36. 気圧上昇
チャプターエディター: TJRフランシス
目次
エリック・キンドウォール
ディーズ・F・ゴーマン
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1. 圧縮空気作業者への指示
2. 減圧症:改訂された分類
37. 気圧低下
チャプターエディター: ウォルター・デュマー
高地への換気順化
ジョン・T・リーブスとジョン・V・ウェイル
気圧低下の生理的影響
ケネス I. バーガーとウィリアム N. ロム
高地での作業を管理するための健康上の考慮事項
ジョン・B・ウェスト
高地での労働災害の防止
ウォルター・デュマー
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38. 生物学的危険
チャプターエディター: ズヒール・イブラヒム・ファクリ
職場のバイオハザード
ズヒール I. ファクリ
水生動物
D.ザンニーニ
陸上の有毒動物
JA Rioux と B. Juminer
蛇咬傷の臨床的特徴
デビッド・A・ウォレル
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39. 災害、自然と技術
チャプターエディター: ピア・アルベルト・ベルタッツィ
災害・重大事故
ピア・アルベルト・ベルタッツィ
1993年の重大な労働災害の防止に関するILO条約(第174号)
災害準備
ピーター・J・バクスター
災害後の活動
ベネデット・テッラチーニとウルスラ・アッカーマン=リーブリッヒ
気象関連の問題
ジャン・フレンチ
雪崩:危険と保護対策
グスタフ・ポインスティングル
危険物の輸送: 化学物質および放射性物質
ドナルド・M・キャンベル
放射線事故
ピエール・ベルジェとデニス・ウィンター
放射性核種に汚染された農業地域における労働安全衛生対策: チェルノブイリの経験
ユーリ・クンディエフ、レナード・ドブロヴォルスキー、VI チェルニュク
ケーススタディ: Kader Toy Factory の火災
ケイシー・キャバノー・グラント
災害の影響: 医学的観点からの教訓
ホセ・ルイス・ゼバロス
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1. 災害種別の定義
2. 25 年間の平均犠牲者数 (タイプ別、地域固有のトリガー別)
3. 25 年間の平均犠牲者数、地域別、非自然的トリガー
4. 25 年間の平均被害者数、自然誘発型別 (1969 ~ 1993 年)
5. 25 年間の平均犠牲者数、非自然的トリガーの種類別 (1969 ~ 1993 年)
6. 1969 年から 1993 年までの自然な引き金: 25 年間にわたる出来事
7. 1969 年から 1993 年までの非自然的トリガー: 25 年間にわたるイベント
8. ナチュラル トリガー: 1994 年における世界の地域別および種類別の数
9. 非自然的トリガー: 1994 年における世界の地域別および種類別の数
10. 産業爆発の例
11. 主な火災の例
12. 主な有毒物質の放出の例
13. ハザードコントロールにおける主要ハザード設備管理の役割
14. ハザード評価の作業方法
15. 重大な危険を伴う設置に関する EC 指令の基準
16. 主要な危険施設の特定に使用される優先化学物質
17. 気象関連の職業上のリスク
18. 放射性半減期を持つ典型的な放射性核種
19. 異なる原子力事故の比較
20. チェルノブイリ後のウクライナ、ベラルーシ、ロシアでの汚染
21. Khyshtym 事故後のストロンチウム 90 の汚染 (Urals 1957)
22. 一般大衆を巻き込んだ放射能源
23. 産業用照射装置の主な事故
24. オークリッジ (米国) 放射線事故登録簿 (世界、1944-88)
25. 世界の電離放射線への職業被ばくのパターン
26. 決定論的効果: 選択された器官の閾値
27. チェルノブイリ事故後の急性被ばく症候群(AIS)患者
28. 高線量外部被曝のがん疫学研究
29. ベラルーシ、ウクライナ、ロシアの子供の甲状腺がん、1981~94年
30. 原子力事故の国際規模
31. 一般集団に対する一般的な保護措置
32. 汚染ゾーンの基準
33. ラテンアメリカとカリブ海地域の主要な災害、1970 年から 93 年
34. XNUMX件の自然災害による損失
35. 三大災害で病院・病床が損壊・全壊
36. 2年のメキシコ地震で倒壊した1985つの病院の犠牲者
37. 1985 年 XNUMX 月のチリ地震で失われた病床数
38. 病院インフラの地震被害の危険因子
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40.電気
チャプターエディター: ドミニク・フォリオ
電気 - 生理学的影響
ドミニク・フォリオ
静電気
クロード・マンギー
予防と基準
レンゾ・コミニ
以下のリンクをクリックして、記事のコンテキストで表を表示します。
1. 感電死率の推定-1988
2. 静電気の基本的な関係 - 方程式のコレクション
3. 選択したポリマーの電子親和力
4. 典型的な可燃性下限
5. 選択された産業オペレーションに関連する特定の料金
6. 静電気放電に敏感な機器の例
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41。 火災
チャプターエディター: ケイシー・C・グラント
基本概念
ドゥーガル・ドライズデール
火災の危険源
タマス・バンキー
防火対策
ピーター・F・ジョンソン
パッシブ防火対策
イングベ・アンダーバーグ
積極的な防火対策
ゲイリー・テイラー
防火のための組織化
S.デリ
以下のリンクをクリックして、記事のコンテキストで表を表示します。
1. 空気中での可燃性の下限と上限
2. 液体燃料と固体燃料の引火点と発火点
3. 着火源
4. 不活性化に必要な各種ガス濃度の比較
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42.熱と寒さ
チャプターエディター: ジャン=ジャック・フォークト
熱環境に対する生理反応
W.ラリーケニー
暑熱ストレスと暑熱労働の影響
ボディル・ニールセン
熱中症
小川徳男
ヒートストレスの予防
サラ・A・ナネリー
熱中仕事の物理的基礎
ジャック・マルシェール
熱ストレスと熱ストレス指数の評価
ケネス・C・パーソンズ
衣服による熱交換
ウーター・A・ローテンス
寒冷環境と冷間作業
イングヴァル・ホルマー、ペル・オラ・グランバーグ、ゴラン・ダルストローム
極端な屋外条件での寒冷ストレスの防止
ジャック・ビッテルとギュスターヴ・サヴォレ
寒冷指数と基準
イングヴァル・ホルマー
以下のリンクをクリックして、記事のコンテキストで表を表示します。
1. 血漿・汗中の電解質濃度
2. 熱ストレス指数と許容暴露時間: 計算
3. 熱ストレス指数値の解釈
4. 熱応力・ひずみ判定基準の参考値
5. 熱ストレスを評価するための心拍数を使用したモデル
6. WBGT参考値
7. 高温環境での作業方法
8. SWreq 指標の計算と評価方法: 方程式
9. ISO 7933 (1989b) で使用される用語の説明
10. XNUMX つの作業段階の WBGT 値
11. ISO 7933を用いた分析評価の基礎データ
12. ISO 7933 を使用した分析評価
13. さまざまな寒い職業環境の気温
14. 代償のない寒冷ストレスとそれに伴う反応の持続時間
15. 軽度および重度の寒冷暴露の予想される影響の表示
16. 体組織温度と人間の身体能力
17. 冷却に対する人間の反応: 低体温症に対する反応の例
18. 寒冷ストレスにさらされた職員の健康に関する推奨事項
19. 寒さにさらされる労働者のためのコンディショニングプログラム
20. 寒冷ストレスの予防と緩和:戦略
21. 特定の要因と設備に関する戦略と対策
22. 寒さに対する一般的な適応メカニズム
23. 水温15℃以下の日数
24. さまざまな寒い職業環境の気温
25. 冷間加工の概略分類
26. 代謝率のレベルの分類
27. 衣類の基礎断熱値の例
28. ハンドウェアの冷却に対する熱抵抗の分類
29. ハンドウェアの接触熱抵抗の分類
30. 風冷指数、露出した肉の温度と凍結時間
31. むき出しの肉に当たる風の冷却力
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43. 労働時間
チャプターエディター: ピーター・ナウト
作業時間帯
ピーター・ナウト
以下のリンクをクリックして、記事のコンテキストで表を表示します。
1. 交替勤務開始からXNUMX病までの時間間隔
2. 交替勤務と心血管疾患の発生率
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44. 室内空気質
チャプターエディター: ザビエル・グアルディーノ・ソラ
室内空気質: はじめに
ザビエル・グアルディーノ・ソラ
室内化学汚染物質の性質と発生源
デリック・クランプ
ラドン
マリア・ホセ・ベレンゲル
タバコの煙
ディートリッヒ・ホフマンとエルンスト・L・ウィンダー
喫煙規制
ザビエル・グアルディーノ・ソラ
化学汚染物質の測定と評価
M. グラシア ロセル ファラス
生物学的汚染
ブライアン・フラニガン
規制、勧告、ガイドライン、基準
マリア・ホセ・ベレンゲル
以下のリンクをクリックして、記事のコンテキストで表を表示します。
1. 室内有機汚染物質の分類
2. さまざまな物質からのホルムアルデヒド放出
3. 合計揮発性有機化合物の濃縮物、壁/床材
4. 消費者製品およびその他の揮発性有機化合物のソース
5. イギリスの都市部における主な種類と濃度
6. 窒素酸化物と一酸化炭素のフィールド測定
7. たばこの副流煙に含まれる有毒物質および腫瘍原性物質
8. たばこの煙からの有毒物質および腫瘍原性物質
9. 非喫煙者の尿中コチニン
10. サンプル採取方法
11. 室内空気中のガスの検出方法
12. 化学汚染物質の分析に使用される方法
13. 一部のガスの検出下限
14. 鼻炎や喘息の原因となる真菌の種類
15. 微生物と外因性アレルギー性肺胞炎
16. 非工業用室内空気および粉塵中の微生物
17. 米国環境保護庁が定めた空気質の基準
18. 非がんおよび非臭気に関する WHO ガイドライン
19. 感覚的影響または不快感に基づくWHOガイドライン値
20. XNUMX機関のラドン基準値
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45. 室内環境制御
チャプターエディター: フアン・グアッシュ・ファラス
室内環境の制御:一般原則
A.エルナンデス・カジェハ
室内空気:制御と清掃の方法
E. アダン リエバナと A. エルナンデス カジェハ
一般換気と希釈換気の目的と原則
エミリオ・カステホン
非工業用建物の換気基準
A.エルナンデス・カジェハ
暖房および空調システム
F.ラモス・ペレスとJ.グアッシュ・ファラス
室内空気: イオン化
E. Adán Liébana と J. Guasch Farrás
以下のリンクをクリックして、記事のコンテキストで表を表示します。
1. 最も一般的な室内汚染物質とその発生源
2. 基本要件-希釈換気システム
3. 防除対策とその効果
4. 作業環境と効果の調整
5. フィルターの有効性 (ASHRAE 規格 52-76)
6. 夾雑物の吸収剤として使用される試薬
7. 室内空気の質のレベル
8. 建物の居住者による汚染
9. 各建物の稼働率
10. 建物による汚染
11. 外気の質レベル
12. 環境要因の基準案
13. 熱的快適温度 (Fanger に基づく)
14. イオンの特徴
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46。 点灯
チャプターエディター: フアン・グアッシュ・ファラス
ランプと照明の種類
リチャード・フォースター
ビジュアルに必要な条件
フェルナンド・ラモス・ペレスとアナ・エルナンデス・カジェハ
一般的な照明条件
N・アラン・スミス
以下のリンクをクリックして、記事のコンテキストで表を表示します。
1. 一部1,500mm蛍光管ランプの出力・ワット数を向上
2. 代表的なランプ効率
3. 一部のランプ タイプの国際ランプ コーディング システム (ILCOS)
4. 白熱灯の一般的な色と形、ILCOS コード
5. 高圧ナトリウムランプの種類
6. 色のコントラスト
7. さまざまな色と素材の反射率
8. 場所/タスクの維持照度の推奨レベル
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47。 ノイズ
チャプターエディター: アリス・H・スーター
ノイズの性質と影響
アリス・H・スーター
騒音測定と暴露評価
Eduard I. Denisov とドイツ語 A. Suvorov
エンジニアリングノイズコントロール
デニス・P・ドリスコル
聴覚保護プログラム
ラリー・H・ロイスターとジュリア・ドズウェル・ロイスター
基準と規制
アリス・H・スーター
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48.放射線:電離
章の編集者: Robert N. Cherry, Jr.
