Come la luce, che è visibile, la radiazione ultravioletta (UVR) è una forma di radiazione ottica con lunghezze d'onda più corte e fotoni (particelle di radiazione) più energetici rispetto alla sua controparte visibile. La maggior parte delle sorgenti luminose emette anche alcuni raggi UV. I raggi UV sono presenti nella luce solare e vengono emessi anche da un gran numero di sorgenti ultraviolette utilizzate nell'industria, nella scienza e nella medicina. I lavoratori possono incontrare UVR in un'ampia varietà di contesti professionali. In alcuni casi, a bassi livelli di luce ambientale, si possono vedere sorgenti quasi ultraviolette ("luce nera") molto intense, ma normalmente i raggi UV sono invisibili e devono essere rilevati dal bagliore dei materiali che emettono fluorescenza quando illuminati dai raggi UV.

Proprio come la luce può essere suddivisa in colori che possono essere visti in un arcobaleno, l'UVR è suddiviso e i suoi componenti sono comunemente indicati come UVA, UVB ed UVC. Le lunghezze d'onda della luce e dei raggi UV sono generalmente espresse in nanometri (nm); 1 nm è un miliardesimo (10^-9) di un metro. I raggi UVC (UVR a lunghezza d'onda molto corta) della luce solare vengono assorbiti dall'atmosfera e non raggiungono la superficie terrestre. L'UVC è disponibile solo da fonti artificiali, come le lampade germicide, che emettono la maggior parte della loro energia a una singola lunghezza d'onda (254 nm) che è molto efficace nell'uccidere batteri e virus su una superficie o nell'aria.

I raggi UVB sono i raggi UV biologicamente più dannosi per la pelle e gli occhi e, sebbene la maggior parte di questa energia (che è una componente della luce solare) sia assorbita dall'atmosfera, produce comunque scottature e altri effetti biologici. I raggi UV a lunghezza d'onda lunga, UVA, si trovano normalmente nella maggior parte delle sorgenti luminose ed è anche il più intenso UVR che raggiunge la Terra. Sebbene i raggi UVA possano penetrare in profondità nei tessuti, non sono biologicamente dannosi come i raggi UVB perché le energie dei singoli fotoni sono inferiori a quelle dei raggi UVB o UVC.

Fonti di radiazione ultravioletta

Luce del sole

La maggiore esposizione professionale ai raggi UV è vissuta dai lavoratori all'aperto sotto la luce solare. L'energia della radiazione solare è notevolmente attenuata dallo strato di ozono terrestre, limitando i raggi UV terrestri a lunghezze d'onda superiori a 290-295 nm. L'energia dei raggi solari più pericolosi a lunghezza d'onda corta (UVB) è una forte funzione del percorso obliquo atmosferico e varia con la stagione e l'ora del giorno (Sliney 1986 e 1987; WHO 1994).

Fonti artificiali

Le fonti artificiali più significative di esposizione umana includono quanto segue:

Saldatura ad arco industriale. La fonte più significativa di potenziale esposizione ai raggi UV è l'energia radiante delle apparecchiature di saldatura ad arco. I livelli di raggi UV intorno alle apparecchiature per la saldatura ad arco sono molto elevati e possono verificarsi lesioni acute agli occhi e alla pelle entro tre-dieci minuti dall'esposizione a una distanza di visione ravvicinata di pochi metri. La protezione degli occhi e della pelle è obbligatoria.

Lampade UVR industriali/da lavoro. Molti processi industriali e commerciali, come l'indurimento fotochimico di inchiostri, vernici e materie plastiche, comportano l'uso di lampade che emettono fortemente nella gamma UV. Sebbene la probabilità di un'esposizione dannosa sia bassa a causa della schermatura, in alcuni casi può verificarsi un'esposizione accidentale.

“Luci nere”. Le luci nere sono lampade specializzate che emettono prevalentemente nella gamma UV, e sono generalmente utilizzate per controlli non distruttivi con polveri fluorescenti, per l'autenticazione di banconote e documenti, e per effetti speciali in pubblicità e discoteche. Queste lampade non presentano alcun rischio di esposizione significativo per l'uomo (tranne in alcuni casi per la pelle fotosensibilizzata).

Trattamento medico. Le lampade UVR sono utilizzate in medicina per una varietà di scopi diagnostici e terapeutici. Le sorgenti UVA sono normalmente utilizzate nelle applicazioni diagnostiche. L'esposizione al paziente varia notevolmente a seconda del tipo di trattamento e le lampade UV utilizzate in dermatologia richiedono un uso attento da parte del personale.

Lampade germicide UVR. I raggi UV con lunghezze d'onda comprese tra 250 e 265 nm sono i più efficaci per la sterilizzazione e la disinfezione poiché corrispondono a un massimo nello spettro di assorbimento del DNA. I tubi a scarica di mercurio a bassa pressione sono spesso utilizzati come sorgente UV, poiché oltre il 90% dell'energia irradiata si trova sulla linea dei 254 nm. Queste lampade sono spesso chiamate “lampade germicide”, “lampade battericide” o semplicemente “lampade UVC”. Le lampade germicide sono utilizzate negli ospedali per combattere l'infezione da tubercolosi e sono utilizzate anche all'interno di cabine di sicurezza microbiologiche per inattivare i microrganismi presenti nell'aria e di superficie. La corretta installazione delle lampade e l'uso di protezioni per gli occhi sono essenziali.

Abbronzatura cosmetica. I lettini abbronzanti si trovano nelle aziende in cui i clienti possono abbronzarsi con speciali lampade abbronzanti, che emettono principalmente nella gamma UVA ma anche alcuni UVB. L'uso regolare di un lettino solare può contribuire in modo significativo all'esposizione annuale della pelle ai raggi UV di una persona; inoltre, anche il personale che lavora nei centri abbronzatura può essere esposto a bassi livelli. L'uso di protezioni per gli occhi come occhiali o occhiali da sole dovrebbe essere obbligatorio per il cliente e, a seconda della disposizione, anche i membri del personale potrebbero richiedere protezioni per gli occhi.

Illuminazione generale. Le lampade fluorescenti sono comuni sul posto di lavoro e sono state utilizzate in casa ormai da molto tempo. Queste lampade emettono piccole quantità di raggi UV e contribuiscono solo per una piccola percentuale all'esposizione annuale ai raggi UV di una persona. Le lampade alogene al tungsteno sono sempre più utilizzate in casa e sul posto di lavoro per una varietà di scopi di illuminazione e visualizzazione. Le lampade alogene non schermate possono emettere livelli di UVR sufficienti a causare lesioni gravi a breve distanza. L'installazione di filtri in vetro su queste lampade dovrebbe eliminare questo rischio.

Effetti biologici

La pelle

Eritema

L'eritema, o "scottatura solare", è un arrossamento della pelle che normalmente compare tra le quattro e le otto ore dopo l'esposizione ai raggi UV e si attenua gradualmente dopo alcuni giorni. Le scottature solari gravi possono comportare vesciche e desquamazione della pelle. UVB e UVC sono entrambi circa 1,000 volte più efficaci nel causare eritema rispetto agli UVA (Parrish, Jaenicke e Anderson 1982), ma l'eritema prodotto dalle lunghezze d'onda UVB più lunghe (da 295 a 315 nm) è più grave e persiste più a lungo (Hausser 1928). L'aumento della gravità e del decorso dell'eritema risulta dalla penetrazione più profonda di queste lunghezze d'onda nell'epidermide. La massima sensibilità della pelle apparentemente si verifica a circa 295 nm (Luckiesh, Holladay e Taylor 1930; Coblentz, Stair e Hogue 1931) con una sensibilità molto inferiore (circa 0.07) che si verifica a 315 nm e lunghezze d'onda maggiori (McKinlay e Diffey 1987).

La dose eritemica minima (MED) per 295 nm che è stata riportata in studi più recenti per la pelle non abbronzata e leggermente pigmentata varia da 6 a 30 mJ/cm² (Everett, Olsen e Sayer 1965; Freeman et al. 1966; Berger, Urbach e Davies 1968). Il MED a 254 nm varia notevolmente a seconda del tempo trascorso dopo l'esposizione e se la pelle è stata esposta molto alla luce solare esterna, ma è generalmente dell'ordine di 20 mJ/cm², o fino a 0.1 J/cm². La pigmentazione e l'abbronzatura della pelle e, soprattutto, l'ispessimento dello strato corneo, possono aumentare questa MED di almeno un ordine di grandezza.

Fotosensibilizzazione

Gli specialisti della medicina del lavoro riscontrano spesso effetti avversi derivanti dall'esposizione professionale ai raggi UV nei lavoratori fotosensibilizzati. L'uso di alcuni medicinali può produrre un effetto fotosensibilizzante sull'esposizione ai raggi UVA, così come l'applicazione topica di alcuni prodotti, inclusi alcuni profumi, lozioni per il corpo e così via. Le reazioni agli agenti fotosensibilizzanti comportano sia fotoallergia (reazione allergica della pelle) che fototossicità (irritazione della pelle) dopo l'esposizione ai raggi UV dalla luce solare o da sorgenti UV industriali. (Anche le reazioni di fotosensibilità durante l'uso di apparecchiature abbronzanti sono comuni.) Questa fotosensibilizzazione della pelle può essere causata da creme o unguenti applicati sulla pelle, da farmaci assunti per via orale o per iniezione o dall'uso di inalatori soggetti a prescrizione medica (vedere figura 1 ). Il medico che prescrive un farmaco potenzialmente fotosensibilizzante dovrebbe sempre avvertire il paziente di adottare misure appropriate per evitare effetti avversi, ma al paziente viene spesso detto solo di evitare la luce solare e non le fonti UVR (poiché queste sono rare per la popolazione generale).

Figura 1. Alcune sostanze fonosensibilizzanti

Effetti ritardati

L'esposizione cronica alla luce solare, in particolare alla componente UVB, accelera l'invecchiamento della pelle e aumenta il rischio di sviluppare il cancro della pelle (Fitzpatrick et al. 1974; Forbes e Davies 1982; Urbach 1969; Passchier e Bosnjakovic 1987). Diversi studi epidemiologici hanno dimostrato che l'incidenza del cancro della pelle è fortemente correlata con la latitudine, l'altitudine e la copertura del cielo, che sono correlate con l'esposizione ai raggi UV (Scotto, Fears e Gori 1980; WHO 1993).

Non sono ancora state stabilite esatte relazioni quantitative dose-risposta per la carcinogenesi della pelle umana, sebbene gli individui di carnagione chiara, in particolare quelli di origine celtica, siano molto più inclini a sviluppare il cancro della pelle. Tuttavia, va notato che le esposizioni ai raggi UV necessarie per suscitare tumori della pelle nei modelli animali possono essere erogate sufficientemente lentamente da non produrre eritema e l'efficacia relativa (relativa al picco a 302 nm) riportata in questi studi varia nello stesso come scottature solari (Cole, Forbes e Davies 1986; Sterenborg e van der Leun 1987).

