischen Union 1994) Expositionsgrenzwerte für von Hand übertragene Schwingungen vorgelegt (Tabelle 5 ). In der vorgeschlagenen Richtlinie wird die für die Bewertung der Vibrationsgefährdung verwendete Größe als achtstündige energieäquivalente frequenzgewichtete Beschleunigung ausgedrückt, A(8)=(T/ 8)½ (ah,w)eq(T), indem die in orthogonalen Koordinaten bestimmte Vektorsumme der gewichteten Beschleunigungen verwendet wird aSumme=(ax,h,w2+aj,h,w2+az,h,w2)½ am vibrierenden Werkzeuggriff oder Werkstück. Die in der Richtlinie angegebenen Methoden zur Messung und Bewertung der Vibrationsexposition sind im Wesentlichen vom British Standard (BS) 6842 (BSI 1987a) abgeleitet. Der BS-Standard empfiehlt jedoch keine Expositionsgrenzwerte, sondern liefert einen informativen Anhang zum Kenntnisstand der Dosis-Wirkungs-Beziehung für handübertragene Schwingungen. Die geschätzten frequenzgewichteten Beschleunigungsgrößen, die bei 10 % der Arbeitnehmer, die Vibrationen gemäß dem BS-Standard ausgesetzt sind, VWF verursachen können, sind in Tabelle 6 aufgeführt.
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Tabelle 4. Schwellenwerte für von Hand übertragene Schwingungen
Tägliche Gesamtexposition (Stunden) |
Frequenzbewertete Effektivbeschleunigung in der dominierenden Richtung, die nicht überschritten werden sollte |
|
|
g* |
|
4-8 |
4 |
0.40 |
2-4 |
6 |
0.61 |
1-2 |
8 |
0.81 |
1 |
12 |
1.22 |
* 1 g = 9.81 .
Quelle: Nach Angaben der American Conference of Government Industrial Hygienists 1992.
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Tabelle 5. Vorschlag des Rates der Europäischen Union für eine Richtlinie des Rates über physikalische Einwirkungen: Anhang II A. Handübertragene Schwingungen (1994)
Stufen () |
A(8)* |
Definitionen |
Schwelle |
1 |
Der Belichtungswert, unterhalb dessen kontinuierlich und/oder wiederholt Die Exposition hat keine nachteiligen Auswirkungen auf die Gesundheit und Sicherheit der Arbeitnehmer |
Action |
2.5 |
Der Wert, über dem eine oder mehrere der Maßnahmen** die in den jeweiligen Anhängen angegeben sind, durchzuführen |
Expositionsgrenzwert |
5 |
Der Expositionswert, über dem sich eine ungeschützte Person befindet unannehmbaren Risiken ausgesetzt. Das Überschreiten dieses Niveaus ist verboten und muss durch die Umsetzung verhindert werden der Bestimmungen der Richtlinie*** |
* A(8) = 8 h energieäquivalente frequenzgewichtete Beschleunigung.
** Information, Schulung, technische Maßnahmen, Gesundheitsüberwachung.
*** Geeignete Maßnahmen zum Schutz von Gesundheit und Sicherheit.
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Tabelle 6. Frequenzbewertete Schwingungsbeschleunigungsgrößen ( rms), von dem erwartet werden kann, dass es bei 10 % der exponierten Personen zu erbleichenden Fingern führt*
Tägliche Exposition (Stunden) |
Lebenslange Exposition (Jahre) |
|||||
|
0.5 |
1 |
2 |
4 |
8 |
16 |
0.25 |
256.0 |
128.0 |
64.0 |
32.0 |
16.0 |
8.0 |
0.5 |
179.2 |
89.6 |
44.8 |
22.4 |
11.2 |
5.6 |
1 |
128.0 |
64.0 |
32.0 |
16.0 |
8.0 |
4.0 |
2 |
89.6 |
44.8 |
22.4 |
11.2 |
5.6 |
2.8 |
4 |
64.0 |
32.0 |
16.0 |
8.0 |
4.0 |
2.0 |
8 |
44.8 |
22.4 |
11.2 |
5.6 |
2.8 |
1.4 |
* Bei kurzzeitiger Exposition sind die Ausmaße hoch und Gefäßstörungen sind möglicherweise nicht das erste nachteilige Symptom, das sich entwickelt.
Quelle: Gemäß British Standard 6842. 1987, BSI 1987a.