概要
ロバート・N・チェリー・ジュニア
放射線生物学と生物学的影響
アーサー・C・アプトン
電離放射線の発生源
ロバート・N・チェリー・ジュニア
放射線安全のための職場設計
ゴードン・M・ロッデ
放射線の安全性
ロバート・N・チェリー・ジュニア
放射線事故の計画と管理
シドニー・W・ポーター・ジュニア
49. 放射線、非電離
チャプターエディター: ベングト・ナイフ
電界および磁界と健康転帰
ベングト・ナイフ
電磁スペクトル: 基本的な物理的特性
シェル・ハンソン マイルド
紫外線
デビッド・H・スライニー
赤外線放射
R.マテス
光と赤外線
デビッド・H・スライニー
レーザー
デビッド・H・スライニー
高周波電磁界とマイクロ波
シェル・ハンソン マイルド
VLF および ELF 電界および磁界
マイケル・H・レパコリ
静電界および静磁界
マルティーノ・グランドルフォ
以下のリンクをクリックして、記事のコンテキストで表を表示します。
1. IR のソースとエクスポージャー
2. 網膜熱ハザード機能
3. 一般的なレーザーの暴露限界
4. >0 ~ 30 kHz の範囲を使用する機器のアプリケーション
5. 磁場への職業暴露源
6. 人体を流れる電流の影響
7. さまざまな電流密度範囲の生物学的影響
8. 職業暴露限界 - 電界/磁界
9. 静電界にさらされた動物に関する研究
10. 主な技術と大きな静磁場
11. 静磁場に関する ICNIRP の推奨事項
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50.振動
チャプターエディター: マイケル・J・グリフィン
振動
マイケル・J・グリフィン
全身振動
ヘルムート・ザイデルとマイケル・J・グリフィン
手で伝わる振動
マッシモ・ボヴェンツィ
乗り物酔い
アラン・J・ベンソン
以下のリンクをクリックして、記事のコンテキストで表を表示します。
1. 全身振動による悪影響のある活動
2. 全身振動防止対策
3. 手で伝わる振動暴露
4. ステージ、ストックホルム ワークショップ スケール、手腕振動症候群
5. レイノー現象と手腕振動症候群
6. 手伝わる振動の限界値
7. 欧州連合理事会指令: 手で伝わる振動 (1994)
8. 指を白くするための振動の大きさ
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51.暴力
チャプターエディター: レオン・J・ウォーショー
職場での暴力
レオン・J・ウォーショー
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1. 1980 年から 1989 年までの米国の職場での職業上の殺人発生率が最も高い
2. 職業殺人の最高率 米国の職業、1980~1989 年
3. 職場殺人の危険因子
4. 職場での暴力を防止するためのプログラムのガイド
52. ビジュアルディスプレイユニット
チャプターエディター: ダイアン・ベルトレット
概要
ダイアン・ベルトレット
ビジュアル ディスプレイ ワークステーションの特徴
アフメット・チャキル
眼と視覚の問題
ポール・レイとジャン・ジャック・メイヤー
生殖障害 - 実験データ
ウルフ・ベルクヴィスト
生殖への影響 - ヒトの証拠
クレア・インファンテ・リヴァール
筋骨格系疾患
ガブリエレ・バマー
皮膚の問題
マッツ・ベルクとストゥーレ・リデン
VDU作業の心理社会的側面
マイケル・J・スミスとパスカル・キャラヨン
人間の人間工学的側面 - コンピュータインタラクション
ジャン=マルク・ロベール
人間工学基準
トム・FM・スチュワート
以下のリンクをクリックして、記事のコンテキストで表を表示します。
1. さまざまな地域のコンピューターの分布
2. 機器の要素の頻度と重要性
3. 眼症状の有病率
4. ラットまたはマウスを用いた奇形学的研究
5. ラットまたはマウスを用いた奇形学的研究
6. 有害な妊娠転帰の要因としての VDU の使用
7. 筋骨格系の問題の原因を研究するための分析
8. 筋骨格系の問題を引き起こすと考えられる要因
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暖房に関しては、特定の人のニーズは多くの要因によって異なります。 それらは、周囲に関連するものと人的要因に関連するもののXNUMXつの主要なグループに分類できます。 周囲に関連するものの中には、地理(緯度と高度)、気候、人がいる空間の暴露の種類、または外部環境から空間を保護する障壁などを数えることができます.人的要因の中には、労働者のエネルギー消費量、仕事のペースまたは仕事に必要な労力、寒さおよび個人的な好みや好みに反して使用される衣類または衣類。
多くの地域では季節によって暖房が必要になりますが、これは寒い季節に暖房が必要ないという意味ではありません。 寒い環境条件は、健康、精神的および身体的効率、精度に影響を与え、時には事故のリスクを高める可能性があります。 暖房システムの目標は、健康への悪影響を防止または最小限に抑える快適な温度条件を維持することです。
人体の生理学的特性により、人体は熱条件の大きな変化に耐えることができます。 人間は、皮膚の熱受容体によって視床下部を通じて熱バランスを維持します。 図36に示すように、体温は38~1℃に保たれています。
図 1. 人間の体温調節機構
暖房システムには、非常に正確な制御メカニズムが必要です。特に、作業者が四肢への血液循環を刺激しない座った状態または固定された姿勢で作業を行う場合はなおさらです。 実行される作業がある程度の可動性を許す場合、システムの制御は多少正確でなくなる可能性があります。 最後に、実行される作業が冷蔵室や非常に寒い気候条件など、異常に不利な条件で行われる場合、特別な組織を保護するため、それらの条件下で費やされる時間を調整するため、または組み込まれた電気システムによって熱を供給するために、支援措置が講じられる場合があります。作業着に。
熱環境の定義と説明
適切に機能する暖房または空調システムに求められる要件は、XNUMX 年の各季節について、指定された制限内で熱環境を定義する変数を制御できるようにすることです。 これらの変数は
ある空間の空気と壁面の温度と、別の部屋で同じように知覚される温度との間には、非常に単純な関係があることが示されています。 この関係は次のように表すことができます。
コラボレー
T食べる = 与えられた温度感覚に相当する気温
TDBT = 乾球温度計で測定した気温
Tブランチ = 測定された壁の平均表面温度。
たとえば、特定の空間で空気と壁が 20°C の場合、同等の温度は 20°C になり、知覚される熱の感覚は、壁の平均温度が 15°C である部屋と同じになります。 25°C で気温は XNUMX°C です。これは、その部屋の温度が同じであるためです。 温度の観点からは、温度の快適さの知覚感覚は同じです。
湿った空気の性質
空調計画を立てる際に考慮しなければならないのは、与えられた空間の空気、外の空気、部屋に供給される空気の熱力学的状態の XNUMX つです。 部屋に供給される空気の熱力学的特性を変換できるシステムの選択は、各コンポーネントの既存の熱負荷に基づいて行われます。 したがって、湿った空気の熱力学的特性を知る必要があります。 それらは次のとおりです。
TDBT = 放射熱から絶縁された温度計で測定された乾球温度の読み
TSPO = 露点温度の読み。 これは、不飽和乾燥空気が飽和点に達する温度です。
W = 乾燥空気のゼロから W までの範囲の湿度関係s 飽和空気用。 乾燥空気のkgによる水蒸気のkgとして表されます
RH = 相対湿度
t* = 湿球のある熱力学的温度
v = 空気と水蒸気の比容積 (m 単位で表される)3/kg)。 密度の逆数です
H = エンタルピー、kcal/kg の乾燥空気および関連する水蒸気。
上記の変数のうち、直接測定できるのは 3 つだけです。 それらは、乾球温度の読み取り値、露点温度の読み取り値、および相対湿度です。 湿球温度として定義される、実験的に測定可能な XNUMX 番目の変数があります。 湿球温度は、湿球を湿らせた温度計を使用して測定します。温度計は通常、スリングを使用して、飽和していない湿った空気の中を適度な速度で移動させます。 この変数は、乾球を使用した熱力学的温度とわずかに異なる (XNUMX%) ため、どちらもあまり誤差を生じることなく計算に使用できます。
湿度図
前のセクションで定義されたプロパティは機能的に関連しており、グラフィック形式で表すことができます。 このグラフィック表現は、乾湿図と呼ばれます。 これは、American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers (ASHRAE) の表から派生した簡略化されたグラフです。 エンタルピーと湿度は図の座標に表示されます。 描かれた線は、乾燥した温度と湿った温度、相対湿度、および比容積を示しています。 乾湿図を使用すると、前述の変数のいずれか XNUMX つを知ることで、湿った空気のすべての特性を導き出すことができます。
温熱快適条件
温熱快適性は、温熱環境に対する満足を表す心の状態として定義されます。 それは、物理的および生理学的要因の影響を受けます。
さまざまな作業状況で条件が異なるため、温熱快適性のために満たすべき一般的な条件を規定することは困難です。 同じ職場でも、別の人が占有している場合は、別の条件が必要になることさえあります。 快適性に必要な温度条件の技術基準は、気候条件が異なり、服装を支配する習慣が異なるため、すべての国に適用できるわけではありません。
軽い肉体労働を行う労働者を対象に研究が実施され、表 1 に示す温度、速度、湿度に関する一連の基準が確立されました (Bedford と Chrenko 1974)。
表 1. 環境要因の規範案
環境要因 |
提案された規範 |
大気温 |
21°C |
平均放射温度 |
≧21℃ |
相対湿度 |
30〜70% |
気流の速度 |
0.05 ~ 0.1 メートル/秒 |
温度勾配(頭から足まで) |
≤2.5°C |
上記の要因は相互に関連しており、熱放射が大きい場合は空気温度を低くする必要があり、気流の速度も速い場合は空気温度を高くする必要があります。
一般的に、実行する必要がある修正は次のとおりです。
気温を上げる必要があります。
気温を下げる必要があります。
熱的快適さを十分に感じるために最も望ましい状況は、環境の温度が空気の温度よりもわずかに高く、放射熱エネルギーの流れがすべての方向で同じであり、オーバーヘッドが過度でない場合です。 高さによる温度上昇を最小限に抑え、頭上に過度の熱負荷を発生させずに足を暖かく保つ必要があります。 熱的快適感に関係する重要な要素は、気流の速度です。 実行中の活動と使用する衣類の種類に応じて、推奨される対気速度を示した図があります (図 2)。
図 2. 全体の温度と気流の速度の測定値に基づく快適ゾーン
一部の国では最低環境温度の基準がありますが、最適値はまだ確立されていません。 通常、気温の最大値は 20°C です。 最近の技術的進歩により、熱的快適性を測定する複雑さが増しています。 有効温度指数 (ET) や有効温度補正指数 (CET) など、多くの指数が登場しています。 カロリー過負荷の指標; 熱ストレス指数(HSI); 湿球地球温度 (WBGT); 中央値のファンガー指数 (IMV) などがあります。 WBGT 指数を使用すると、作業条件下での熱ストレスを排除するために、実行される作業の強度の関数として必要な休憩の間隔を決定できます。 これについては、章で詳しく説明します。 暑さと寒さ.