L'occhio

Fotocheratite e fotocongiuntivite

Si tratta di reazioni infiammatorie acute derivanti dall'esposizione a radiazioni UVB e UVC che compaiono entro poche ore dall'esposizione eccessiva e normalmente si risolvono dopo uno o due giorni.

Lesione retinica da luce intensa

Sebbene sia improbabile un danno termico alla retina da fonti luminose, può verificarsi un danno fotochimico dall'esposizione a fonti ricche di luce blu. Ciò può comportare una riduzione temporanea o permanente della vista. Tuttavia, la normale risposta di avversione alla luce intensa dovrebbe prevenire questo evento a meno che non venga compiuto uno sforzo cosciente per fissare fonti di luce intensa. Il contributo dei raggi UV al danno retinico è generalmente molto ridotto perché l'assorbimento da parte del cristallino limita l'esposizione retinica.

Effetti cronici

L'esposizione professionale a lungo termine ai raggi UV per diversi decenni può contribuire alla cataratta e ad effetti degenerativi non correlati all'occhio come l'invecchiamento della pelle e il cancro della pelle associati all'esposizione al sole. Anche l'esposizione cronica alle radiazioni infrarosse può aumentare il rischio di cataratta, ma questo è molto improbabile, dato l'accesso alla protezione degli occhi.

La radiazione ultravioletta attinica (UVB e UVC) è fortemente assorbita dalla cornea e dalla congiuntiva. La sovraesposizione di questi tessuti provoca la cheratocongiuntivite, comunemente indicata come “bagliore del saldatore”, “occhio ad arco” o “cecità da neve”. Pitts ha riportato lo spettro d'azione e il decorso temporale della fotocheratite nella cornea umana, di coniglio e di scimmia (Pitts 1974). Il periodo di latenza varia inversamente con la gravità dell'esposizione, da 1.5 a 24 ore, ma di solito si verifica entro 6-12 ore; il disagio di solito scompare entro 48 ore. Segue la congiuntivite che può essere accompagnata da eritema della pelle del viso che circonda le palpebre. Naturalmente, l'esposizione ai raggi UV raramente provoca lesioni oculari permanenti. Pitts e Tredici (1971) hanno riportato dati di soglia per la fotocheratite nell'uomo per bande d'onda di 10 nm di larghezza da 220 a 310 nm. È stato riscontrato che la massima sensibilità della cornea si verifica a 270 nm, che differisce notevolmente dal massimo per la pelle. Presumibilmente, la radiazione di 270 nm è biologicamente più attiva a causa della mancanza di uno strato corneo per attenuare la dose al tessuto epiteliale corneale a lunghezze d'onda UVR più corte. La risposta in lunghezza d'onda, o spettro d'azione, non variava tanto quanto lo spettro d'azione dell'eritema, con soglie che variavano da 4 a 14 mJ/cm² a 270nm. La soglia riportata a 308 nm era di circa 100 mJ/cm².

L'esposizione ripetuta dell'occhio a livelli potenzialmente pericolosi di UVR non aumenta la capacità protettiva del tessuto interessato (la cornea) così come l'esposizione della pelle, che porta all'abbronzatura e all'ispessimento dello strato corneo. Ringvold e colleghi hanno studiato le proprietà di assorbimento UVR della cornea (Ringvold 1980a) e dell'umor acqueo (Ringvold 1980b), così come gli effetti della radiazione UVB sull'epitelio corneale (Ringvold 1983), sullo stroma corneale (Ringvold e Davanger 1985) e l'endotelio corneale (Ringvold, Davanger e Olsen 1982; Olsen e Ringvold 1982). I loro studi al microscopio elettronico hanno mostrato che il tessuto corneale possedeva notevoli proprietà di riparazione e recupero. Sebbene sia stato possibile rilevare facilmente danni significativi a tutti questi strati apparentemente inizialmente presenti nelle membrane cellulari, il recupero morfologico è stato completo dopo una settimana. La distruzione dei cheratociti nello strato stromale era evidente e il recupero endoteliale era pronunciato nonostante la normale mancanza di rapido ricambio cellulare nell'endotelio. Cullen et al. (1984) hanno studiato il danno endoteliale che era persistente se l'esposizione ai raggi UV era persistente. Riley et al. (1987) hanno anche studiato l'endotelio corneale in seguito all'esposizione ai raggi UVB e hanno concluso che è improbabile che singoli insulti gravi abbiano effetti ritardati; tuttavia, hanno anche concluso che l'esposizione cronica potrebbe accelerare i cambiamenti nell'endotelio legati all'invecchiamento della cornea.

Le lunghezze d'onda superiori a 295 nm possono essere trasmesse attraverso la cornea e sono quasi totalmente assorbite dal cristallino. Pitts, Cullen e Hacker (1977b) hanno mostrato che la cataratta può essere prodotta nei conigli da lunghezze d'onda nella banda 295-320 nm. Le soglie per le opacità transitorie variavano da 0.15 a 12.6 J/cm², a seconda della lunghezza d'onda, con soglia minima a 300 nm. Le opacità permanenti richiedevano esposizioni radianti maggiori. Non sono stati osservati effetti lenticolari nell'intervallo di lunghezze d'onda da 325 a 395 nm anche con esposizioni radianti molto più elevate da 28 a 162 J/cm² (Pitts, Cullen e Hacker 1977a; Zuclich e Connolly 1976). Questi studi illustrano chiaramente il particolare rischio della banda spettrale 300-315 nm, come ci si aspetterebbe perché i fotoni di queste lunghezze d'onda penetrano in modo efficiente e hanno energia sufficiente per produrre danni fotochimici.

Taylor et al. (1988) hanno fornito prove epidemiologiche che i raggi UVB alla luce del sole erano un fattore eziologico nella cataratta senile, ma non hanno mostrato alcuna correlazione tra la cataratta e l'esposizione ai raggi UVA. Sebbene un tempo fosse una credenza popolare a causa del forte assorbimento dei raggi UVA da parte del cristallino, l'ipotesi che i raggi UVA possano causare la cataratta non è stata supportata né da studi sperimentali di laboratorio né da studi epidemiologici. Dai dati sperimentali di laboratorio che hanno mostrato che le soglie per la fotocheratite erano inferiori a quelle per la catarattogenesi, si deve concludere che livelli inferiori a quelli richiesti per produrre fotocheratite su base giornaliera dovrebbero essere considerati pericolosi per il tessuto del cristallino. Anche supponendo che la cornea sia esposta a un livello quasi equivalente alla soglia per la fotocheratite, si potrebbe stimare che la dose giornaliera di UVR al cristallino a 308 nm sarebbe inferiore a 120 mJ/cm² per 12 ore all'aperto (Sliney 1987). In effetti, un'esposizione giornaliera media più realistica sarebbe inferiore alla metà di tale valore.

Prosciutto et al. (1982) hanno determinato lo spettro d'azione per la fotoretinite prodotta dai raggi UV nella banda 320-400 nm. Hanno mostrato che le soglie nella banda spettrale visibile, che erano da 20 a 30 J/cm² a 440 nm, sono stati ridotti a circa 5 J/cm² per una banda di 10 nm centrata a 325 nm. Lo spettro d'azione aumentava in modo monotono al diminuire della lunghezza d'onda. Dovremmo quindi concludere che livelli ben al di sotto di 5 J/cm² a 308 nm dovrebbe produrre lesioni retiniche, sebbene queste lesioni non diventino evidenti per 24-48 ore dopo l'esposizione. Non ci sono dati pubblicati per soglie di lesione retinica inferiori a 325 nm e ci si può solo aspettare che il modello per lo spettro d'azione per le lesioni fotochimiche alla cornea e ai tessuti del cristallino si applichi anche alla retina, portando a una soglia di lesione dell'ordine di 0.1 J/cm².

Sebbene la radiazione UVB abbia chiaramente dimostrato di essere mutagena e cancerogena per la pelle, l'estrema rarità della carcinogenesi nella cornea e nella congiuntiva è piuttosto notevole. Non sembra esserci alcuna prova scientifica per collegare l'esposizione ai raggi UV con eventuali tumori della cornea o della congiuntiva negli esseri umani, sebbene lo stesso non sia vero per i bovini. Ciò suggerirebbe un sistema immunitario molto efficace operante nell'occhio umano, poiché ci sono certamente lavoratori all'aperto che ricevono un'esposizione ai raggi UV paragonabile a quella che ricevono i bovini. Questa conclusione è ulteriormente supportata dal fatto che gli individui che soffrono di una risposta immunitaria difettosa, come nello xeroderma pigmentoso, sviluppano frequentemente neoplasie della cornea e della congiuntiva (Stenson 1982).

Standard di sicurezza

I limiti di esposizione professionale (EL) per UVR sono stati sviluppati e includono una curva dello spettro d'azione che avvolge i dati di soglia per gli effetti acuti ottenuti da studi di eritema minimo e cheratocongiuntivite (Sliney 1972; IRPA 1989). Questa curva non differisce significativamente dai dati di soglia collettiva, considerando gli errori di misurazione e le variazioni nella risposta individuale, ed è ben al di sotto delle soglie catarattogeniche UVB.

L'EL per UVR è più basso a 270 nm (0.003 J/cm² a 270 nm) e, ad esempio, a 308 nm è 0.12 J/cm² (ACGIH 1995, IRPA 1988). Indipendentemente dal fatto che l'esposizione avvenga da poche esposizioni pulsate durante il giorno, un'unica esposizione molto breve o da un'esposizione di 8 ore a pochi microwatt per centimetro quadrato, il rischio biologico è lo stesso e i limiti di cui sopra si applicano al giornata lavorativa completa.

Tutela del lavoro

L'esposizione professionale ai raggi UV dovrebbe essere ridotta al minimo ove possibile. Per le sorgenti artificiali, ove possibile, dovrebbe essere data priorità a misure ingegneristiche quali filtrazione, schermatura e recinzione. I controlli amministrativi, come la limitazione dell'accesso, possono ridurre i requisiti di protezione personale.

I lavoratori all'aperto come i lavoratori agricoli, gli operai, gli operai edili, i pescatori e così via possono ridurre al minimo il rischio di esposizione solare ai raggi UV indossando indumenti a trama fitta e, cosa più importante, un cappello a tesa larga per ridurre l'esposizione del viso e del collo. I filtri solari possono essere applicati sulla pelle esposta per ridurre l'ulteriore esposizione. I lavoratori all'aperto dovrebbero avere accesso all'ombra ed essere dotati di tutte le misure di protezione necessarie sopra menzionate.

Nell'industria, ci sono molte fonti in grado di causare lesioni oculari acute entro un breve tempo di esposizione. È disponibile una varietà di protezioni per gli occhi con vari gradi di protezione adeguati all'uso previsto. Quelli destinati all'uso industriale includono caschi per saldatura (che forniscono inoltre protezione sia da intense radiazioni visibili e infrarosse sia protezione per il viso), schermi facciali, occhiali e occhiali che assorbono i raggi UV. In generale, gli occhiali protettivi forniti per uso industriale dovrebbero adattarsi perfettamente al viso, assicurando così che non vi siano spazi attraverso i quali i raggi UV possano raggiungere direttamente l'occhio e dovrebbero essere ben costruiti per prevenire lesioni fisiche.