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Messung und Bewertung der Exposition
Vibrationsmessungen werden durchgeführt, um die Entwicklung neuer Werkzeuge zu unterstützen, die Vibration von Werkzeugen beim Kauf zu überprüfen, die Wartungsbedingungen zu überprüfen und die menschliche Exposition gegenüber Vibrationen am Arbeitsplatz zu bewerten. Schwingungsmessgeräte bestehen im Allgemeinen aus einem Wandler (normalerweise ein Beschleunigungsmesser), einem Verstärkungsgerät, einem Filter (Bandpassfilter und/oder Frequenzbewertungsnetzwerk) und einem Amplituden- oder Pegelanzeiger oder -schreiber. Vibrationsmessungen sollten am Werkzeuggriff oder Werkstück nahe der Oberfläche der Hand(en) durchgeführt werden, wo die Vibration in den Körper eintritt. Eine sorgfältige Auswahl der Beschleunigungsmesser (z. B. Typ, Masse, Empfindlichkeit) und geeignete Verfahren zur Befestigung des Beschleunigungsmessers auf der vibrierenden Oberfläche sind erforderlich, um genaue Ergebnisse zu erhalten. Auf die Hand übertragene Schwingungen sollten gemessen und in den entsprechenden Richtungen eines orthogonalen Koordinatensystems angegeben werden (Abbildung 1). Die Messung sollte über einen Frequenzbereich von mindestens 5 bis 1,500 Hz erfolgen, und der Beschleunigungsfrequenzgehalt der Schwingung in einer oder mehreren Achsen kann in Oktavbändern mit Mittenfrequenzen von 8 bis 1,000 Hz oder in Terzbändern dargestellt werden mit Mittenfrequenzen von 6.3 bis 1,250 Hz. Die Beschleunigung kann auch als frequenzbewertete Beschleunigung ausgedrückt werden, indem ein Bewertungsnetzwerk verwendet wird, das den in ISO 5349 oder BS 6842 festgelegten Merkmalen entspricht. Messungen am Arbeitsplatz zeigen, dass unterschiedliche Schwingungsgrößen und Frequenzspektren an Werkzeugen des gleichen Typs oder wann auftreten können dasselbe Werkzeug wird anders bedient. Abbildung 2 gibt den Mittelwert und den Verteilungsbereich der gewichteten Beschleunigungen wieder, die in der dominanten Achse von kraftbetriebenen Werkzeugen gemessen wurden, die in Forstwirtschaft und Industrie verwendet werden (ISSA International Section for Research 1989). In mehreren Normen wird die von Hand übertragene Vibrationsexposition in Form einer vierstündigen oder achtstündigen energieäquivalenten frequenzgewichteten Beschleunigung bewertet, die mit Hilfe der obigen Gleichungen berechnet wird. Das Verfahren zum Erhalten der energieäquivalenten Beschleunigung geht davon aus, dass die tägliche Expositionszeit, die erforderlich ist, um gesundheitsschädliche Wirkungen hervorzurufen, umgekehrt proportional zum Quadrat der frequenzgewichteten Beschleunigung ist (z vier). Diese Zeitabhängigkeit wird für Standardisierungszwecke als angemessen angesehen und ist für die Instrumentierung geeignet, aber es sollte beachtet werden, dass sie nicht vollständig durch epidemiologische Daten belegt ist (Griffin 1990).
Abbildung 2. Mittelwerte und Verteilungsbereich der frequenzgewichteten Effektivbeschleunigung in der dominanten Achse, gemessen an dem/den Griff(en) einiger Elektrowerkzeuge, die in Forstwirtschaft und Industrie verwendet werden
abwehr
Die Vermeidung von Verletzungen oder Störungen durch handübertragene Schwingungen erfordert die Umsetzung administrativer, technischer und medizinischer Verfahren (ISO 1986; BSI 1987a). Auch Hersteller und Anwender vibrierender Werkzeuge sollten entsprechend beraten werden. Zu den administrativen Maßnahmen sollten angemessene Informationen und Schulungen gehören, um die Bediener vibrierender Maschinen anzuweisen, sichere und korrekte Arbeitspraktiken anzuwenden. Da davon ausgegangen wird, dass eine kontinuierliche Exposition gegenüber Vibrationen die Vibrationsgefahr erhöht, sollten Arbeitspläne so gestaltet werden, dass sie Ruhezeiten enthalten. Technische Maßnahmen sollten die Auswahl von Werkzeugen mit den geringsten Vibrationen und mit geeigneter ergonomischer Gestaltung beinhalten. Gemäß der EG-Richtlinie für die Sicherheit von Maschinen (Rat der Europäischen Gemeinschaften 1989) muss der Hersteller veröffentlichen, ob die frequenzbewertete Beschleunigung von handübertragenen Schwingungen 2.5 m/s überschreitet2, bestimmt durch geeignete Testcodes, wie sie in der Internationalen Norm ISO 8662/1 und ihren Begleitdokumenten für spezifische Werkzeuge (ISO 1988) angegeben sind. Die Wartungsbedingungen der Werkzeuge sollten sorgfältig durch regelmäßige Vibrationsmessungen überprüft werden. Bei schwingungsexponierten Arbeitnehmern sollten in regelmäßigen Abständen arbeitsmedizinische Vorsorgeuntersuchungen und anschließende klinische Untersuchungen durchgeführt werden. Die Ziele der ärztlichen Überwachung sind die Aufklärung des Arbeitnehmers über mögliche Gefährdungen durch Vibrationsexposition, die Beurteilung des Gesundheitszustandes und die frühzeitige Diagnose von vibrationsbedingten Störungen. Bei der ersten Screening-Untersuchung sollte besonders auf Erkrankungen geachtet werden, die durch Vibrationen verschlimmert werden können (z. B. konstitutionelle Neigung zum weißen Finger, einige Formen des sekundären Raynaud-Phänomens, frühere Verletzungen der oberen Extremitäten, neurologische Störungen). Die Vermeidung oder Verringerung der Vibrationsexposition für den betroffenen Arbeitnehmer sollte nach Berücksichtigung sowohl der Schwere der Symptome als auch der Merkmale des gesamten Arbeitsprozesses entschieden werden. Dem Arbeiter sollte geraten werden, angemessene Kleidung zu tragen, um den ganzen Körper warm zu halten, und das Rauchen von Tabak und den Konsum einiger Drogen, die den peripheren Kreislauf beeinträchtigen können, zu vermeiden oder zu minimieren. Handschuhe können nützlich sein, um die Finger und Hände vor Verletzungen zu schützen und sie warm zu halten. Sogenannte Antivibrationshandschuhe können eine gewisse Isolation der hochfrequenten Vibrationskomponenten einiger Werkzeuge bieten.
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