乾湿計図における熱的快適ゾーン
大人が温熱快適性を知覚する条件に対応する乾湿図上の範囲は、慎重に研究され、50℃の均一な部屋で乾球温度計で測定された温度として定義される実効温度に基づいてASHRAE基準で定義されていますパーセント相対湿度、ここで人々は、与えられた局所環境の湿度レベルと同じように、放射エネルギー、対流、蒸発によって熱交換を行います。 有効温度のスケールは、0.6 clo の衣類のレベルに対して ASHRAE によって定義されています。clo は断熱の単位です。 1 clo は、通常の衣服一式による断熱に相当します。これは、0.155 K m の断熱レベルを想定しています。2W-1ここで、K は伝導による熱交換で、ワット/平方メートル (W m-2) 0.2 ms の空気の動きに対して-1 (安静時)、1 met (代謝率の単位 = 50 Kcal/m2h)。 この快適ゾーンは図 2 に示されており、放射熱から測定された温度が乾球温度計で測定された温度とほぼ同じであり、気流の速度が 0.2 ミリ秒未満である熱環境に使用できます。-1 薄着で座りがちな活動を行う人向け。
コンフォートフォーミュラ:ファンガーメソッド
PO ファンガーによって開発された方法は、周囲温度、平均放射温度、気流の相対速度、周囲空気中の水蒸気の圧力、活動レベル、および着用した衣服の熱抵抗の変数を関連付ける式に基づいています。 快適性公式から導き出された例を表 2 に示します。これは、着用した衣服、実行された活動の代謝率、および気流の速度の関数として快適な温度を取得するための実際のアプリケーションで使用できます。
表 2. 快適温度 (°C)、相対湿度 50% で (PO ファンガーの式に基づく)
代謝(ワット) |
105 |
|||
放射温度 |
CLO |
20°C |
25°C |
30°C |
服(クロ) |
|
|
|
|
0.5 |
30.5 |
29.0 |
27.0 |
|
1.5 |
30.6 |
29.5 |
28.3 |
|
服(クロ) |
|
|
|
|
0.5 |
26.7 |
24.3 |
22.7 |
|
1.5 |
27.0 |
25.7 |
24.5 |
|
代謝(ワット) |
157 |
|||
放射温度 |
CLO |
20°C |
25°C |
30°C |
服(クロ) |
|
|
|
|
0.5 |
23.0 |
20.7 |
18.3 |
|
1.5 |
23.5 |
23.3 |
22.0 |
|
服(クロ) |
|
|
|
|
0.5 |
16.0 |
14.0 |
11.5 |
|
1.5 |
18.3 |
17.0 |
15.7 |
|
代謝(ワット) |
210 |
|||
放射温度 |
CLO |
20°C |
25°C |
30°C |
服(クロ) |
|
|
|
|
0.5 |
15.0 |
13.0 |
7.4 |
|
1.5 |
18.3 |
17.0 |
16.0 |
|
服(クロ) |
|
|
|
|
0.5 |
-1.5 |
-3.0 |
/ |
|
1.5 |
-5.0 |
2.0 |
1.0 |
暖房システム
暖房システムの設計は、実行する作業とそれが設置される建物の特性に直接関係する必要があります。 産業用建物の場合、プロセスとワークステーションがまだ定義されていないことが多いため、労働者の暖房の必要性が考慮されているプロジェクトを見つけるのは困難です。 通常、システムは非常に自由な範囲で設計されており、建物内に存在する熱負荷と、建物内の特定の温度を維持するために必要な熱量のみを考慮し、熱分布、ワークステーションの状況は考慮しません。およびその他の同様に一般的でない要因。 これは、特定の建物の設計の欠陥につながり、コールド スポット、隙間風、不十分な数の加熱要素、およびその他の問題などの欠点につながります。
建物を計画する際に優れた暖房システムを実現するには、次の点に注意する必要があります。
排気煙突のないバーナーで加熱する場合は、燃焼生成物の吸入に特に注意する必要があります。 通常、可燃性物質が石油、ガス、またはコークスを加熱している場合、二酸化硫黄、窒素酸化物、一酸化炭素、およびその他の燃焼生成物が生成されます。 これらの化合物には人への暴露限界があり、特にこれらのガスの濃度が急速に上昇し、燃焼反応の効率が低下する可能性がある閉鎖空間では、それらを制御する必要があります。
暖房システムの計画には、初期費用の安さ、サービスの柔軟性、エネルギー効率、適用性など、さまざまな考慮事項のバランスが常に必要です。 したがって、オフピーク時に電気を使用する方が安い場合など、電気ヒーターの費用対効果が高くなる可能性があります。 ピーク需要時に使用できる蓄熱用の化学システムの使用 (例えば、硫化ナトリウムを使用) は、別のオプションです。 また、複数の異なるシステムの配置を一緒に検討して、コストを最適化できるようにシステムを機能させることもできます。
ガスや灯油を使えるヒーターの設置は特に興味深い。 電気を直接使用するということは、多くの場合、コストがかかることが判明する一流のエネルギーを消費することを意味しますが、特定の状況下では必要な柔軟性を提供する可能性があります。 余熱を利用するヒートポンプやその他のコージェネレーションシステムは、経済的な観点から非常に有利なソリューションを提供できます。 これらのシステムの問題点は、初期費用が高いことです。
今日の暖房および空調システムは、最適な機能と省エネを実現することを目指す傾向にあります。 したがって、新しいシステムには、加熱するスペース全体に分散されたセンサーとコントロールが含まれており、熱の快適さを得るために必要な時間だけ熱が供給されます。 これらのシステムは、暖房のエネルギー コストを最大 30% 節約できます。 図 3 は、利用可能な加熱システムの一部を示しており、それらの利点と欠点を示しています。
図 3. 作業現場で使用される最も一般的な暖房システムの特徴
空調システム
経験によると、夏季のコンフォート ゾーンに近い産業環境は、生産性を高め、事故が少なく、欠勤率が低く、一般的に人間関係の改善に貢献します。 小売店、病院、および大きな表面を持つ建物の場合、通常、空調は、外の条件で必要な場合に快適な温度を提供できるように制御する必要があります。
外部条件が非常に厳しい特定の産業環境では、暖房システムの目標は、快適な熱環境に十分な熱を提供することよりも、健康への悪影響を防ぐために十分な熱を提供することです。 特に加湿器を備えた空調機器のメンテナンスと適切な使用は、微生物汚染の原因となり、これらの汚染物質が人間の健康に及ぼす危険性があるため、慎重に監視する必要があります。
今日、換気および気候制御システムは、建物の空気の暖房、冷蔵、調整の必要性をカバーする傾向があり、しばしば同じ設備を共同で使用しています。 冷凍システムには複数の分類が使用される場合があります。
システムの構成に応じて、次のように分類できます。
それらが提供するカバレッジに応じて、次のように分類できます。
これらのタイプのシステムを最も頻繁に悩ませる問題は、システムが熱負荷の変動に対応するように調整されていない場合の過度の加熱または冷却、または循環を更新するためにシステムが最小限の外気を導入しない場合の換気の不足です。室内空気。 これにより、空気の質が低下する古い室内環境が作られます。
すべての空調システムの基本要素は次のとおりです (図 4 も参照)。
イオン化は、空気から粒子状物質を除去するために使用される技術の XNUMX つです。 イオンは小さな粒子の凝縮核として機能し、それらがくっついて成長し、沈殿します。
密閉された屋内空間のイオン濃度は、原則として、追加のイオン源がない場合、開放空間のイオン濃度よりも低くなります。 したがって、室内空気中のマイナスイオンの濃度を高めると、空気の質が向上すると考えられています。
疫学的データに基づくいくつかの研究と計画された実験的研究は、作業環境でのマイナスイオンの濃度の増加が作業効率の向上と従業員の気分の向上につながり、プラスイオンは悪影響を与えると主張しています. しかし、並行研究は、労働者の生産性に対する陰イオン化の影響に関する既存のデータには一貫性がなく、矛盾していることを示しています。 したがって、マイナスイオンの発生が本当に有益であるとはまだ一概には言えません。
自然イオン化
大気中の個々のガス分子は、電子を獲得することによって負に、または電子を失うことによって正に電離することができます。 これが発生するには、特定の分子がまず十分なエネルギーを獲得する必要があります。 イオン化エネルギー その特定の分子の。 宇宙起源と地球起源の両方の多くのエネルギー源が自然界に存在し、この現象を生み出すことができます。大気中のバックグラウンド放射線。 太陽の電磁波(特に紫外線)、宇宙線、滝による水しぶきなどの液体の霧化、地表での大量の空気の動き、雷や嵐などの電気現象、燃焼と放射性物質のプロセス.