L'adeguatezza e la scelta degli occhiali protettivi dipende dai seguenti punti:

• l'intensità e le caratteristiche di emissione spettrale della sorgente UVR

• i modelli comportamentali delle persone vicino a sorgenti UVR (la distanza e il tempo di esposizione sono importanti)

• le proprietà di trasmissione del materiale dell'occhiale protettivo

• il design della montatura degli occhiali per prevenire l'esposizione periferica dell'occhio ai raggi UV diretti non assorbiti.

In situazioni di esposizione industriale, il grado di pericolo oculare può essere valutato mediante misurazione e confronto con i limiti raccomandati per l'esposizione (Duchene, Lakey e Repacholi 1991).

Misurazione

A causa della forte dipendenza degli effetti biologici dalla lunghezza d'onda, la misura principale di qualsiasi sorgente UVR è la sua potenza spettrale o la distribuzione dell'irradianza spettrale. Questo deve essere misurato con uno spettroradiometro che consiste di opportune ottiche di ingresso, un monocromatore e un rivelatore UVR e lettura. Tale strumento non è normalmente utilizzato in igiene del lavoro.

In molte situazioni pratiche, viene utilizzato un misuratore UVR a banda larga per determinare la durata dell'esposizione sicura. Per motivi di sicurezza, la risposta spettrale può essere adattata per seguire la funzione spettrale utilizzata per le linee guida sull'esposizione dell'ACGIH e dell'IRPA. Se non vengono utilizzati strumenti adeguati, si verificheranno gravi errori di valutazione dei pericoli. Sono disponibili anche dosimetri UVR personali (ad es. film di polisulfone), ma la loro applicazione è stata ampiamente confinata alla ricerca sulla sicurezza sul lavoro piuttosto che nelle indagini di valutazione dei rischi.

Conclusioni

Il danno molecolare di componenti cellulari chiave derivanti dall'esposizione ai raggi UV si verifica costantemente ed esistono meccanismi di riparazione per far fronte all'esposizione della pelle e dei tessuti oculari alle radiazioni ultraviolette. Solo quando questi meccanismi di riparazione vengono sopraffatti diventa evidente un danno biologico acuto (Smith 1988). Per questi motivi, la riduzione al minimo dell'esposizione professionale ai raggi UV continua a rimanere un importante oggetto di preoccupazione tra i lavoratori della salute e sicurezza sul lavoro.

Di ritorno

La radiazione infrarossa è quella parte dello spettro delle radiazioni non ionizzanti situata tra le microonde e la luce visibile. È una parte naturale dell'ambiente umano e quindi le persone ne sono esposte in piccole quantità in tutte le aree della vita quotidiana, ad esempio a casa o durante le attività ricreative al sole. Un'esposizione molto intensa, tuttavia, può derivare da alcuni processi tecnici sul posto di lavoro.

Molti processi industriali comportano l'indurimento termico di vari tipi di materiali. Le fonti di calore utilizzate o il materiale riscaldato stesso di solito emettono livelli così elevati di radiazione infrarossa che un gran numero di lavoratori è potenzialmente a rischio di esposizione.

Concetti e quantità

La radiazione infrarossa (IR) ha lunghezze d'onda che vanno da 780 nm a 1 mm. Seguendo la classificazione della International Commission on Illumination (CIE), questa banda è suddivisa in IRA (da 780 nm a 1.4 μm), IRB (da 1.4 μm a 3 μm) e IRC (da 3 μm a 1 mm). Questa suddivisione segue approssimativamente le caratteristiche di assorbimento dipendenti dalla lunghezza d'onda dell'IR nel tessuto e i conseguenti diversi effetti biologici.

La quantità e la distribuzione temporale e spaziale della radiazione infrarossa sono descritte da diverse quantità e unità radiometriche. A causa delle proprietà ottiche e fisiologiche, in particolare dell'occhio, di solito si fa una distinzione tra piccole sorgenti "puntiformi" e sorgenti "estese". Il criterio per questa distinzione è il valore in radianti dell'angolo (α) misurato all'occhio che è sotteso dalla sorgente. Questo angolo può essere calcolato come quoziente, la dimensione della sorgente luminosa D_L diviso per la distanza di visione r. Le sorgenti estese sono quelle che sottendono un angolo di visione dell'occhio maggiore di α_verbale, che normalmente è di 11 milliradianti. Per tutte le sorgenti estese c'è una distanza di visione dove α è uguale α_verbale; a distanze di visione maggiori, la sorgente può essere trattata come una sorgente puntiforme. Nella protezione dalle radiazioni ottiche le grandezze più importanti riguardanti le sorgenti estese sono le splendore (L, espresso in Wm^-2sr^-1) e il radianza integrata nel tempo (L_p in Gm^-2sr^-1), che descrivono la “luminosità” della sorgente. Per la valutazione del rischio per la salute, le quantità più rilevanti riguardanti sorgenti puntuali o esposizioni a tali distanze dalla sorgente dove α< α_verbale, sono i irradianza (E, espresso in Wm^-2), che equivale al concetto di dose rate di esposizione, e il esposizione radiante (H, in Gm^-2), equivalente al concetto di dose di esposizione.

In alcune bande dello spettro, gli effetti biologici dovuti all'esposizione sono fortemente dipendenti dalla lunghezza d'onda. Pertanto, devono essere utilizzate quantità spettroradiometriche aggiuntive (ad esempio, la radianza spettrale, L_l, espresso in Wm^-2 sr^-1 nm^-1) per soppesare i valori di emissione fisica della sorgente rispetto allo spettro di azione applicabile relativo all'effetto biologico.

Fonti ed esposizione professionale

L'esposizione ai risultati IR da varie fonti naturali e artificiali. L'emissione spettrale da queste sorgenti può essere limitata a una singola lunghezza d'onda (laser) o può essere distribuita su un'ampia banda di lunghezze d'onda.

I diversi meccanismi per la generazione della radiazione ottica in generale sono:

• eccitazione termica (radiazione del corpo nero)

• scarico di gas

• amplificazione della luce mediante emissione stimolata di radiazione (laser), con minore importanza nella banda IR il meccanismo della scarica gassosa.

L'emissione dalle sorgenti più importanti utilizzate in molti processi industriali risulta dall'eccitazione termica e può essere approssimata utilizzando le leggi fisiche della radiazione del corpo nero se si conosce la temperatura assoluta della sorgente. L'emissione totale (M, in Wm^-2) di un radiatore a corpo nero (figura 1) è descritta dalla legge di Stefan-Boltzmann:

M(T) = 5.67 x 10^-8T⁴

e dipende dalla quarta potenza della temperatura (T, in K) del corpo radiante. La distribuzione spettrale della radianza è descritta dalla legge di radiazione di Planck:

e la lunghezza d'onda di massima emissione (λ_max) è descritto secondo la legge di Wien da:

λ_max = (2.898 x 10^-8) / T

Figura 1. Radianza spettrale λ_maxdi un radiatore a corpo nero alla temperatura assoluta indicata in gradi Kelvin su ciascuna curva

Molti laser utilizzati nei processi industriali e medici emetteranno livelli molto elevati di IR. In generale, rispetto ad altre sorgenti di radiazioni, la radiazione laser presenta alcune caratteristiche insolite che possono influenzare il rischio a seguito di un'esposizione, come la durata dell'impulso molto breve o l'irraggiamento estremamente elevato. Pertanto, la radiazione laser è discussa in dettaglio altrove in questo capitolo.

Molti processi industriali richiedono l'uso di sorgenti che emettono alti livelli di radiazioni visibili e infrarosse, e quindi un gran numero di lavoratori come panettieri, soffiatori di vetro, lavoratori delle fornaci, operai di fonderia, fabbri, fonditori e vigili del fuoco sono potenzialmente a rischio di esposizione. Oltre alle lampade, devono essere considerate sorgenti quali fiamme, torce a gas, torce ad acetilene, pozze di metallo fuso e barre di metallo incandescente. Questi si incontrano nelle fonderie, nelle acciaierie e in molti altri impianti industriali pesanti. La Tabella 1 riassume alcuni esempi di sorgenti IR e relative applicazioni.

Tabella 1. Diverse fonti di IR, popolazione esposta e livelli di esposizione approssimativi

Effetti biologici

La radiazione ottica in generale non penetra molto in profondità nel tessuto biologico. Pertanto, gli obiettivi primari di un'esposizione IR sono la pelle e l'occhio. Nella maggior parte delle condizioni di esposizione il principale meccanismo di interazione dell'IR è termico. Solo gli impulsi molto brevi che i laser possono produrre, ma che non sono considerati qui, possono anche portare a effetti meccanotermici. Non si prevede che gli effetti della ionizzazione o della rottura dei legami chimici appaiano con la radiazione IR perché l'energia delle particelle, essendo inferiore a circa 1.6 eV, è troppo bassa per causare tali effetti. Per lo stesso motivo, le reazioni fotochimiche diventano significative solo a lunghezze d'onda più corte nella regione visiva e nell'ultravioletto. I diversi effetti sulla salute dipendenti dalla lunghezza d'onda dell'IR derivano principalmente dalle proprietà ottiche dipendenti dalla lunghezza d'onda del tessuto, ad esempio l'assorbimento spettrale del mezzo oculare (figura 2).

Figura 2. Assorbimento spettrale del mezzo oculare

Effetti sull'occhio

In generale, l'occhio è ben adattato a proteggersi dalle radiazioni ottiche provenienti dall'ambiente naturale. Inoltre, l'occhio è fisiologicamente protetto contro le lesioni causate da sorgenti luminose intense, come il sole o lampade ad alta intensità, da una risposta di avversione che limita la durata dell'esposizione a una frazione di secondo (circa 0.25 secondi).

L'IRA colpisce principalmente la retina, a causa della trasparenza dei mezzi oculari. Quando si osserva direttamente una sorgente puntiforme o un raggio laser, le proprietà di messa a fuoco nella regione IRA rendono inoltre la retina molto più suscettibile ai danni rispetto a qualsiasi altra parte del corpo. Per brevi periodi di esposizione, si ritiene che il riscaldamento dell'iride dovuto all'assorbimento di IR visibile o vicino svolga un ruolo nello sviluppo di opacità nel cristallino.

Con l'aumentare della lunghezza d'onda, al di sopra di circa 1 μm, aumenta l'assorbimento da parte dei mezzi oculari. Pertanto, si ritiene che l'assorbimento della radiazione IRA da parte sia del cristallino che dell'iride pigmentata svolga un ruolo nella formazione delle opacità lenticolari. Il danno alla lente è attribuito a lunghezze d'onda inferiori a 3 μm (IRA e IRB). Per la radiazione infrarossa di lunghezze d'onda superiori a 1.4 μm, l'umor acqueo e il cristallino sono particolarmente fortemente assorbenti.