このようにして形成されるイオンの電気的配置は、まだ完全にはわかっていませんが、炭酸イオンとHのイオンが含まれているようです+、H3O+、O+は、N+、 ああ–、H2O– とO2–. これらのイオン化された分子は、浮遊粒子 (霧、シリカ、およびその他の汚染物質) への吸着によって凝集する可能性があります。 イオンは、その大きさと移動度によって分類されます。 後者は、XNUMX センチメートルあたりの電圧 (cm/s/V/cm) による XNUMX 秒あたりのセンチメートルなどの単位として表される電場の速度として定義されます。
大気中のイオンは、再結合によって消失する傾向があります。 半減期はサイズに依存し、可動性に反比例します。 マイナスイオンは統計的に小さく、半減期は数分ですが、プラスイオンはより大きく、半減期は約 XNUMX 分です。 の 空間電荷 は、陽イオンの濃度と陰イオンの濃度の商です。 この関係の値は 1 よりも大きく、気候、場所、季節などの要因によって異なります。 生活空間では、この係数は XNUMX 未満の値を持つことがあります。 特性を表 XNUMX に示します。
表 1. 特定の移動度と直径のイオンの特性
可動性 (cm2/対) |
直径(mm) |
特性 |
3.0-0.1 |
0.001-0.003 |
小型、高機動、短寿命 |
0.1-0.005 |
0.003-0.03 |
中間、小さなイオンより遅い |
0.005-0.002 |
> 0.03 |
スローイオン、粒子状物質の凝集体 |
人工イオン化
人間の活動は、空気の自然なイオン化を変更します。 人工イオン化は、産業プロセス、原子力プロセス、および火災によって引き起こされる可能性があります。 空気中に浮遊する粒子状物質は、ランジュバン イオン (粒子状物質に凝集したイオン) の形成に有利に働きます。 電気ラジエーターは、正イオンの濃度を大幅に高めます。 エアコンも室内空気の空間電荷を増加させます。
職場には、機械的エネルギー (プレス機、紡績機、織機)、電気エネルギー (モーター、電子プリンター、コピー機、高圧線および設備) の重要なローカルソースである機械の場合のように、陽イオンと陰イオンを同時に生成する機械があります。 )、電磁エネルギー(陰極線スクリーン、テレビ、コンピューターモニター)または放射性エネルギー(コバルト42治療)。 これらの種類の装置は、陰イオンと比較して陽イオンの半減期が長いため、陽イオンの濃度が高い環境を作り出します。
イオンの環境濃度
イオンの濃度は、環境や気象条件によって異なります。 森や山、標高の高い場所など、汚染の少ない地域では、小さなイオンの濃度が高くなります。 放射能源、滝、または川の急流に近い地域では、濃度は 500 立方センチメートルあたり数千の小さなイオンに達する可能性があります。 一方、海が近く湿度が高いときは、大きなイオンが過剰になります。 一般に、きれいな空気中の陰イオンと陽イオンの平均濃度は、それぞれ 600 立方センチメートルあたり XNUMX イオンと XNUMX イオンです。
スイスのフェーン、米国のサンタアナ、北アフリカのシロッコ、ロッキー山脈のチヌーク、中東のシャラフなど、陽イオンを大量に運ぶ風もあります。
有意なイオン化要因がない職場では、大きなイオンが蓄積することがよくあります。 これは、密閉された場所や鉱山などで特に当てはまります。 室内空間や汚染された場所やほこりの多い場所では、マイナスイオンの濃度が大幅に低下します。 エアコンのある室内空間でもマイナスイオン濃度が低下するのには、さまざまな理由があります。 理由の XNUMX つは、マイナス イオンがエア ダクトやエア フィルターに閉じ込められたままになるか、プラスに帯電した表面に引き寄せられることです。 たとえば、陰極線スクリーンやコンピューターのモニターは正に帯電しており、そのすぐ近くでは負イオンが不足した微気候が形成されています。 粒子状物質による汚染レベルを最小限に抑える必要がある「クリーンルーム」用に設計された空気ろ過システムも、マイナスイオンを除去するようです。
一方、湿度が高すぎるとイオンが凝縮し、不足すると静電荷の多い乾燥した環境が形成されます。 これらの静電荷は、室内と人体の両方で、プラスチックや合成繊維に蓄積します。
イオン発生器
発電機は、大量のエネルギーを供給することによって空気をイオン化します。 このエネルギーは、アルファ線源 (トリチウムなど) から、または鋭利な電極に高電圧を印加することによって電気源から得られます。 放射能の二次的な問題のため、ほとんどの国で放射能源は禁止されています。
発電機は、クラウンに囲まれた尖った電極でできています。 電極には数千ボルトの負電圧が供給され、クラウンは接地されています。 マイナスイオンは放出され、プラスイオンは発生器に引き付けられます。 発生するマイナスイオンの量は、印加電圧と内蔵電極の数に比例して増加します。 電圧が 8,000 ~ 10,000 ボルトを超えると、発電機はイオンだけでなくオゾンや亜酸化窒素も生成するため、電極の数が多く、電圧が低い発電機はより安全です。 イオンの拡散は、静電反発によって達成されます。
イオンの移動は、放出点とそれを取り囲む物体との間に生成される磁場の配置に依存します。 発電機の周囲のイオン濃度は均一ではなく、発電機からの距離が大きくなるにつれて大幅に減少します。 この装置にファンを取り付けると、イオン分散ゾーンが増加します。 ジェネレーターのアクティブな要素は、適切に機能させるために定期的にクリーニングする必要があることを覚えておくことが重要です。
発生器はまた、水噴霧、熱電効果または紫外線に基づくものであってもよい。 発電機にはさまざまな種類とサイズがあります。 天井や壁に設置したり、小型のポータブルタイプであればどこにでも設置できます。
イオンの測定
イオン測定装置は、0.75 cm 離して XNUMX 枚の導電板を配置し、可変電圧を印加することによって作成されます。 収集されたイオンはピコアンペアメーターで測定され、電流の強さが記録されます。 可変電圧により、移動度の異なるイオンの濃度を測定できます。 イオン濃度(N) は、次の式を使用して生成された電流の強度から計算されます。
コラボレー I はアンペア単位の電流、 V は気流の速さ、 q は一価イオンの電荷です (1.6x10-19) クーロンと A 集電板の有効面積です。 すべてのイオンは単一の電荷を持ち、それらはすべてコレクタに保持されると想定されています。 この方法には、バックグラウンド電流や、湿度や静電気場などの他の要因の影響による制限があることに注意してください。
体へのイオンの影響
小さなマイナスイオンは、移動性が高いため、生物学的効果が最も大きいと考えられています。 高濃度のマイナスイオンは、微視的な病原体の成長を殺したりブロックしたりできますが、人間への悪影響は報告されていません.
一部の研究では、高濃度のマイナスイオンにさらされると、一部の人々に生化学的および生理学的変化が生じ、リラックス効果があり、緊張と頭痛が軽減され、注意力が向上し、反応時間が短縮されることが示唆されています. これらの影響は、神経ホルモンのセロトニン (5-HT) と負イオンが負荷された環境でのヒスタミンの抑制による可能性があります。 これらの要因は、人口の過敏なセグメントに影響を与える可能性があります。 ただし、他の研究では、マイナスイオンが体に及ぼす影響について異なる結論に達しています。 したがって、負イオン化の利点はまだ議論の余地があり、問題が決定される前にさらなる研究が必要です.
ランプはエネルギー変換器です。 二次的な機能を実行することもありますが、その主な目的は、電気エネルギーを可視電磁放射に変換することです。 光を作る方法はたくさんあります。 一般的な照明を作成するための標準的な方法は、電気エネルギーを光に変換することです。
光の種類
白熱
固体と液体が加熱されると、1,000 K を超える温度で可視光線が放出されます。 これは白熱として知られています。
このような加熱は、フィラメント ランプの光生成の基本です。電流は、ランプの種類とその用途に応じて、温度が約 2,500 ~ 3,200 K に上昇する細いタングステン ワイヤを通過します。
この方法には限界があり、これは黒体放射体の性能に関するプランクの法則によって説明されており、放射されるエネルギーのスペクトル分布は温度とともに増加します。 約 3,600 K 以上では、可視放射の放出が著しく増加し、最大出力の波長が可視帯域にシフトします。 この温度は、フィラメントに使用されるタングステンの融点に近いため、実用的な温度限界は約 2,700 K であり、それを超えるとフィラメントの蒸発が過剰になります。 これらのスペクトル シフトの結果の XNUMX つは、放射される放射の大部分が光としてではなく、赤外線領域の熱として放出されることです。 このように、フィラメント ランプは効果的な加熱装置となり、プリントの乾燥、食品の準備、動物の飼育用に設計されたランプに使用されます。
放電
放電は、光をより効率的に生成するため、商業および産業用の最新の光源で使用される技術です。 ランプの種類によっては、放電とフォトルミネッセンスを組み合わせたものがあります。
ガスを通過する電流は、原子と分子を励起して、存在する元素の特徴であるスペクトルの放射を放出します。 ナトリウムと水銀の XNUMX つの金属が一般的に使用されます。これらの金属の特性は、可視スペクトル内で有用な放射線を出すためです。 どちらの金属も連続スペクトルを発せず、放電ランプは選択スペクトルを持ちます。 それらの演色は、連続スペクトルと同じになることはありません。 放電ランプは、高圧または低圧に分類されることがよくありますが、これらの用語は相対的なものであり、高圧ナトリウム ランプは XNUMX 気圧未満で動作します。
発光の種類
フォトルミネッセンス 放射線が固体に吸収され、別の波長で再放出されるときに発生します。 再放出された放射線が可視スペクトル内にある場合、プロセスが呼び出されます 蛍光 or リン光.
エレクトロルミネッセンス 蛍光体材料などの特定の固体を通過する電流によって光が生成されるときに発生します。 自照式標識やインストルメント パネルに使用されていますが、建物や外部の照明用の実用的な光源であるとは証明されていません。
電灯の進化
技術の進歩によりさまざまなランプを製造できるようになりましたが、それらの開発に影響を与えた主な要因は外部市場の力でした。 たとえば、今世紀の初めに使用されていたフィラメント ランプの製造は、優れた真空ポンプが利用可能になり、タングステン ワイヤが引き出されて初めて可能になりました。 しかし、市場の成長を決定づけたのは、電気照明の需要を満たす大規模な発電と配電でした。 電気照明は、ガスや石油で生成された光よりも多くの利点を提供しました。たとえば、頻繁なメンテナンスを必要としない安定した光、炎が露出せず、局所的な燃焼副産物がないという安全性の向上などです。
第二次世界大戦後の復興期には、生産性が重視されました。 蛍光灯は、工場やオフィスの影のない、比較的熱のない照明を可能にし、スペースを最大限に活用できるため、主要な光源になりました。 典型的な 1,500 mm 蛍光管状ランプの光出力とワット数の要件を表 1 に示します。
表 1. 一般的な 1,500 mm 蛍光管ランプの改善された光出力とワット数要件
定格 (W) |
直径(mm) |
ガス充填 |
光出力 (ルーメン) |
80 |
38 |
アルゴン |
4,800 |
65 |
38 |
アルゴン |
4,900 |
58 |
25 |
クリプトン |
5,100 |
50 |
25 |
アルゴン |
5,100 |
1970 年代までに石油価格が上昇し、エネルギー コストが運用コストの重要な部分を占めるようになりました。 同じ光量で少ない消費電力の蛍光灯が市場から求められていました。 ランプのデザインはいくつかの点で洗練されました。 世紀が終わり、地球環境問題への意識が高まっています。 減少する原材料の有効利用、製品のリサイクルまたは安全な廃棄、およびエネルギー消費 (特に化石燃料から生成されるエネルギー) に対する継続的な懸念は、現在のランプ設計に影響を与えています。
パフォーマンス基準
パフォーマンス基準はアプリケーションによって異なります。 一般に、これらの基準の重要性に特定の階層はありません。
光出力: ランプのルーメン出力は、設置の規模と必要な照明の量に関連してその適合性を決定します。
色の見え方と演色性: 色の見え方と演色性には、個別のスケールと数値が適用されます。 数値はあくまでも目安であり、一部は概算にすぎないことを覚えておくことが重要です。 適合性の評価は、可能な限り、実際のランプと、状況に適した色または素材を使用して行う必要があります。
ランプ寿命: ほとんどのランプは、照明設備の使用期間中に数回交換する必要があります。設計者は、奇妙な故障やメンテナンスによる居住者への不便を最小限に抑える必要があります。 ランプは、さまざまな用途で使用されています。 予想される平均寿命は、多くの場合、コストとパフォーマンスの妥協点です。 たとえば、最大光出力は画像の品質にとって重要であるため、スライド プロジェクターのランプの寿命は数百時間です。 対照的に、一部の道路照明ランプは 8,000 年ごとに交換される場合があり、これは約 XNUMX 時間の燃焼に相当します。
また、ランプの寿命は使用条件に左右されるため、すべての条件に当てはまる単純な数値はありません。 また、有効なランプ寿命は、さまざまな障害モードによって決定される場合があります。 フィラメントやランプの破裂などの物理的な故障の前に、光出力の低下や色の変化が生じる場合があります。 ランプの寿命は、温度、振動、始動頻度、電源電圧の変動、向きなどの外部環境条件の影響を受けます。
ランプ タイプの平均寿命は、テスト ランプのバッチで 50% が故障するまでの時間であることに注意してください。 この生命の定義は、多くの商業用または工業用設備には適用できない可能性があります。 したがって、実際のランプ寿命は通常、公開されている値よりも短く、比較のためにのみ使用する必要があります。
効率化: 一般に、特定のタイプのランプの効率は定格電力が増加するにつれて向上します。これは、ほとんどのランプに一定の損失があるためです。 ただし、ランプの種類によって効率が大きく異なります。 サイズ、色、寿命の基準も満たしていれば、最高効率のランプを使用する必要があります。 エネルギーの節約は、視覚的な快適性や居住者のパフォーマンス能力を犠牲にしてはなりません。 いくつかの典型的な効能を表 2 に示します。
表 2. 一般的なランプ効率
ランプ効率 |
|
100Wフィラメントランプ |
14 ルーメン/ワット |
58W蛍光管 |
89 ルーメン/ワット |
400W高圧ナトリウム |
125 ルーメン/ワット |
131 W 低圧ナトリウム |
198 ルーメン/ワット |
メインランプの種類
何年にもわたって、国内および国際的な基準と登録によって、いくつかの命名体系が開発されてきました。
1993 年、国際電気標準会議 (IEC) は、既存の国および地域のコーディング システムを置き換えることを目的とした新しい国際ランプ コーディング システム (ILCOS) を発行しました。 さまざまなランプの ILCOS 短縮形コードのリストを表 3 に示します。
表 3. 一部のランプ タイプの国際ランプ コーディング システム (ILCOS) 短縮形コーディング システム
タイプ(コード) |
共通定格 (ワット) |
カラーレンダリング |
色温度 (K) |
寿命 (時間) |
コンパクト蛍光灯(FS) |
5-55 |
良い |
2,700-5,000 |
5,000-10,000 |
高圧水銀灯(QE) |
80-750 |
フェア |
3,300-3,800 |
20,000 |
高圧ナトリウムランプ(S-) |
50-1,000 |
悪いから良い |
2,000-2,500 |
6,000-24,000 |
白熱灯 (I) |
5-500 |
良い |
2,700 |
1,000-3,000 |
誘導灯 (XF) |
23-85 |
良い |
3,000-4,000 |
10,000-60,000 |
低圧ナトリウムランプ(LS) |
26-180 |
単色の黄色 |
1,800 |
16,000 |
低圧タングステンハロゲンランプ(HS) |
12-100 |
良い |
3,000 |
2,000-5,000 |
メタルハライドランプ(M-) |
35-2,000 |
最良です |
3,000-5,000 |
6,000-20,000 |
管状蛍光灯(FD) |
4-100 |
良~良 |
2,700-6,500 |
10,000-15,000 |
タングステンハロゲンランプ(HS) |
100-2,000 |
良い |
3,000 |
2,000-4,000 |
白熱灯
これらのランプは、ガラス エンベロープを備えた不活性ガスまたは真空中でタングステン フィラメントを使用します。 不活性ガスはタングステンの蒸発を抑制し、エンベロープの黒化を軽減します。 ランプの形状にはさまざまな種類があり、主に装飾的な外観になっています。 典型的な一般照明サービス (GLS) ランプの構造を図 1 に示します。
図 1. GLS ランプの構造
白熱灯も、幅広い色と仕上げで利用できます。 ILCOS コードといくつかの典型的な形状には、表 4 に示すものが含まれます。
表 4. 白熱灯の一般的な色と形状と ILCOS コード
色・形 |
Code |
クリア |
/C |
艶消し |
/F |
ホワイト |
/W |
レッド |
/R |
青 |
/B |
グリーン |
/G |
イエロー |
/Y |
梨型(GLS) |
IA |
キャンドル |
IB |
コニカル |
IC |
球状 |
IG |
キノコ |
IM |
白熱灯は、低コストでコンパクトなサイズのため、家庭用照明として依然として人気があります。 ただし、商用および産業用照明の場合、効率が低いと運用コストが非常に高くなるため、放電ランプが通常の選択です。 100 W 蛍光灯の 14 ルーメン/ワットと比較して、96 W ランプの典型的な効率は 36 ルーメン/ワットです。
白熱灯は、供給電圧を下げることで簡単に調光でき、調光が望ましい制御機能である場合でも使用されています。
タングステン フィラメントはコンパクトな光源で、リフレクターやレンズで簡単に焦点を合わせることができます。 白熱灯は、方向制御が必要なディスプレイ照明に役立ちます。
タングステンハロゲンランプ
これらは白熱灯に似ており、タングステン フィラメントから同じ方法で光を生成します。 ただし、電球にはハロゲンガス (臭素またはヨウ素) が含まれており、タングステンの蒸発を制御します。 図 2 を参照してください。
図 2. ハロゲン サイクル
ハロゲン サイクルの基本は、ハロゲン化タングステンがガス状態のままでバルブ壁に凝縮しないように、バルブ壁の最低温度を 250 °C にすることです。 この温度は、ガラスの代わりに石英で作られた電球を意味します。 石英を使用すると、バルブのサイズを小さくすることができます。
ほとんどのタングステン ハロゲン ランプは、同等の白熱電球よりも寿命が長く、フィラメントはより高い温度にあるため、より明るくより白い色を作り出します。
タングステン ハロゲン ランプは、小型で高性能が主な要件である場合に普及しています。 典型的な例は、方向制御と調光が一般的な要件である、映画やテレビなどの舞台照明です。
低圧タングステンハロゲンランプ
これらは、もともとスライドおよびフィルム映写機用に設計されました。 12 V では、230 V と同じワット数のフィラメントがより小さく、より太くなります。 これにより、より効率的に焦点を合わせることができ、フィラメントの質量が大きいほど、動作温度が高くなり、光出力が増加します。 太いフィラメントはより堅牢です。 これらの利点は、商業用ディスプレイ市場に役立つものとして実現され、降圧トランスが必要であるにもかかわらず、これらのランプは現在ショーウィンドウの照明を支配しています. 図 3 を参照してください。
図 3. 低電圧ダイクロイック リフレクター ランプ
フィルム映写機のユーザーはできるだけ多くの光を求めますが、熱が多すぎると透明媒体が損傷します。 特別なタイプのリフレクターが開発されました。これは可視光線のみを反射し、赤外線 (熱) がランプの背面を通過できるようにします。 この機能は現在、ディスプレイ照明やプロジェクター機器用の多くの低電圧リフレクター ランプの一部となっています。
電圧感度: すべてのフィラメント ランプは電圧変動の影響を受けやすく、光出力と寿命に影響します。 ヨーロッパ全体で供給電圧を 230 V に「調和」させる動きは、発電所が運用できる許容範囲を広げることによって達成されています。 この動きは ±10% に向かっており、これは 207 ~ 253 V の電圧範囲です。白熱およびタングステン ハロゲン ランプは、この範囲では適切に動作しないため、実際の供給電圧をランプの定格に一致させる必要があります。 図 4 を参照してください。
図 4. GLS フィラメント ランプと供給電圧
放電灯もこの大きな電圧変動の影響を受けるため、制御装置の正しい仕様が重要になります。
管状蛍光灯
これらは低圧水銀ランプで、「熱陰極」バージョンと「冷陰極」バージョンがあります。 前者は従来のオフィスや工場用の蛍光管です。 「熱陰極」は、放電を確立するためにガスと水銀蒸気の十分なイオン化を作成するために電極を予熱することによるランプの始動に関連しています。
冷陰極ランプは、主にサイネージや広告に使用されます。 図 5 を参照してください。
図5. 蛍光灯の原理
蛍光灯は、始動およびランプ電流の制御のために外部制御装置を必要とします。 少量の水銀蒸気に加えて、開始ガス (アルゴンまたはクリプトン) があります。
水銀の低圧は、淡い青色の光の放電を生成します。 放射線の大部分は、水銀の特徴的な放射線周波数である 254 nm の UV 領域にあります。 チューブ壁の内側には薄い蛍光体コーティングがあり、UV を吸収してエネルギーを可視光として放射します。 光の色の品質は、蛍光体のコーティングによって決まります。 さまざまな色の外観と演色性のさまざまな蛍光体が利用可能です。
1950 年代に利用可能な蛍光体は、赤と青の光が不足している合理的な効率 (60 ルーメン/ワット) の選択肢を提供するか、効率の低い (40 ルーメン/ワット) の「デラックス」蛍光体から改善された演色性を提供しました。