Nella regione IRB e IRC dello spettro, i mezzi oculari diventano opachi a causa del forte assorbimento da parte dell'acqua che li costituisce. L'assorbimento in questa regione avviene principalmente nella cornea e nell'umore acqueo. Oltre 1.9 μm, la cornea è effettivamente l'unico assorbitore. L'assorbimento della radiazione infrarossa a lunghezza d'onda lunga da parte della cornea può portare ad un aumento della temperatura nell'occhio a causa della conduzione termica. A causa di un rapido tasso di turnover delle cellule corneali superficiali, si può prevedere che qualsiasi danno limitato allo strato corneale esterno sia temporaneo. Nella banda IRC l'esposizione può causare un'ustione sulla cornea simile a quella sulla pelle. Tuttavia, è poco probabile che si verifichino ustioni corneali, a causa della reazione di avversione innescata dalla sensazione dolorosa causata dalla forte esposizione.

Effetti sulla pelle

La radiazione infrarossa non penetra molto in profondità nella pelle. Pertanto, l'esposizione della pelle a IR molto forti può portare a effetti termici locali di diversa gravità e persino a gravi ustioni. Gli effetti sulla pelle dipendono dalle proprietà ottiche della pelle, come la profondità di penetrazione dipendente dalla lunghezza d'onda (figura 3 ). Soprattutto a lunghezze d'onda maggiori, un'esposizione prolungata può causare un elevato aumento della temperatura locale e ustioni. I valori soglia per questi effetti dipendono dal tempo, a causa delle proprietà fisiche dei processi di trasporto termico nella pelle. Un irraggiamento di 10 kWm^-2, ad esempio, può provocare una sensazione dolorosa entro 5 secondi, mentre un'esposizione di 2 kWm^-2 non causerà la stessa reazione entro periodi inferiori a circa 50 secondi.

Figura 3. Profondità di penetrazione nella pelle per diverse lunghezze d'onda

Se l'esposizione si protrae per periodi molto lunghi, anche a valori ben al di sotto della soglia del dolore, il carico di calore sul corpo umano può essere elevato. Soprattutto se l'esposizione copre tutto il corpo come, ad esempio, davanti a un acciaio fuso. Il risultato può essere uno squilibrio del sistema di termoregolazione altrimenti fisiologicamente ben bilanciato. La soglia di tolleranza di tale esposizione dipenderà da diverse condizioni individuali e ambientali, come la capacità individuale del sistema di termoregolazione, l'effettivo metabolismo corporeo durante l'esposizione o la temperatura, l'umidità e il movimento dell'aria (velocità del vento) ambientali. Senza alcun lavoro fisico, un'esposizione massima di 300 Wm^-2 può essere tollerato oltre le otto ore in determinate condizioni ambientali, ma questo valore scende a circa 140 Wm^-2 durante il lavoro fisico pesante.

Standard di esposizione

Gli effetti biologici dell'esposizione IR, che dipendono dalla lunghezza d'onda e dalla durata dell'esposizione, sono intollerabili solo se vengono superati determinati valori soglia di intensità o di dose. Per proteggersi da tali condizioni di esposizione intollerabili, organizzazioni internazionali come l'Organizzazione mondiale della sanità (OMS), l'Ufficio internazionale del lavoro (ILO), il Comitato internazionale per le radiazioni non ionizzanti dell'Associazione internazionale per la protezione dalle radiazioni (INIRC/IRPA) e i suoi successore, la Commissione internazionale per la protezione dalle radiazioni non ionizzanti (ICNIRP) e la Conferenza americana degli igienisti industriali governativi (ACGIH) hanno suggerito limiti di esposizione per la radiazione infrarossa da sorgenti ottiche coerenti e incoerenti. La maggior parte dei suggerimenti nazionali e internazionali sulle linee guida per limitare l'esposizione umana alle radiazioni infrarosse sono basati o addirittura identici ai valori limite di soglia suggeriti (TLV) pubblicati dall'ACGIH (1993/1994). Questi limiti sono ampiamente riconosciuti e sono frequentemente utilizzati in situazioni occupazionali. Si basano sulle attuali conoscenze scientifiche e hanno lo scopo di prevenire lesioni termiche della retina e della cornea e di evitare possibili effetti ritardati sul cristallino dell'occhio.

La revisione del 1994 dei limiti di esposizione ACGIH è la seguente:

1. Per la protezione della retina dal danno termico in caso di esposizione alla luce visibile, (ad esempio, nel caso di potenti sorgenti luminose), la radianza spettrale L_λ in W/(m² sr nm) ponderato rispetto alla funzione di rischio termico retinico R_λ (vedi tabella 2) sull'intervallo di lunghezze d'onda Δ_λ e sommati nell'intervallo di lunghezze d'onda da 400 a 1400 nm, non devono superare:

where t è la durata della visione limitata a intervalli da 10^-3 a 10 secondi (ovvero, per condizioni di visione accidentale, visione non fissa), e α è il sotteso angolare della sorgente in radianti calcolato da α = estensione massima della sorgente/distanza dalla sorgente R_λ  (Tavolo 2 ).

2. Per proteggere la retina dai rischi di esposizione delle lampade termiche a infrarossi o di qualsiasi sorgente IR vicina in assenza di un forte stimolo visivo, la radiazione infrarossa nell'intervallo di lunghezze d'onda da 770 a 1400 nm visto dall'occhio (basato su una pupilla di 7 mm diametro) per una durata prolungata delle condizioni di visione dovrebbe essere limitato a:

Questo limite si basa su un diametro della pupilla di 7 mm poiché, in questo caso, la risposta di avversione (chiusura dell'occhio, ad esempio) potrebbe non esistere a causa dell'assenza di luce visibile.

3. Per evitare possibili effetti ritardati sul cristallino dell'occhio, come la cataratta ritardata, e per proteggere la cornea dalla sovraesposizione, la radiazione infrarossa a lunghezze d'onda superiori a 770 nm dovrebbe essere limitata a 100 W/m² per periodi superiori a 1,000 s e a:

o per periodi più brevi.

4. Per i pazienti afachici, vengono fornite funzioni di ponderazione separate e TLV risultanti per l'intervallo di lunghezze d'onda della luce ultravioletta e visibile (305–700 nm).

Tabella 2. Funzione di rischio termico retinico

Fonte: ACGIH 1996.

Misurazione

Sono disponibili tecniche e strumenti radiometrici affidabili che consentono di analizzare il rischio per la pelle e per l'occhio derivante dall'esposizione a sorgenti di radiazioni ottiche. Per caratterizzare una sorgente luminosa convenzionale, è generalmente molto utile misurare la radianza. Per definire condizioni di esposizione pericolose da sorgenti ottiche, l'irraggiamento e l'esposizione radiante sono di maggiore importanza. La valutazione delle sorgenti a banda larga è più complessa rispetto alla valutazione delle sorgenti che emettono a singole lunghezze d'onda oa bande molto strette, poiché devono essere considerate le caratteristiche spettrali e la dimensione della sorgente. Lo spettro di alcune lampade è costituito sia da un'emissione continua su un'ampia banda di lunghezze d'onda sia da un'emissione su determinate singole lunghezze d'onda (linee). Errori significativi possono essere introdotti nella rappresentazione di quegli spettri se la frazione di energia in ciascuna riga non viene correttamente aggiunta al continuo.

Per la valutazione dei rischi per la salute, i valori di esposizione devono essere misurati su un'apertura limite per la quale sono specificati gli standard di esposizione. In genere un'apertura di 1 mm è stata considerata la più piccola dimensione pratica dell'apertura. Le lunghezze d'onda superiori a 0.1 mm presentano difficoltà a causa dei significativi effetti di diffrazione creati da un'apertura di 1 mm. Per questa banda di lunghezze d'onda è stata accettata un'apertura di 1 cm² (11 mm di diametro), perché i punti caldi in questa banda sono più grandi che a lunghezze d'onda più corte. Per la valutazione dei rischi retinici, la dimensione dell'apertura è stata determinata da una dimensione media della pupilla e quindi è stata scelta un'apertura di 7 mm.

In generale, le misurazioni nella regione ottica sono molto complesse. Le misurazioni effettuate da personale non addestrato possono portare a conclusioni non valide. Un riassunto dettagliato delle procedure di misurazione si trova in Sliney e Wolbarsht (1980).

Misure protettive

La protezione standard più efficace dall'esposizione alle radiazioni ottiche è l'involucro totale della sorgente e tutti i percorsi di radiazione che possono fuoriuscire dalla sorgente. Con tali misure, nella maggior parte dei casi dovrebbe essere facile raggiungere il rispetto dei limiti di esposizione. In caso contrario, si applica la protezione personale. Ad esempio, devono essere utilizzate le protezioni per gli occhi disponibili sotto forma di occhiali o visiere adeguati o indumenti protettivi. Se le condizioni di lavoro non consentono l'applicazione di tali misure, può essere necessario il controllo amministrativo e l'accesso limitato a sorgenti molto intense. In alcuni casi una riduzione della potenza della sorgente o dell'orario di lavoro (pause di lavoro per riprendersi dallo stress da calore), o di entrambi, potrebbe essere una possibile misura a tutela del lavoratore.

Conclusione

In generale, la radiazione infrarossa proveniente dalle sorgenti più comuni come le lampade, o dalla maggior parte delle applicazioni industriali, non causerà alcun rischio per i lavoratori. In alcuni luoghi di lavoro, tuttavia, l'IR può causare un rischio per la salute del lavoratore. Inoltre, vi è un rapido aumento dell'applicazione e dell'uso di lampade speciali e nei processi ad alta temperatura nell'industria, nella scienza e nella medicina. Se l'esposizione derivante da tali applicazioni è sufficientemente elevata, non si possono escludere effetti dannosi (principalmente sugli occhi ma anche sulla pelle). L'importanza degli standard di esposizione alle radiazioni ottiche riconosciuti a livello internazionale dovrebbe aumentare. Per proteggere il lavoratore da un'esposizione eccessiva, dovrebbero essere obbligatorie misure protettive come schermi (protezioni per gli occhi) o indumenti protettivi.

I principali effetti biologici avversi attribuiti alle radiazioni infrarosse sono le cataratte, note come cataratta del soffiatore di vetro o del fornaciaio. L'esposizione a lungo termine anche a livelli relativamente bassi provoca stress da calore al corpo umano. A tali condizioni di esposizione devono essere considerati fattori aggiuntivi come la temperatura corporea e la perdita di calore per evaporazione, nonché i fattori ambientali.

Per informare e istruire i lavoratori sono state sviluppate alcune guide pratiche nei paesi industrializzati. Un riassunto completo può essere trovato in Sliney e Wolbarsht (1980).

Di ritorno

L'energia radiante della luce e dell'infrarosso (IR) sono due forme di radiazione ottica e, insieme alla radiazione ultravioletta, formano lo spettro ottico. All'interno dello spettro ottico, diverse lunghezze d'onda hanno potenzialità considerevolmente diverse di provocare effetti biologici, e per questo motivo lo spettro ottico può essere ulteriormente suddiviso.

Il termine leggera dovrebbe essere riservata alle lunghezze d'onda dell'energia radiante comprese tra 400 e 760 nm, che evocano una risposta visiva alla retina (CIE 1987). La luce è la componente essenziale della produzione di lampade illuminanti, display visivi e un'ampia varietà di illuminatori. A parte l'importanza dell'illuminazione per la vista, alcune fonti di luce possono, tuttavia, provocare reazioni fisiologiche indesiderate come invalidità e abbagliamento fastidioso, sfarfallio e altre forme di stress oculare a causa della scarsa ergonomia delle attività sul posto di lavoro. L'emissione di luce intensa è anche un effetto collaterale potenzialmente pericoloso di alcuni processi industriali, come la saldatura ad arco.

La radiazione infrarossa (IRR, lunghezze d'onda da 760 nm a 1 mm) può anche essere indicata abbastanza comunemente come radiazione termica (o radiazione termica), ed è emesso da qualsiasi oggetto caldo (motori caldi, metalli fusi e altre fonti di fonderia, superfici trattate termicamente, lampade elettriche ad incandescenza, sistemi di riscaldamento radiante, ecc.). La radiazione infrarossa viene emessa anche da una grande varietà di apparecchiature elettriche come motori elettrici, generatori, trasformatori e varie apparecchiature elettroniche.

La radiazione infrarossa è un fattore che contribuisce allo stress da calore. L'elevata temperatura e umidità dell'aria ambiente e un basso grado di circolazione dell'aria possono combinarsi con il calore radiante per produrre stress da calore con il potenziale di lesioni da calore. In ambienti più freddi, anche fonti di calore radiante sgradite o mal progettate possono produrre disagio, una considerazione ergonomica.

Effetti biologici

I rischi professionali presentati all'occhio e alla pelle dalle radiazioni visibili e infrarosse sono limitati dall'avversione dell'occhio alla luce intensa e dalla sensazione di dolore nella pelle derivante dall'intenso riscaldamento radiante. L'occhio è ben adattato per proteggersi dalle lesioni acute da radiazioni ottiche (dovute all'energia radiante ultravioletta, visibile o infrarossa) dalla luce solare ambientale. È protetto da una naturale risposta di avversione alla visione di fonti di luce intensa che normalmente lo protegge da lesioni derivanti dall'esposizione a fonti come il sole, le lampade ad arco e gli archi di saldatura, poiché questa avversione limita la durata dell'esposizione a una frazione (circa due- decimi) di secondo. Tuttavia, sorgenti ricche di IRR prive di un forte stimolo visivo possono essere pericolose per il cristallino dell'occhio in caso di esposizione cronica. Ci si può anche costringere a fissare il sole, un arco di saldatura o un campo di neve e quindi subire una temporanea (e talvolta permanente) perdita della vista. In un ambiente industriale in cui le luci intense appaiono basse nel campo visivo, i meccanismi di protezione dell'occhio sono meno efficaci e le precauzioni contro i rischi sono particolarmente importanti.

Esistono almeno cinque tipi distinti di pericoli per gli occhi e la pelle derivanti da fonti di luce intensa e IRR e le misure protettive devono essere scelte tenendo conto di ciascuno di essi. Oltre ai potenziali pericoli presentati dalle radiazioni ultraviolette (UVR) provenienti da alcune sorgenti luminose intense, si dovrebbero considerare i seguenti pericoli (Sliney e Wolbarsht 1980; OMS 1982):

1. Lesione termica alla retina, che può verificarsi a lunghezze d'onda da 400 nm a 1,400 nm. Normalmente il pericolo di questo tipo di lesione è rappresentato solo dai laser, da una sorgente ad arco di xeno molto intensa o da una palla di fuoco nucleare. Il bruciore locale della retina si traduce in un punto cieco (scotoma).
2. Lesioni fotochimiche da luce blu alla retina (un pericolo principalmente associato alla luce blu di lunghezze d'onda da 400 nm a 550 nm) (Ham 1989). La lesione è comunemente chiamata fotoretinite da "luce blu"; una forma particolare di questa ferita è chiamata, secondo la sua fonte, retinite solare. La retinite solare una volta era chiamata "cecità da eclissi" e associata "ustione retinica". Solo negli ultimi anni è diventato chiaro che la fotoretinite deriva da un meccanismo di lesione fotochimica in seguito all'esposizione della retina a lunghezze d'onda più corte nello spettro visibile, vale a dire la luce viola e blu. Fino agli anni '1970 si pensava che fosse il risultato di un meccanismo di danno termico. Contrariamente alla luce blu, la radiazione IRA è molto inefficace nel produrre lesioni alla retina. (Prosciutto 1989; Sliney e Wolbarsht 1980).
3. Rischi termici nel vicino infrarosso per il cristallino (associati a lunghezze d'onda da circa 800 nm a 3,000 nm) con potenziale cataratta da calore industriale. L'esposizione corneale media alla radiazione infrarossa alla luce solare è dell'ordine di 10 W/m². In confronto, i lavoratori del vetro e dell'acciaio esposti a irradiazioni infrarosse dell'ordine di 0.8-4 kW/m² ogni giorno per 10-15 anni hanno riferito di aver sviluppato opacità lenticolari (Sliney e Wolbarsht 1980). Queste bande spettrali includono IRA e IRB (vedi figura 1). La linea guida dell'American Conference of Governmental Industrial Hygienists (ACGIH) per l'esposizione IRA della parte anteriore dell'occhio è un'irradiazione totale ponderata nel tempo di 100 W/m² per durate di esposizione superiori a 1,000 s (16.7 min) (ACGIH 1992 e 1995).
4. Lesione termica della cornea e della congiuntiva (a lunghezze d'onda da circa 1,400 nm a 1 mm). Questo tipo di lesione è quasi esclusivamente limitato all'esposizione alle radiazioni laser.
5. Lesione termica della pelle. Questo è raro dalle fonti convenzionali ma può verificarsi nell'intero spettro ottico.

L'importanza della lunghezza d'onda e del tempo di esposizione

Le lesioni termiche (1) e (4) di cui sopra sono generalmente limitate a durate di esposizione molto brevi e la protezione degli occhi è progettata per prevenire queste lesioni acute. Tuttavia, le lesioni fotochimiche, come quelle menzionate in (2) sopra, possono derivare da bassi tassi di dose distribuiti sull'intera giornata lavorativa. Il prodotto del rateo di dose e della durata dell'esposizione dà sempre la dose (è la dose che determina il grado di rischio fotochimico). Come con qualsiasi meccanismo di lesione fotochimica, si deve considerare lo spettro d'azione che descrive l'efficacia relativa delle diverse lunghezze d'onda nel causare un effetto fotobiologico. Ad esempio, lo spettro d'azione per il danno retinico fotochimico raggiunge il picco a circa 440 nm (Ham 1989). La maggior parte degli effetti fotochimici sono limitati a una gamma molto ristretta di lunghezze d'onda; mentre un effetto termico può verificarsi a qualsiasi lunghezza d'onda nello spettro. Pertanto, la protezione degli occhi per questi effetti specifici deve bloccare solo una banda spettrale relativamente stretta per essere efficace. Normalmente, più di una banda spettrale deve essere filtrata nella protezione degli occhi per una sorgente a banda larga.

Sorgenti di radiazione ottica

Luce del sole

La maggiore esposizione professionale alle radiazioni ottiche deriva dall'esposizione dei lavoratori all'aperto ai raggi del sole. Lo spettro solare si estende dal taglio stratosferico dello strato di ozono di circa 290-295 nm nella banda dell'ultravioletto ad almeno 5,000 nm (5 μm) nella banda dell'infrarosso. La radiazione solare può raggiungere un livello fino a 1 kW/m² durante i mesi estivi. Può provocare stress da calore, a seconda della temperatura e dell'umidità dell'aria ambiente.

Fonti artificiali

Le fonti artificiali più significative di esposizione umana alle radiazioni ottiche includono quanto segue:

1. Saldatura e taglio. I saldatori ei loro collaboratori sono generalmente esposti non solo a intense radiazioni UV, ma anche a intense radiazioni visibili e IR emesse dall'arco. In rari casi, queste fonti hanno prodotto lesioni acute alla retina dell'occhio. La protezione degli occhi è obbligatoria per questi ambienti.
2. Industria dei metalli e fonderie. La fonte più significativa di esposizione nel visibile e nell'infrarosso proviene dalle superfici di metallo fuso e caldo nelle industrie dell'acciaio e dell'alluminio e nelle fonderie. L'esposizione dei lavoratori varia tipicamente da 0.5 a 1.2 kW/m².
3. Lampade ad arco. Molti processi industriali e commerciali, come quelli che coinvolgono lampade fotochimiche, emettono luce visibile (blu) intensa a onde corte, nonché radiazioni UV e IR. Sebbene la probabilità di un'esposizione dannosa sia bassa a causa della schermatura, in alcuni casi può verificarsi un'esposizione accidentale.
4. Lampade a infrarossi. Queste lampade emettono prevalentemente nella gamma IRA e sono generalmente utilizzate per il trattamento termico, l'essiccazione della vernice e le relative applicazioni. Queste lampade non presentano alcun rischio di esposizione significativo per l'uomo poiché il disagio prodotto dall'esposizione limiterà l'esposizione a un livello sicuro.
5. Trattamento medico. Le lampade a infrarossi sono utilizzate in medicina fisica per una varietà di scopi diagnostici e terapeutici. L'esposizione al paziente varia notevolmente a seconda del tipo di trattamento e le lampade IR richiedono un uso attento da parte del personale.
6. Illuminazione generale. Le lampade fluorescenti emettono pochissimi infrarossi e generalmente non sono abbastanza luminose da rappresentare un potenziale pericolo per gli occhi. Le lampade a incandescenza al tungsteno e al tungsteno-alogeno emettono una grande frazione della loro energia radiante nell'infrarosso. Inoltre, la luce blu emessa dalle lampade alogene al tungsteno può rappresentare un pericolo per la retina se una persona fissa il filamento. Fortunatamente, la risposta di avversione dell'occhio alla luce intensa previene lesioni acute anche a brevi distanze. Il posizionamento di filtri "termici" in vetro su queste lampade dovrebbe ridurre al minimo/eliminare questo rischio.
7. Proiettori ottici e altri dispositivi. Sorgenti luminose intense sono utilizzate in proiettori, proiettori cinematografici e altri dispositivi di collimazione del raggio di luce. Questi possono rappresentare un pericolo per la retina con il raggio diretto a distanze molto ravvicinate.

Misurazione delle proprietà della sorgente

La caratteristica più importante di qualsiasi sorgente ottica è la sua distribuzione di potenza spettrale. Questo viene misurato utilizzando uno spettroradiometro, che consiste in un'ottica di ingresso adatta, un monocromatore e un fotorilevatore.