1970 年代までに、新しい狭帯域蛍光体が開発されました。 これらは赤、青、緑の光を別々に放射しましたが、結合して白色光を生成しました。 プロポーションを調整すると、さまざまな色の外観が得られ、すべて同様の優れた演色性が得られます。 これらの三蛍光体は、以前のタイプよりも効率的であり、ランプがより高価であっても、最も経済的な照明ソリューションを表しています。 有効性の向上により、運用コストと設置コストが削減されます。
三蛍光体の原理は、アート ギャラリーや工業用カラー マッチングなど、重要な演色性が必要なマルチ蛍光体ランプによって拡張されました。
最新の狭帯域蛍光体は、耐久性が高く、ルーメンの維持が良好で、ランプの寿命が延びています。
コンパクト蛍光灯
蛍光管は直線的な形状のため、白熱灯の実用的な代替品にはなりません。 小さくて狭い口径の管は、白熱灯とほぼ同じサイズに構成できますが、これは蛍光体材料にはるかに高い電気的負荷を課します。 許容できるランプ寿命を達成するには、トリ蛍光体の使用が不可欠です。 図 6 を参照してください。
図 6. XNUMX 脚コンパクト蛍光灯
すべてのコンパクト蛍光灯は三蛍光体を使用しているため、線形蛍光灯と一緒に使用する場合は、色の一貫性を確保するために後者も三蛍光体にする必要があります。
一部のコンパクト ランプには、白熱灯用のレトロフィット デバイスを形成するための操作制御装置が含まれています。 範囲が拡大しており、既存の設備をよりエネルギー効率の高い照明に簡単にアップグレードできます。 これらの一体型ユニットは、元のコントロールの一部であった調光には適していません。
高周波電子制御装置: 通常の供給周波数 50 または 60 Hz を 30 kHz に上げると、蛍光管の効率が 10% 向上します。 電子回路は、個々のランプをそのような周波数で動作させることができます。 電子回路は、ランプの電力を抑えて、巻線制御ギアと同じ光出力を提供するように設計されています。 これにより、ルーメン パッケージとの互換性が得られ、ランプの負荷を減らすことでランプの寿命が大幅に延びるという利点があります。 電子制御装置は、さまざまな電源電圧で動作できます。
電子制御装置には共通の規格がなく、ランプの性能はランプ メーカーが発行する公開情報とは異なる場合があります。
高周波電子ギアの使用により、一部の居住者が敏感になる可能性のある通常のちらつきの問題が解消されます。
誘導灯
近年、誘導の原理を利用したランプが市場に出回っています。 それらは三蛍光体コーティングを施した低圧水銀ランプであり、光の発生源は蛍光灯に似ています。 エネルギーは、ランプ内の中央に配置されたアンテナから約 2.5 MHz の高周波放射によってランプに伝達されます。 電球とコイルの間に物理的な接続はありません。 電極やその他のワイヤ接続がないため、放電容器の構造はよりシンプルで耐久性があります。 ランプの寿命は、主に電子部品の信頼性と蛍光体コーティングのルーメン維持によって決まります。
高圧水銀ランプ
高圧放電はよりコンパクトで、電気負荷が高くなります。 したがって、圧力と温度に耐えるために石英アーク管が必要です。 発光管は、酸化とアーク放電を低減するために、窒素またはアルゴン窒素雰囲気の外側ガラス エンベロープに含まれています。 バルブは、発光管からの UV 放射を効果的にフィルタリングします。 図 7 を参照してください。
図 7. 水銀灯の構造
高圧では、水銀放電は主に青色と緑色の放射です。 色を改善するために、外管の蛍光体コーティングが赤色光を追加します。 より高い光出力と改善された演色性を提供する、赤の含有量が増加したデラックスバージョンがあります。
すべての高圧放電ランプは、フル出力に達するまでに時間がかかります。 最初の放電は導電性ガス充填によるもので、ランプの温度が上昇するにつれて金属が蒸発します。
安定した圧力では、ランプは特別な制御装置なしではすぐには再始動しません。 ランプが十分に冷却されて圧力が低下するまでには遅延があり、通常の供給電圧または点火回路でアークを再確立するのに十分です。
放電灯は負性抵抗特性を持っているため、電流を制御するには外部制御装置が必要です。 これらの制御装置コンポーネントによる損失があるため、ユーザーは運用コストと電気設備を検討する際に総ワット数を考慮する必要があります。 高圧水銀ランプには例外があり、XNUMX つのタイプにはタングステン フィラメントが含まれており、電流制限デバイスとして機能し、青/緑の放電に暖色を追加します。 これにより、白熱灯の直接交換が可能になります。
水銀灯の寿命は約20,000時間と長寿命ですが、この期間を過ぎると光出力が初期の約55%まで低下するため、経済寿命が短くなる可能性があります。
メタルハライドランプ
水銀放電ランプの色と光出力は、水銀アークにさまざまな金属を追加することで改善できます。 各ランプの線量は少なく、正確な適用のためには、粉末状の金属をハロゲン化物として扱う方が便利です。 ランプが温まり、金属が放出されると、これが壊れます。
メタルハライドランプは、それぞれが特定の特徴的な色を放つ多くの異なる金属を使用することができます。 これらには以下が含まれます:
金属の標準混合物がないため、異なるメーカーのメタル ハライド ランプは外観や動作性能に互換性がない場合があります。 定格ワット数が 35 ~ 150 W の低いランプの場合、共通規格との物理的および電気的互換性がより近くなります。
メタルハライドランプには制御装置が必要ですが、互換性がないため、ランプと装置の各組み合わせを一致させて、正しい始動および動作条件を確保する必要があります。
低圧ナトリウムランプ
発光管は、蛍光管と同じサイズですが、内面に耐ナトリウムコーティングを施した特殊なプライガラスで作られています。 発光管は狭い「U」字型に形成され、熱安定性を確保するために外側の真空ジャケットに含まれています。 起動中、ランプはネオンガス充填から強い赤く光ります。
低圧ナトリウム蒸気からの特徴的な放射は単色の黄色です。 これは人間の目のピーク感度に近く、低圧ナトリウム ランプは、ほぼ 200 ルーメン/ワットで利用できる最も効率的なランプです。 ただし、アプリケーションは、幹線道路や地下道、住宅街など、色の識別が視覚的に重要でない場所に限定されます。
多くの場合、これらのランプは高圧ナトリウム ランプに置き換えられています。 サイズが小さいほど、特に空のグローに対する懸念が高まっている道路照明の場合、より優れた光学制御が提供されます。
高圧ナトリウムランプ
これらのランプは高圧水銀ランプに似ていますが、より優れた効率 (100 ルーメン/ワット以上) と優れたルーメン維持を提供します。 ナトリウムの反応性により、アーク管は半透明の多結晶アルミナで製造する必要があり、ガラスや石英は適していません。 外側のガラス球には真空が含まれており、アーク放電と酸化を防ぎます。 ナトリウム放電からの紫外線放射がないため、蛍光体コーティングは無価値です。 一部の電球は、光源を拡散させるためにつや消しまたはコーティングされています。 図 8 を参照してください。
図 8. 高圧ナトリウム ランプの構造
ナトリウム圧が増加すると、放射は黄色のピークの周りに広帯域になり、外観は黄金色になります。 ただし、圧力が高くなると効率が低下します。 現在、表 5 に示すように、高圧ナトリウム ランプには XNUMX つのタイプがあります。
表5 高圧ナトリウムランプの種類
ランプの種類(コード) |
カラー (K) |
効率 (ルーメン/ワット) |
寿命 (時間) |
スタンダード |
2,000 |
110 |
24,000 |
デラックス |
2,200 |
80 |
14,000 |
ホワイト(息子) |
2,500 |
50 |
通常、標準ランプは屋外照明、工業用インテリアにはデラックス ランプ、商用/ディスプレイ アプリケーションにはホワイト SON が使用されます。
放電ランプの調光
ランプ電力を変更すると圧力が変化し、ランプの基本特性が変化するため、高圧ランプを十分に調光することはできません。
蛍光灯は、通常、電子制御装置内で生成される高周波電源を使用して調光できます。 色の見え方は非常に一定です。 さらに、光出力はランプ電力にほぼ比例するため、光出力が減少すると電力が節約されます。 ランプからの光出力を一般的な自然光のレベルと統合することにより、ほぼ一定レベルの照度を室内に提供することができます。
人間は、環境や身近な環境に適応する並外れた能力を持っています。 人間が利用できるすべての種類のエネルギーの中で、光は最も重要です。 光は私たちの視覚能力にとって重要な要素であり、日常生活の中で私たちを取り囲む物体の形、色、遠近感を理解する必要があります。 私たちが五感を通じて得る情報のほとんどは、視覚を通じて得ます。80% 近くです。 非常に頻繁に、そして私たちはそれを利用できることに慣れているため、それを当然のことと考えています。 しかし、心の状態や疲労度など、人間の福祉の側面は、周囲の照明や物の色に影響されることを忘れてはなりません。 作業の安全性の観点から、視覚能力と視覚的快適性は非常に重要です。 これは、多くの事故が、照明不足や作業者のミス、機械、輸送機関、危険な容器などに関連する危険性やオブジェクトの識別が困難であることに起因するためです。
照明システムの欠陥に関連する視覚障害は、職場では一般的です。 照明が不足している状況に視覚が適応する能力があるため、これらの側面は、本来あるべきほど真剣に考慮されないことがあります。
照明システムの正しい設計は、視覚的な快適さのための最適な条件を提供する必要があります。 この目標を達成するためには、建築家、照明デザイナー、および作業現場の衛生管理責任者の間で、早期に協力体制を確立する必要があります。 この共同作業は、プロジェクトの開始前に行う必要があります。これは、プロジェクトの完了後に修正するのが困難なエラーを回避するためです。 留意すべき最も重要な側面には、使用するランプの種類と設置する照明システム、輝度分布、照明効率、および光のスペクトル組成があります。
光と色が労働者の生産性と精神生理学的幸福に影響を与えるという事実は、照明技術者、生理学者、人間工学者のイニシアチブを奨励し、各ワークステーションでの光と色の最も好ましい条件を研究および決定する必要があります。 照明の組み合わせ、輝度のコントラスト、光の色、色の再現、または色の選択は、色の気候と視覚の快適さを決定する要素です。
視覚的な快適さを決定する要因
視覚的な快適さに必要な条件を提供するために、照明システムが満たさなければならない前提条件は次のとおりです。
定量的な基準だけでなく、定性的な基準によっても職場の光を考慮することが重要です。 最初のステップは、作業ステーション、実行されるタスクに必要な精度、作業量、作業者の移動性などを調べることです。 光には、拡散放射と直接放射の両方の成分が含まれている必要があります。 組み合わせの結果、強弱の影が生成され、作業者はワーク ステーションにあるオブジェクトの形状と位置を認識することができます。 詳細を認識しにくくする不快な反射は、過度のグレアや深い影と同様に排除する必要があります。
照明設備の定期的なメンテナンスは非常に重要です。 目標は、ランプの経年劣化と、光の絶え間ない損失につながる照明器具へのほこりの蓄積を防ぐことです。 このため、メンテナンスが容易なランプとシステムを選択することが重要です。 白熱電球は故障する直前まで効率を維持しますが、蛍光灯の場合はそうではなく、75 時間使用すると出力が XNUMX% まで低下することがあります。
照度のレベル
各アクティビティには、アクティビティが行われるエリアで特定のレベルの照明が必要です。 一般に、視覚認知の難易度が高いほど、照度の平均レベルも高くする必要があります。 さまざまなタスクに関連する最小レベルの照明のガイドラインは、さまざまな出版物に存在します。 具体的には、図 1 にリストされているものは、ヨーロッパの基準 CENTC 169 から集められたものであり、科学的知識よりも経験に基づいています。
図 1. 実行されるタスクの関数としての照度レベル
照度のレベルは、光エネルギーを電気信号に変換するルクスメーターで測定されます。電気信号は増幅され、校正済みのルクス スケールで簡単に読み取ることができます。 特定のワークステーションに特定のレベルの照明を選択するときは、次の点を検討する必要があります。
照度の単位と大きさ
照明の分野では、いくつかの等級が一般的に使用されています。 基本的なものは次のとおりです。
光束:光源から単位時間あたりに放出される光量。 単位:ルーメン(lm)。
光度: 均等に分布していない光によって特定の方向に放出される光束。 単位:カンデラ(cd)。
照度のレベル: XNUMX ルーメンの光束を受けたときの XNUMX 平方メートルの表面の照度。 単位: ルクス = lm/m2.
輝度または測光輝度:ある方向の面に対して定義され、同じ方向にいる観察者から見た面(見かけの面)と光度との関係です。 単位:cd/m2.
コントラスト: オブジェクトとその周囲、またはオブジェクトの異なる部分間の輝度の差。
反射率: 表面で反射される光の割合。 無次元量です。 その値の範囲は 0 ~ 1 です。
オブジェクトの可視性に影響を与える要因
タスクを実行する際の安全度は、照明の質と視覚能力に大きく依存します。 オブジェクトの可視性は、さまざまな方法で変更できます。 最も重要なものの 1 つは、反射要因、影、またはオブジェクト自体の色、および色の反射要因による輝度のコントラストです。 目が実際に知覚するのは、オブジェクトとその周囲の間、または同じオブジェクトの異なる部分間の輝度の違いです。 表 XNUMX は、色のコントラストを降順で示しています。
オブジェクト、その周囲、および作業領域の輝度は、オブジェクトの見やすさに影響します。 したがって、視覚タスクが実行される領域とその周辺を注意深く分析することが重要です。
表 1. 色のコントラスト
降順の色のコントラスト |
|
オブジェクトの色 |
背景の色 |
ブラック |
イエロー |
グリーン |
ホワイト |
レッド |
ホワイト |
青 |
ホワイト |
ホワイト |
青 |
ブラック |
ホワイト |
イエロー |
ブラック |
ホワイト |
レッド |
ホワイト |
グリーン |
ホワイト |
ブラック |
観察しなければならないオブジェクトのサイズは、観察者の距離と視野角に応じて適切であるかどうかに関係なく、別の要因です。 これらの最後の 2 つの要因によってワークステーションの配置が決まり、見やすさに応じてさまざまなゾーンが分類されます。 作業領域に XNUMX つのゾーンを設定できます (図 XNUMX を参照)。
図 2. ワークステーション内の視覚ゾーンの分布
もう XNUMX つの要因は、視覚が発生する時間枠です。 露出時間は、オブジェクトと観察者が静止しているか、またはそれらの一方または両方が動いているかによって、増減します。 オブジェクトのさまざまな照明に自動的に適応する目の適応能力も、可視性に大きな影響を与える可能性があります。
配光; グレア
視覚に影響を与える条件の主な要因は、光の分布と輝度のコントラストです。 光の分布に関する限り、まぶしさを避けるために、局所照明ではなく、良好な全体照明を有することが好ましい。 このため、光度の違いを避けるために、電気アクセサリはできるだけ均一に配置する必要があります。 均一に照らされていないゾーンを絶えず往復すると、目の疲れが生じ、時間の経過とともに視覚出力が低下する可能性があります。
グレアは、明るい光源が視野にあるときに発生します。 その結果、物体を区別する能力が低下します。 まぶしさの影響を絶え間なく継続的に受ける労働者は、多くの場合、意識していなくても、眼精疲労や機能障害に苦しむ可能性があります。
グレアは、その発生源が直接視線にある明るい光源である場合、または光が反射率の高い表面に反射する場合の反射によって発生する可能性があります。 グレアに関与する要因は次のとおりです。
図 3. 輝度の近似値
一般に、光源が低い位置に取り付けられている場合や広い部屋に設置されている場合は、より多くのグレアが発生します。これは、広い部屋の光源や低すぎる光源は、グレアを生成する視野角に収まりやすいためです。
3. 異なる物体や表面間の輝度分布: 視野内の物体間の輝度差が大きいほど、グレアが大きくなり、その影響により視覚能力が低下します。視覚の適応過程について。 推奨される最大輝度差は次のとおりです。
4. 露出の時間枠: 照度の低い光源でも、露光時間が長すぎるとグレアが発生することがあります。
グレアを回避することは比較的単純な提案であり、さまざまな方法で実現できます。 XNUMX つの方法としては、たとえば、照明源の下にグリルを配置するか、光を適切に向けることができるエンベロープ ディフューザーまたはパラボラ リフレクターを使用するか、照明の角度を妨げないように光源を設置することです。ヴィジョン。 作業現場を設計する際には、照明自体と同様に正しい照度分布が重要ですが、照度分布が均一すぎると、物体の立体的および空間的な認識が困難になることも考慮する必要があります。
照明システム
最近、自然光への関心が高まっています。 これは、それが提供する幸福よりも、それが提供する照明の質によるものです. しかし、自然の光源からの照明レベルは均一ではないため、人工照明システムが必要です。
使用される最も一般的な照明システムは次のとおりです。
一般均一照明
このシステムでは、ワークステーションの位置に関係なく、光源が均等に広がります。 照度の平均レベルは、実行されるタスクに必要な照度のレベルに等しくなければなりません。 これらのシステムは、主にワークステーションが固定されていない職場で使用されます。
それは 5 つの基本的な特性に適合する必要があります。XNUMX つ目は、アンチグレア デバイス (グリル、ディフューザー、リフレクターなど) を装備することです。 XNUMXつ目は、天井と壁の上部に向かって光の一部を分配することです。 XNUMX つ目は、光源をできるだけ高い位置に設置して、まぶしさを最小限に抑え、できるだけ均一な照明を実現することです。 (図XNUMX参照)
図 5. 照明システム
このシステムは、ランプを作業面の近くに配置することにより、一般的な照明スキームを強化しようとします。 これらのタイプのランプはしばしばまぶしさを生成し、リフレクターは、作業者の直接の視界から光源を遮断するように配置する必要があります。 局所照明の使用は、1,000 ルクス以上の照度レベルなど、視覚的な要求が非常に重要なアプリケーションに推奨されます。 一般に、視覚能力は労働者の年齢とともに低下するため、全体照明のレベルを上げるか、局所照明でそれを補う必要があります。 この現象は、図 6 で明確に理解できます。
図 6. 加齢による視力の低下
一般的な局所照明
このタイプの照明は、機器の照明特性と各ワークステーションの照明ニーズという XNUMX つのことを念頭に置いて分散された天井光源で構成されています。 このタイプの照明は、高レベルの照明を必要とするスペースまたは作業領域に使用され、設計段階の前に各作業ステーションの将来の位置を知る必要があります。
色: 基本コンセプト
作業現場に適切な色を選択することは、従業員の効率、安全性、および一般的な幸福に大きく貢献します。 同様に、作業環境にある表面や機器の仕上げは、快適な視覚条件と快適な作業環境の作成に貢献します。
通常の光は、可視スペクトルの各帯域に対応するさまざまな波長の電磁放射で構成されています。 赤、黄、青の光を混ぜることで、白を含むほとんどの目に見える色を得ることができます。 物体の色に対する私たちの認識は、物体が照らされている光の色と、物体自体が光を反射する方法によって異なります。
ランプは、発光する光の外観に応じて XNUMX つのカテゴリに分類できます。
色は、その色調に応じて暖色または寒色に分類することもできます (図 7 を参照)。
図 7.「暖色」と「寒色」の色調
異なる色のコントラストと温度
色のコントラストは、選択した光の色によって影響を受けます。そのため、照明の質は、アプリケーションで選択した光の色に依存します。 使用する光の色の選択は、その下で実行されるタスクに基づいて行う必要があります。 色が白に近いほど、色の表現や光の拡散が良くなります。 光がスペクトルの赤端に近づくほど、色の再現は悪くなりますが、環境は暖かくなり、魅力的になります。
照明の色の見え方は、光の色だけでなく、光度のレベルにも依存します。 色温度は、さまざまな形式の照明に関連付けられています。 与えられた環境の照明に対する満足感は、この色温度に依存します。 このように、たとえば、100 W の白熱フィラメント電球の色温度は 2,800 K、蛍光灯の色温度は 4,000 K、曇り空の色温度は 10,000 K です。
Kruithof は、経験的な観察を通じて、特定の環境におけるさまざまなレベルの照明と色温度に対する幸福の図を定義しました (図 8 を参照)。 このように、低照度の環境でも、色温度が低い場合、たとえば色温度が 1,750 K のキャンドル XNUMX 本の照度の場合、快適に感じることができることを示しました。
図 8. 照度と色温度の関数としての快適性図
電球の色は、色温度に関連して XNUMX つのグループに分けることができます。
色の組み合わせと選択
色の選択は、操作が必要なオブジェクトの識別が重要な機能と併せて考えると、非常に重要です。 また、コミュニケーションの道を区切るときや、明確なコントラストが必要なタスクにも関係します。
色調の選択は、表面の適切な反射特性の選択ほど重要な問題ではありません。 作業面のこの側面に適用されるいくつかの推奨事項があります。
天井: 天井の表面はできるだけ白くする必要があります (反射率 75%)。これは、光がそこから拡散して反射し、暗闇を消散させ、他の表面からのまぶしさを軽減するためです。 これは、人工照明の節約にもなります。
壁と床: 目の高さの壁の表面は、まぶしさを生成できます。 反射率が 50 ~ 75% の淡い色は、壁に適している傾向があります。 光沢のある塗料はつや消しの色より長持ちする傾向がありますが、反射性が高くなります。 したがって、壁はつや消しまたは半光沢仕上げにする必要があります。
床は、まぶしさを避けるために、壁や天井よりも少し暗い色で仕上げる必要があります。 床の反射率は 20 ~ 25% にする必要があります。
詳細: 作業面、機械、テーブルの反射率は 20 ~ 40% である必要があります。 機器は、純粋な色 (ライトブラウンまたはグレー) の永続的な仕上げが必要であり、素材は光沢のあるものであってはなりません。
作業環境で色を適切に使用すると、幸福が促進され、生産性が向上し、品質にプラスの影響を与えることができます。 また、組織の改善や事故の防止にも貢献できます。
従業員の視覚的快適性に関する限り、壁と天井を白くし、適切なレベルの照明を提供することが可能なすべてであるという一般的な考えがあります。 しかし、これらの快適さの要因は、白を他の色と組み合わせることで改善できます。これにより、単色環境の特徴である疲労と退屈を回避できます。 色は人の刺激レベルにも影響を与えます。 暖色は活性化してリラックスする傾向がありますが、寒色は個人のエネルギーを解放または解放するように誘導するために使用されます。
光の色、その分布、および特定の空間で使用される色は、とりわけ、人が感じる感覚に影響を与える重要な要素です。 多くの色と快適さの要素が存在することを考えると、特定のワークステーションの特性と要件に従ってこれらすべての要素を組み合わせる必要があることを特に考慮すると、正確なガイドラインを設定することは不可能です. ただし、住みやすい環境を作るのに役立つ、基本的かつ一般的な実用的なルールをいくつか挙げることができます。
色によるオブジェクトの識別
色の選択は、反射される光の割合に影響を与えることにより、照明システムの効果に影響を与える可能性があります。 しかし、オブジェクトを識別する際には、色も重要な役割を果たします。 鮮やかで人目を引く色や色のコントラストを使用して、特別な注意が必要な状況やオブジェクトを強調することができます. 表 2 に、さまざまな色と素材の反射要因の一部を示します。
表 2. 白色光で照らされたさまざまな色と素材の反射率
色・素材 |