In molte situazioni pratiche, viene utilizzato un radiometro ottico a banda larga per selezionare una data regione spettrale. Sia per l'illuminazione visibile che per motivi di sicurezza, la risposta spettrale dello strumento sarà adattata per seguire una risposta spettrale biologica; ad esempio, i luxmetri sono orientati alla risposta fotopica (visiva) dell'occhio. Normalmente, a parte i misuratori di rischio UVR, la misurazione e l'analisi dei rischi di sorgenti di luce intensa e di sorgenti a infrarossi è troppo complessa per gli specialisti di salute e sicurezza sul lavoro di routine. Si stanno compiendo progressi nella standardizzazione delle categorie di sicurezza delle lampade, in modo che non saranno necessarie misurazioni da parte dell'utente per determinare i potenziali pericoli.

Limiti di esposizione umana

Dalla conoscenza dei parametri ottici dell'occhio umano e della radianza di una sorgente luminosa, è possibile calcolare gli irradiamenti (tassi di dose) alla retina. Anche l'esposizione delle strutture anteriori dell'occhio umano alla radiazione infrarossa può essere interessante e va inoltre tenuto presente che la posizione relativa della sorgente luminosa e il grado di chiusura delle palpebre possono influenzare notevolmente il corretto calcolo di un'esposizione oculare dose. Per le esposizioni alla luce ultravioletta ea onde corte, è importante anche la distribuzione spettrale della sorgente luminosa.

Numerosi gruppi nazionali e internazionali hanno raccomandato i limiti di esposizione professionale (EL) per le radiazioni ottiche (ACGIH 1992 e 1994; Sliney 1992). Sebbene la maggior parte di questi gruppi abbia raccomandato EL per la radiazione UV e laser, solo un gruppo ha raccomandato EL per la radiazione visibile (cioè la luce), vale a dire l'ACGIH, un'agenzia ben nota nel campo della salute sul lavoro. L'ACGIH fa riferimento ai suoi EL come valori limite di soglia, o TLV, e poiché questi vengono emessi annualmente, c'è l'opportunità di una revisione annuale (ACGIH 1992 e 1995). Si basano in gran parte su dati di lesioni oculari provenienti da studi su animali e da dati di lesioni retiniche umane risultanti dalla visione del sole e dalla saldatura di archi. I TLV si basano inoltre sul presupposto sottostante che le esposizioni ambientali esterne all'energia radiante visibile normalmente non sono pericolose per l'occhio tranne che in ambienti molto insoliti, come campi innevati e deserti, o quando si fissano effettivamente gli occhi sul sole.

Valutazione della sicurezza delle radiazioni ottiche

Poiché una valutazione completa dei pericoli richiede misurazioni complesse dell'irraggiamento spettrale e della radianza della sorgente, e talvolta anche strumenti e calcoli molto specializzati, raramente viene eseguita in loco da igienisti industriali e ingegneri della sicurezza. Invece, l'equipaggiamento protettivo per gli occhi da utilizzare è imposto dalle norme di sicurezza in ambienti pericolosi. Gli studi di ricerca hanno valutato un'ampia gamma di archi, laser e sorgenti termiche al fine di sviluppare ampie raccomandazioni per standard di sicurezza pratici e più facili da applicare.

Misure protettive

L'esposizione professionale alle radiazioni visibili e IR è raramente pericolosa e di solito è benefica. Tuttavia, alcune fonti emettono una quantità considerevole di radiazioni visibili e, in questo caso, viene evocata la naturale risposta di avversione, quindi c'è poca possibilità di sovraesposizione accidentale degli occhi. D'altra parte, l'esposizione accidentale è molto probabile nel caso di sorgenti artificiali che emettono solo radiazioni nel vicino IR. Le misure che possono essere adottate per ridurre al minimo l'esposizione non necessaria del personale alle radiazioni IR includono un'adeguata progettazione ingegneristica del sistema ottico in uso, l'uso di occhiali o visiere protettive adeguate, la limitazione dell'accesso alle persone direttamente interessate al lavoro e la garanzia che i lavoratori siano a conoscenza di i potenziali pericoli associati all'esposizione a intense sorgenti di radiazioni visibili e IR. Il personale addetto alla manutenzione che sostituisce le lampade ad arco deve avere una formazione adeguata in modo da precludere l'esposizione pericolosa. È inaccettabile che i lavoratori soffrano di eritema cutaneo o fotocheratite. Se si verificano queste condizioni, dovrebbero essere esaminate le pratiche di lavoro e adottate misure per garantire che la sovraesposizione sia resa improbabile in futuro. Le operatrici in stato di gravidanza non corrono rischi specifici per le radiazioni ottiche per quanto riguarda l'integrità della loro gravidanza.

Design e standard di protezione per gli occhi

La progettazione di protezioni per gli occhi per la saldatura e altre operazioni che presentano fonti di radiazioni ottiche industriali (ad esempio, lavori di fonderia, produzione di acciaio e vetro) è iniziata all'inizio di questo secolo con lo sviluppo del vetro di Crooke. Gli standard di protezione degli occhi che si sono evoluti in seguito hanno seguito il principio generale secondo cui, poiché le radiazioni infrarosse e ultraviolette non sono necessarie per la visione, quelle bande spettrali dovrebbero essere bloccate nel miglior modo possibile dai materiali di vetro attualmente disponibili.

Gli standard empirici per i dispositivi di protezione degli occhi sono stati testati negli anni '1970 e hanno dimostrato di includere ampi fattori di sicurezza per le radiazioni infrarosse e ultraviolette quando i fattori di trasmissione sono stati testati rispetto agli attuali limiti di esposizione professionale, mentre i fattori di protezione per la luce blu erano appena sufficienti. Alcuni requisiti degli standard sono stati pertanto adeguati.

Protezione dalle radiazioni ultraviolette e infrarosse

Nell'industria vengono utilizzate numerose lampade UV specializzate per il rilevamento della fluorescenza e per la fotopolimerizzazione di inchiostri, resine plastiche, polimeri dentali e così via. Sebbene le sorgenti UVA normalmente comportino pochi rischi, queste sorgenti possono contenere tracce di UVB pericolosi o rappresentare un problema di abbagliamento invalidante (a causa della fluorescenza del cristallino dell'occhio). Le lenti con filtro UV, in vetro o plastica, con fattori di attenuazione molto elevati sono ampiamente disponibili per proteggere dall'intero spettro UV. Una leggera sfumatura giallastra può essere rilevabile se la protezione è garantita a 400 nm. È di fondamentale importanza per questo tipo di occhiali (e per gli occhiali da sole industriali) fornire protezione al campo visivo periferico. Schermi laterali o design avvolgenti sono importanti per proteggere dalla focalizzazione di raggi temporali obliqui nell'area nasale equatoriale del cristallino, dove spesso ha origine la cataratta corticale.

Quasi tutti i materiali delle lenti in vetro e plastica bloccano la radiazione ultravioletta al di sotto di 300 nm e la radiazione infrarossa a lunghezze d'onda superiori a 3,000 nm (3 μm) e per alcuni laser e sorgenti ottiche, i normali occhiali di sicurezza trasparenti resistenti agli urti forniranno una buona protezione (ad es. le lenti in policarbonato trasparente bloccano efficacemente le lunghezze d'onda superiori a 3 μm). Tuttavia, è necessario aggiungere assorbitori come ossidi metallici nel vetro o coloranti organici nella plastica per eliminare i raggi UV fino a circa 380-400 nm e gli infrarossi oltre 780 nm fino a 3 μm. A seconda del materiale, questo può essere facile o molto difficile o costoso e la stabilità dell'assorbitore può variare alquanto. I filtri che soddisfano lo standard ANSI Z87.1 dell'American National Standards Institute devono avere i fattori di attenuazione appropriati in ciascuna banda spettrale critica.

Protezione in vari settori

Antincendio

I vigili del fuoco possono essere esposti a intense radiazioni nel vicino infrarosso e, a parte la protezione cruciale per la testa e il viso, sono spesso prescritti filtri di attenuazione IRR. Qui è importante anche la protezione dagli impatti.

Occhiali per fonderia e vetreria

Gli occhiali e gli occhiali progettati per la protezione oculare contro le radiazioni infrarosse hanno generalmente una leggera sfumatura verdastra, sebbene la tinta possa essere più scura se si desidera un certo comfort contro le radiazioni visibili. Tali protezioni per gli occhi non devono essere confuse con le lenti blu utilizzate nelle operazioni di acciaieria e fonderia, dove l'obiettivo è controllare visivamente la temperatura del fuso; questi occhiali blu non forniscono protezione e dovrebbero essere indossati solo per breve tempo.

Saldatura

Le proprietà di filtrazione dell'infrarosso e dell'ultravioletto possono essere facilmente impartite ai filtri di vetro per mezzo di additivi come l'ossido di ferro, ma il grado di attenuazione strettamente visibile determina il numero di tonalità, che è un'espressione logaritmica dell'attenuazione. Normalmente viene utilizzato un numero di gradazione da 3 a 4 per la saldatura a gas (che richiede occhiali protettivi) e un numero di gradazione da 10 a 14 per le operazioni di saldatura ad arco e arco plasma (qui è richiesta la protezione del casco). La regola empirica è che se il saldatore trova l'arco comodo da vedere, viene fornita un'attenuazione adeguata contro i rischi oculari. I supervisori, gli aiutanti del saldatore e altre persone nell'area di lavoro possono richiedere filtri con un numero di tonalità relativamente basso (ad esempio, da 3 a 4) per proteggersi dalla fotocheratite ("occhio ad arco" o "bagliore del saldatore"). Negli ultimi anni è apparso sulla scena un nuovo tipo di filtro per saldatura, il filtro autoscurante. Indipendentemente dal tipo di filtro, deve soddisfare gli standard ANSI Z87.1 e Z49.1 per i filtri di saldatura fissi specificati per tonalità scura (Buhr e Sutter 1989; CIE 1987).

Filtri per saldatura autoscurante

Il filtro di saldatura autooscurante, il cui numero di gradazione aumenta con l'intensità della radiazione ottica che lo colpisce, rappresenta un importante progresso nella capacità dei saldatori di produrre saldature di qualità costantemente elevata in modo più efficiente ed ergonomico. In precedenza, il saldatore doveva abbassare e sollevare il casco o il filtro ogni volta che veniva acceso e spento un arco. Il saldatore ha dovuto lavorare "alla cieca" poco prima di innescare l'arco. Inoltre, il casco viene comunemente abbassato e sollevato con un brusco schiocco del collo e della testa, che può causare affaticamento del collo o lesioni più gravi. Di fronte a questa procedura scomoda e ingombrante, alcuni saldatori spesso avviano l'arco con un elmetto convenzionale in posizione sollevata, portando alla fotocheratite. In normali condizioni di illuminazione ambientale, un saldatore che indossa un casco dotato di un filtro auto-oscurante può vedere abbastanza bene con la protezione per gli occhi in posizione per eseguire attività come allineare le parti da saldare, posizionare con precisione l'attrezzatura di saldatura e innescare l'arco. Nei modelli di elmetti più tipici, i sensori di luce rilevano quindi virtualmente l'arco elettrico non appena appare e indirizzano un'unità di azionamento elettronica per commutare un filtro a cristalli liquidi da una tonalità chiara a una tonalità scura preselezionata, eliminando la necessità di goffi e pericolosi manovre praticate con filtri a gradazione fissa.

È stata spesso sollevata la questione se i problemi di sicurezza nascosti possano svilupparsi con i filtri autooscuranti. Ad esempio, le immagini residue ("cecità improvvisa") sperimentate sul posto di lavoro possono causare una vista permanentemente compromessa? I nuovi tipi di filtro offrono davvero un grado di protezione equivalente o migliore di quello che possono fornire i tradizionali filtri fissi? Sebbene si possa rispondere affermativamente alla seconda domanda, è necessario comprendere che non tutti i filtri autooscuranti sono equivalenti. Le velocità di reazione del filtro, i valori delle ombre chiare e scure ottenute con una data intensità di illuminazione e il peso di ciascuna unità possono variare da un modello di apparecchiatura all'altro. La dipendenza dalla temperatura delle prestazioni dell'unità, la variazione del grado di ombreggiamento con il degrado elettrico della batteria, l'”ombra dello stato di riposo” e altri fattori tecnici variano a seconda del design di ciascun produttore. Queste considerazioni vengono affrontate in nuovi standard.

Poiché un'adeguata attenuazione del filtro è garantita da tutti i sistemi, il singolo attributo più importante specificato dai produttori di filtri autooscuranti è la velocità di commutazione del filtro. Gli attuali filtri di oscuramento automatico variano nella velocità di commutazione da un decimo di secondo a più veloce di 1/10,000 di secondo. Buhr e Sutter (1989) hanno indicato un mezzo per specificare il tempo massimo di commutazione, ma la loro formulazione varia in relazione all'andamento temporale della commutazione. La velocità di commutazione è cruciale, poiché fornisce l'indizio migliore per l'importantissima (ma non specificata) misura di quanta luce entrerà nell'occhio quando l'arco viene colpito rispetto alla luce ammessa da un filtro fisso dello stesso numero di gradazione di lavoro . Se troppa luce entra nell'occhio per ogni commutazione durante il giorno, la dose di energia luminosa accumulata produce un "adattamento transitorio" e lamentele di "affaticamento degli occhi" e altri problemi. (L'adattamento transitorio è l'esperienza visiva causata da improvvisi cambiamenti nel proprio ambiente luminoso, che può essere caratterizzato da disagio, sensazione di essere stati esposti al bagliore e perdita temporanea della visione dettagliata.) Prodotti attuali con velocità di commutazione dell'ordine di dieci millisecondi fornirà meglio una protezione adeguata contro la fotoretinite. Tuttavia, il tempo di commutazione più breve, dell'ordine di 0.1 ms, ha il vantaggio di ridurre gli effetti di adattamento transitorio (Eriksen 1985; Sliney 1992).

Semplici test di controllo sono disponibili per il saldatore, oltre a approfonditi test di laboratorio. Si potrebbe suggerire al saldatore di guardare semplicemente una pagina di stampa dettagliata attraverso una serie di filtri autooscuranti. Questo darà un'indicazione della qualità ottica di ciascun filtro. Successivamente, al saldatore può essere chiesto di provare a innescare un arco mentre lo osserva attraverso ciascun filtro considerato per l'acquisto. Fortunatamente, si può fare affidamento sul fatto che i livelli di luce confortevoli per la visualizzazione non saranno pericolosi. L'efficacia della filtrazione UV e IR deve essere verificata nella scheda delle specifiche del produttore per assicurarsi che le bande non necessarie vengano filtrate. Alcuni colpi d'arco ripetuti dovrebbero dare al saldatore un'idea del disagio che proverà dall'adattamento transitorio, anche se una prova di un giorno sarebbe la cosa migliore.

Il numero di gradazione dello stato di riposo o di guasto di un filtro autooscurante (uno stato di guasto si verifica quando la batteria si guasta) dovrebbe fornire una protezione del 100% per gli occhi del saldatore per almeno uno o diversi secondi. Alcuni produttori utilizzano uno stato scuro come posizione "off" e altri utilizzano una tonalità intermedia tra gli stati di tonalità scura e chiara. In entrambi i casi, la trasmittanza dello stato di riposo per il filtro dovrebbe essere sensibilmente inferiore alla trasmittanza dell'ombra chiara per escludere un rischio retinico. In ogni caso, il dispositivo dovrebbe fornire all'utente un indicatore chiaro ed evidente di quando il filtro è spento o quando si verifica un guasto del sistema. Ciò assicurerà che il saldatore sia avvisato in anticipo nel caso in cui il filtro non sia acceso o non funzioni correttamente prima dell'inizio della saldatura. Altre caratteristiche, come la durata della batteria o le prestazioni in condizioni di temperatura estreme, possono essere importanti per determinati utenti.

Conclusioni

Sebbene le specifiche tecniche possano sembrare alquanto complesse per i dispositivi che proteggono l'occhio dalle sorgenti di radiazioni ottiche, esistono standard di sicurezza che specificano i numeri di sfumatura e questi standard forniscono un fattore di sicurezza conservativo per chi li indossa.

Di ritorno

Un laser è un dispositivo che produce energia radiante elettromagnetica coerente all'interno dello spettro ottico dall'estremo ultravioletto al lontano infrarosso (submillimetrico). Il termine laser è in realtà un acronimo di Amplificazione di luce mediante emissione stimolata di radiazione. Sebbene il processo laser sia stato teoricamente previsto da Albert Einstein nel 1916, il primo laser di successo non è stato dimostrato fino al 1960. Negli ultimi anni i laser si sono fatti strada dai laboratori di ricerca all'ambiente industriale, medico e degli uffici, nonché ai cantieri e persino famiglie. In molte applicazioni, come lettori di videodischi e sistemi di comunicazione in fibra ottica, l'emissione di energia radiante del laser è racchiusa, l'utente non corre alcun rischio per la salute e la presenza di un laser incorporato nel prodotto potrebbe non essere ovvia per l'utente. Tuttavia, in alcune applicazioni mediche, industriali o di ricerca, l'energia radiante emessa dal laser è accessibile e può rappresentare un potenziale pericolo per gli occhi e la pelle.

Poiché il processo laser (a volte indicato come "laser") può produrre un raggio di radiazione ottica altamente collimato (ovvero, energia radiante ultravioletta, visibile o infrarossa), un laser può rappresentare un pericolo a una distanza considerevole, a differenza della maggior parte dei pericoli incontrati nel posto di lavoro. Forse è questa caratteristica più di ogni altra cosa che ha suscitato particolari preoccupazioni espresse dai lavoratori e dagli esperti di salute e sicurezza sul lavoro. Tuttavia, i laser possono essere utilizzati in sicurezza quando vengono applicati controlli di rischio appropriati. Gli standard per l'uso sicuro dei laser esistono in tutto il mondo e la maggior parte sono "armonizzati" tra loro (ANSI 1993; IEC 1993). Tutti gli standard fanno uso di un sistema di classificazione dei pericoli, che raggruppa i prodotti laser in una delle quattro grandi classi di pericolo in base alla potenza o all'energia di uscita del laser e alla sua capacità di causare danni. Vengono quindi applicate misure di sicurezza commisurate alla classificazione del pericolo (Cleuet e Mayer 1980; Duchene, Lakey e Repacholi 1991).

I laser funzionano a lunghezze d'onda discrete e, sebbene la maggior parte dei laser sia monocromatica (emettendo una lunghezza d'onda o un singolo colore), non è raro che un laser emetta diverse lunghezze d'onda discrete. Ad esempio, il laser ad argon emette diverse linee all'interno dello spettro del visibile e dell'ultravioletto vicino, ma è generalmente progettato per emettere solo una linea verde (lunghezza d'onda) a 514.5 nm e/o una linea blu a 488 nm. Quando si considerano i potenziali rischi per la salute, è sempre fondamentale stabilire la/e lunghezza/e d'onda di uscita.

Tutti i laser hanno tre elementi costitutivi fondamentali:

1. un mezzo attivo (solido, liquido o gassoso) che definisce le possibili lunghezze d'onda di emissione
2. una fonte di energia (p. es., corrente elettrica, lampada a pompa o reazione chimica)
3. una cavità risonante con accoppiatore di uscita (generalmente due specchi).

La maggior parte dei sistemi laser pratici al di fuori del laboratorio di ricerca hanno anche un sistema di erogazione del raggio, come una fibra ottica o un braccio articolato con specchi per dirigere il raggio verso una postazione di lavoro e lenti di focalizzazione per concentrare il raggio su un materiale da saldare, ecc. In un laser, atomi o molecole identici vengono portati in uno stato eccitato dall'energia erogata dalla lampada della pompa. Quando gli atomi o le molecole sono in uno stato eccitato, un fotone (“particella” di energia luminosa) può stimolare un atomo o una molecola eccitati ad emettere un secondo fotone della stessa energia (lunghezza d'onda) che viaggia in fase (coerente) e nella stessa direzione del fotone stimolante. Così ha avuto luogo l'amplificazione della luce di un fattore due. Questo stesso processo ripetuto in cascata fa sviluppare un fascio di luce che si riflette avanti e indietro tra gli specchi della cavità risonante. Poiché uno degli specchi è parzialmente trasparente, parte dell'energia luminosa lascia la cavità risonante formando il raggio laser emesso. Sebbene in pratica i due specchi paralleli siano spesso curvati per produrre una condizione di risonanza più stabile, il principio di base vale per tutti i laser.

Sebbene diverse migliaia di diverse linee laser (cioè lunghezze d'onda laser discrete caratteristiche di diversi mezzi attivi) siano state dimostrate nel laboratorio di fisica, solo una ventina circa sono state sviluppate commercialmente al punto da essere abitualmente applicate nella tecnologia quotidiana. Sono state sviluppate e pubblicate linee guida e standard sulla sicurezza del laser che coprono sostanzialmente tutte le lunghezze d'onda dello spettro ottico al fine di consentire le linee laser attualmente conosciute e i laser futuri.

Classificazione del rischio laser

Gli attuali standard di sicurezza laser in tutto il mondo seguono la pratica di classificare tutti i prodotti laser in classi di pericolo. In generale, lo schema segue un raggruppamento di quattro ampie classi di pericolo, da 1 a 4. I laser di classe 1 non possono emettere radiazioni laser potenzialmente pericolose e non rappresentano un pericolo per la salute. Le classi da 2 a 4 rappresentano un rischio crescente per gli occhi e la pelle. Il sistema di classificazione è utile poiché le misure di sicurezza sono prescritte per ogni classe di laser. Per le classi più alte sono richieste misure di sicurezza più stringenti.

La classe 1 è considerata un gruppo "sicuro per gli occhi", senza rischi. La maggior parte dei laser completamente chiusi (ad esempio, registratori di compact disc laser) sono di Classe 1. Non sono richieste misure di sicurezza per un laser di Classe 1.

La classe 2 si riferisce ai laser visibili che emettono una potenza molto bassa che non sarebbe pericolosa anche se l'intera potenza del raggio entrasse nell'occhio umano e fosse focalizzata sulla retina. La naturale risposta di avversione dell'occhio alla visione di fonti di luce molto luminose protegge l'occhio dalle lesioni alla retina se l'energia che entra nell'occhio non è sufficiente a danneggiare la retina all'interno della risposta di avversione. La risposta di avversione è composta dal riflesso dell'ammiccamento (circa 0.16-0.18 secondi) e da una rotazione dell'occhio e movimento della testa quando esposti a tale luce intensa. Gli attuali standard di sicurezza definiscono in modo conservativo la risposta di avversione come della durata di 0.25 secondi. Pertanto, i laser di Classe 2 hanno una potenza di uscita di 1 milliwatt (mW) o inferiore che corrisponde al limite di esposizione consentito per 0.25 secondi. Esempi di laser di Classe 2 sono i puntatori laser e alcuni laser di allineamento.

Alcuni standard di sicurezza incorporano anche una sottocategoria della Classe 2, denominata “Classe 2A”. I laser di classe 2A non sono pericolosi se fissati fino a 1,000 s (16.7 min). La maggior parte degli scanner laser utilizzati nei punti vendita (cassa del supermercato) e negli scanner di inventario sono di Classe 2A.

I laser di classe 3 rappresentano un pericolo per gli occhi, poiché la risposta di avversione non è sufficientemente rapida per limitare l'esposizione retinica a un livello momentaneamente sicuro e potrebbero verificarsi anche danni ad altre strutture dell'occhio (p. es., cornea e cristallino). Normalmente non esistono rischi per la pelle per l'esposizione accidentale. Esempi di laser di classe 3 sono molti laser di ricerca e telemetri laser militari.

Una sottocategoria speciale della Classe 3 è denominata "Classe 3A" (con i restanti laser di Classe 3 denominati "Classe 3B"). I laser di classe 3A sono quelli con una potenza di uscita compresa tra una e cinque volte i limiti di emissione accessibili (AEL) per la classe 1 o classe 2, ma con un'irraggiamento di uscita non superiore al limite di esposizione professionale pertinente per la classe inferiore. Esempi sono molti strumenti di allineamento laser e rilevamento.

I laser di classe 4 possono rappresentare un potenziale rischio di incendio, un rischio cutaneo significativo o un rischio di riflessione diffusa. Praticamente tutti i laser chirurgici e i laser per la lavorazione dei materiali utilizzati per la saldatura e il taglio sono di Classe 4 se non racchiusi. Tutti i laser con una potenza media superiore a 0.5 W sono di Classe 4. Se una Classe 3 o Classe 4 di potenza superiore è completamente racchiusa in modo che l'energia radiante pericolosa non sia accessibile, l'intero sistema laser potrebbe essere di Classe 1. Il laser più pericoloso all'interno del recinto è denominato an laser incorporato.

Limiti di esposizione professionale

La Commissione internazionale per la protezione dalle radiazioni non ionizzanti (ICNIRP 1995) ha pubblicato linee guida per i limiti di esposizione umana alle radiazioni laser che vengono aggiornate periodicamente. I limiti di esposizione rappresentativi (EL) sono forniti nella tabella 1 per diversi laser tipici. Praticamente tutti i raggi laser superano i limiti di esposizione consentiti. Pertanto, nella pratica reale, i limiti di esposizione non vengono abitualmente utilizzati per determinare le misure di sicurezza. Invece, lo schema di classificazione laser, che si basa sui EL applicati in condizioni realistiche, è realmente applicato a questo scopo.

Tabella 1. Limiti di esposizione per laser tipici

Tutti gli standard/linee guida hanno MPE ad altre lunghezze d'onda e durate di esposizione.

Nota: per convertire gli MPE in mW/cm² a mJ/cm², moltiplicare per il tempo di esposizione t in secondi. Ad esempio, He-Ne o Argon MPE a 0.1 s è 0.32 mJ/cm².

Fonte: Standard ANSI Z-136.1(1993); ACGIH TLV (1995) e Duchene, Lakey e Repacholi (1991).

Standard di sicurezza laser

Molte nazioni hanno pubblicato standard di sicurezza laser e la maggior parte sono armonizzati con lo standard internazionale della Commissione elettrotecnica internazionale (IEC). Lo standard IEC 825-1 (1993) si applica ai produttori; tuttavia, fornisce anche alcune indicazioni di sicurezza limitate per gli utenti. La classificazione di rischio laser sopra descritta deve essere riportata su tutti i prodotti laser commerciali. Su tutti i prodotti delle Classi da 2 a 4 dovrebbe comparire un'etichetta di avvertenza adeguata alla classe.

Misure Di Sicurezza

Il sistema di classificazione della sicurezza laser facilita enormemente la determinazione delle misure di sicurezza appropriate. Gli standard di sicurezza laser e i codici di pratica richiedono abitualmente l'uso di misure di controllo sempre più restrittive per ogni classificazione superiore.

In pratica, è sempre più desiderabile racchiudere completamente il laser e il percorso del raggio in modo che nessuna radiazione laser potenzialmente pericolosa sia accessibile. In altre parole, se sul posto di lavoro vengono impiegati solo prodotti laser di Classe 1, l'uso sicuro è garantito. Tuttavia, in molte situazioni, questo semplicemente non è pratico ed è necessaria la formazione dei lavoratori sull'uso sicuro e sulle misure di controllo dei rischi.

Oltre all'ovvia regola di non puntare un laser negli occhi di una persona, non sono necessarie misure di controllo per un prodotto laser di Classe 2. Per i laser di classi superiori sono chiaramente necessarie misure di sicurezza.

Se la chiusura totale di un laser di classe 3 o 4 non è fattibile, l'uso di coperture del raggio (ad es. tubi), deflettori e coperture ottiche può virtualmente eliminare il rischio di una pericolosa esposizione oculare nella maggior parte dei casi.

Quando le custodie non sono fattibili per i laser di classe 3 e 4, è necessario stabilire un'area controllata dal laser con ingresso controllato e l'uso di protezioni per gli occhi del laser è generalmente obbligatorio all'interno della zona di rischio nominale (NHZ) del raggio laser. Sebbene nella maggior parte dei laboratori di ricerca in cui vengono utilizzati raggi laser collimati, l'NHZ comprenda l'intera area controllata del laboratorio, per le applicazioni con raggio focalizzato, l'NHZ può essere sorprendentemente limitato e non comprendere l'intera stanza.

Per garantire contro l'uso improprio e le possibili azioni pericolose da parte di utenti laser non autorizzati, è necessario utilizzare il controllo chiave presente su tutti i prodotti laser fabbricati in commercio.

La chiave deve essere protetta quando il laser non è in uso, se le persone possono accedere al laser.

Sono necessarie precauzioni speciali durante l'allineamento laser e la configurazione iniziale, poiché il rischio di gravi lesioni oculari è molto elevato. I lavoratori del laser devono essere addestrati in pratiche sicure prima della configurazione e dell'allineamento del laser.

Gli occhiali di protezione laser sono stati sviluppati dopo che erano stati stabiliti i limiti di esposizione professionale e sono state redatte specifiche per fornire le densità ottiche (o OD, una misura logaritmica del fattore di attenuazione) che sarebbero state necessarie in funzione della lunghezza d'onda e della durata dell'esposizione per specifici laser. Sebbene in Europa esistano standard specifici per la protezione degli occhi dal laser, ulteriori linee guida sono fornite negli Stati Uniti dall'American National Standards Institute con le denominazioni ANSI Z136.1 e ANSI Z136.3.

Training

Quando si indaga sugli incidenti laser sia in laboratorio che in situazioni industriali, emerge un elemento comune: la mancanza di una formazione adeguata. La formazione sulla sicurezza laser dovrebbe essere sia appropriata che sufficiente per le operazioni laser attorno alle quali ciascun dipendente lavorerà. La formazione dovrebbe essere specifica per il tipo di laser e il compito a cui è assegnato il lavoratore.

Sorveglianza medica

I requisiti per la sorveglianza medica dei lavoratori laser variano da paese a paese in conformità con le normative locali di medicina del lavoro. Un tempo, quando i laser erano confinati nei laboratori di ricerca e si sapeva poco dei loro effetti biologici, era abbastanza tipico che ogni operatore laser fosse periodicamente sottoposto a un esame oftalmologico generale approfondito con fotografia del fondo (retinale) per monitorare lo stato dell'occhio . Tuttavia, all'inizio degli anni '1970, questa pratica fu messa in discussione, poiché i risultati clinici erano quasi sempre negativi, e divenne chiaro che tali esami potevano identificare solo lesioni acute rilevabili soggettivamente. Ciò ha portato il gruppo di lavoro dell'OMS sui laser, riunitosi a Don Leaghreigh, in Irlanda, nel 1975, a raccomandare contro tali programmi di sorveglianza coinvolti e ad enfatizzare i test della funzione visiva. Da quel momento, la maggior parte dei gruppi nazionali di medicina del lavoro ha continuamente ridotto i requisiti per gli esami medici. Oggi, gli esami oftalmologici completi sono universalmente richiesti solo in caso di lesione oculare da laser o sospetta sovraesposizione, ed è generalmente richiesto uno screening visivo prima del posizionamento. Ulteriori esami possono essere richiesti in alcuni paesi.

Misurazioni laser

A differenza di alcuni rischi sul posto di lavoro, generalmente non è necessario eseguire misurazioni per il monitoraggio sul posto di lavoro dei livelli pericolosi di radiazioni laser. A causa delle dimensioni estremamente ristrette del raggio della maggior parte dei raggi laser, della probabilità di cambiamento dei percorsi del raggio e della difficoltà e del costo dei radiometri laser, gli attuali standard di sicurezza enfatizzano le misure di controllo basate sulla classe di pericolo e non sulla misurazione sul posto di lavoro (monitoraggio). Le misurazioni devono essere eseguite dal produttore per garantire la conformità con gli standard di sicurezza laser e la corretta classificazione dei rischi. In effetti, una delle giustificazioni originali per la classificazione del rischio laser riguardava la grande difficoltà di eseguire misurazioni adeguate per la valutazione del rischio.

Conclusioni

Sebbene il laser sia relativamente nuovo sul posto di lavoro, sta rapidamente diventando onnipresente, così come i programmi relativi alla sicurezza del laser. Le chiavi per l'uso sicuro dei laser sono innanzitutto racchiudere l'energia radiante del laser se possibile, ma se non è possibile, impostare misure di controllo adeguate e addestrare tutto il personale che lavora con i laser.

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