反射率 (%) |
ホワイト |
100 |
白書 |
80-85 |
アイボリー、ライムイエロー |
70-75 |
ブライトイエロー、ライトオークル、ライトグリーン、パステルブルー、ライトピンク、クリーム |
60-65 |
ライムグリーン、ペールグレー、ピンク、オレンジ、ブルーグレー |
50-55 |
金髪の木、青い空 |
40-45 |
オーク、ドライコンクリート |
30-35 |
深紅、葉緑、オリーブ緑、メドウグリーン |
20-25 |
ダークブルー、パープル |
10-15 |
ブラック |
0 |
いずれにせよ、色による識別は本当に必要な場合にのみ使用する必要があります。色による識別は、色で強調表示されるオブジェクトがあまり多くない場合にのみ適切に機能するためです。 以下は、さまざまな要素を色で識別するための推奨事項です。
次の要件を満たすために、室内に照明が設置されています。
安全な作業環境を提供することは、優先順位のリストの最上位にある必要があり、一般的に、安全性は危険をはっきりと見えるようにすることで向上します。 他の XNUMX つの要件の優先順位は、内装の用途に大きく依存します。 タスクの詳細をより見やすくすることで、タスクのパフォーマンスを向上させることができます。また、インテリア内のオブジェクトや表面に与えられる照明の強調を変えることで、適切な視覚環境が開発されます。
士気や疲労など、私たちの一般的な幸福感は、光と色の影響を受けます。 照明レベルが低いと、オブジェクトの色や形がほとんどまたはまったくなくなり、遠近感が失われます。 逆に、過剰な光は、光が少なすぎるのと同じくらい望ましくない場合があります。
一般的に、人は窓のない部屋よりも明るい部屋を好みます。 さらに、外界との接触は幸福感を助長すると考えられています。 自動照明制御の導入と、蛍光灯の高周波調光により、昼光と人工光の制御された組み合わせをインテリアに提供することが可能になりました。 これには、エネルギーコストを節約できるという追加の利点があります。
インテリアの特徴の認識は、インテリアとエクステリアの両方の目に見える表面の明るさと色の両方に影響されます。 内部の一般的な照明条件は、昼光または人工照明を使用するか、または両方を組み合わせることで実現できます。
照明の評価
一般的な要件
商業用インテリアで使用される照明システムは、一般照明、局所照明、局所照明の XNUMX つの主要なカテゴリに分類できます。
一般的な照明設備は、通常、作業面全体にわたってほぼ均一な照度を提供します。 このようなシステムは、平均照度が次のようなルーメン設計法に基づいていることがよくあります。
平均照度 (ルクス) =
局所的な照明システムは、一般的な作業エリアに照度を提供し、同時に隣接エリアの照度レベルを下げます。
ローカル照明システムは、視覚タスクを組み込んだ比較的小さな領域に照度を提供します。 このようなシステムは通常、指定されたレベルの一般照明によって補完されます。 図 1 は、説明したシステム間の一般的な違いを示しています。
図 1. 照明システム
視覚的なタスクが実行される場合、要求されるレベルの照度を達成し、その品質に影響を与える状況を考慮することが不可欠です。
作業を照らすために日光を使用することには、メリットと制限の両方があります。 昼光を内部に取り入れる窓は、優れた XNUMX 次元モデリングを提供し、昼光のスペクトル分布は XNUMX 日を通して変化しますが、その演色性は一般的に優れていると考えられています。
ただし、自然光は変動が大きいため、自然光だけではタスクに対する一定の照度を提供することはできず、タスクが明るい空と同じ視野内にある場合、無効化グレアが発生する可能性が高く、それによってタスクのパフォーマンスが低下します。 . 作業照度に対する日光の使用は、部分的な成功にとどまり、より高度な制御が可能な人工照明が重要な役割を果たします。
人間の目は、それらから反射された光を通してのみ表面や物体を認識するため、表面の特性と反射率の値、および光の量と質が環境の外観に影響を与えることになります。
インテリアの照明を検討するときは、 照度 レベルを調べ、さまざまなタスクの推奨レベルと比較します (表 1 を参照)。
表 1. さまざまな場所または視作業で維持される照度の一般的な推奨レベル
|
推奨維持照度(ルクス)の代表例 |
総合事務局 |
500 |
コンピュータ ワークステーション |
500 |
工場組立エリア |
|
ラフワーク |
300 |
ミディアムワーク |
500 |
素晴らしい仕事 |
750 |
非常に良い仕事 |
|
計器の組み立て |
1,000 |
ジュエリーの組み立て・修理 |
1,500 |
病院の手術室 |
50,000 |
視覚的作業のための照明
細部を見分ける目の能力—視力—タスクのサイズ、コントラスト、視聴者の視覚的パフォーマンスに大きく影響されます。 照明の量と質の向上も大幅に向上します ビジュアルパフォーマンス. タスクのパフォーマンスに対する照明の影響は、タスクの重要な詳細のサイズと、タスクと周囲の背景とのコントラストに影響されます。 図 2 は照度が視力に及ぼす影響を示しています。 視覚タスクの照明を検討するときは、視覚タスクを迅速かつ正確に実行する目の能力を考慮することが重要です。 この組み合わせは、として知られています ビジュアルパフォーマンス. 図 3 は、特定のタスクの視覚的パフォーマンスに対する照度の典型的な影響を示しています。
図 2. 視力と照度の一般的な関係
作業面に到達する照度の予測は、照明設計において最も重要です。 しかし、人間の視覚系は視野内の輝度分布に反応します。 視野内のシーンは、表面の色、反射率、照明を区別することによって解釈されます。 輝度は、表面の照度と反射率の両方に依存します。 照度も輝度も客観的な量です。 ただし、明るさに対する反応は主観的なものです。
視覚的な満足感、快適さ、パフォーマンスを提供する環境を作り出すためには、視野内の輝度のバランスを取る必要があります。 理想的には、タスクの周囲の輝度は徐々に減少し、それによって粗いコントラストを回避する必要があります。 タスク全体での輝度の推奨変動を図 4 に示します。
図 4. タスク全体の輝度の変化
照明設計のルーメン法は、作業面の平均水平面照度につながり、この方法を使用して、内部の壁と天井の平均照度値を確立することができます。 部屋表面の平均反射率値の詳細から、平均照度値を平均輝度値に換算することができます。
輝度と照度を関連付ける式は次のとおりです。
図 5 は、推奨される反射率とともに、主要な部屋の表面の相対的な照度値 (オーバーヘッドの一般照明システムから) を持つ典型的なオフィスを示しています。 人間の目は、視覚シーンの最も明るい部分に引き寄せられる傾向があります。 より高い輝度値は、通常、視覚タスク領域で発生することになります。 目は、タスクの明るい部分と暗い部分を区別することにより、視覚タスク内の詳細を認識します。 視覚課題の明るさの変化は、 輝度コントラスト:
コラボレー
Lt = タスクの輝度
Lb = 背景の輝度
両方の輝度は cd·m で測定されます-2
この式の垂直線は、輝度コントラストのすべての値が正と見なされることを意味します。
視覚タスクのコントラストは、タスク自体の反射特性の影響を受けます。 図 5 を参照してください。
照明の光制御
裸ランプを照明器具で使用すると、配光が許容範囲内に収まる可能性が低くなり、システムが不経済になることはほぼ確実です。 このような状況では、むき出しのランプは部屋の居住者にまぶしさの原因となる可能性が高く、一部の光は最終的に作業面に到達する可能性がありますが、まぶしさのために設置の有効性が大幅に低下する可能性があります。
何らかの形式の光制御が必要であることは明らかであり、最も頻繁に使用される方法を以下に詳述します。
妨害
図 6 に示すように、ランプが光を逃がす開口部が XNUMX つしかない不透明な筐体内に設置されている場合、配光は非常に制限されます。
図6 障害物による照明出力制御
反射
この方法では反射面を使用します。反射面は、非常にマットな仕上げから非常に鏡面仕上げまたは鏡のような仕上げまでさまざまです。 この制御方法は、迷光が収集されて必要な場所にリダイレクトされるため、障害物よりも効率的です。 関連する原理を図 7 に示します。
Figure 7. 反射による光出力制御
ランプが半透明の素材の中に取り付けられている場合、光源の見かけのサイズが大きくなり、同時に明るさが減少します。 残念なことに、実用的なディフューザーは放出された光の一部を吸収するため、照明器具の全体的な効率が低下します。 図 8 は、拡散の原理を示しています。
図 8. 拡散による光出力制御
屈折
この方法は「プリズム」効果を使用します。通常、ガラスまたはプラスチックのプリズム材料が光線を「曲げ」、その際に必要な場所に光をリダイレクトします。 この方法は、一般的な室内照明に非常に適しています。 これには、良好なグレア制御と許容可能な効率を組み合わせるという利点があります。 図 9 は、屈折が光学制御にどのように役立つかを示しています。
多くの場合、照明器具は、説明されている光学制御方法の組み合わせを使用します。
図 9. 屈折による光出力制御
輝度分布
照明器具からの光出力分布は、その後の視覚条件を決定する上で重要です。 説明した XNUMX つの光学制御方法のそれぞれは、照明器具から異なる光出力分布特性を生成します。
ベール反射 多くの場合、VDU が設置されている地域で発生します。 このような状況で発生する通常の症状は、画面自体に望ましくない高輝度の画像が表示されるために、画面上のテキストを正しく読み取る能力が低下することです。 インテリアの机の上の紙にもベール反射が現れる状況が発生する可能性があります。
室内の照明器具が光出力の強い垂直下向き成分を持っている場合、そのような照明器具の下の机の上の紙は、紙を読んだり作業している観察者の目に光源を反射します. 用紙が光沢仕上げの場合、状況は悪化します。
この問題の解決策は、物理学の基本法則 (入射角 = 反射角) に従って、反射されたグレアが最小限に抑えます。 図 10 は、問題と解決策の両方の典型的な例を示しています。 問題を克服するために使用される照明器具からの光出力分布は、 バットウィング配布.
図 10. ベール反射
照明器具からの配光も、 直接まぶしさ、この問題を克服するために、ローカル照明ユニットは、図 45 に示すように、11 度の「禁止角度」の外側に設置する必要があります。
図 11. 禁止角の図式表現
視覚的な快適さとパフォーマンスのための最適な照明条件
視覚的な快適さとパフォーマンスのための照明条件を調査するときは、詳細を見る能力に影響を与える要因を考慮することが適切です。 これらは、オブザーバーの特性とタスクの特性の XNUMX つのカテゴリに細分できます。
オブザーバーの特徴。
これらを含める:
タスクの特徴。
これらを含める:
特定のタスクに関して、次の質問に答える必要があります。
最適な職場照明条件を生み出すためには、照明設備に課される要件を考慮することが重要です。 理想的には、タスク照明はタスクの色、サイズ、レリーフ、および表面の品質を明らかにすると同時に、潜在的に危険な影、まぶしさ、およびタスク自体に対する「過酷な」環境の作成を回避する必要があります。
グレア。
視野内に過度の輝度があると、グレアが発生します。 グレアが視覚に与える影響は、次の XNUMX つのグループに分けることができます。 障害者のまぶしさ & 不快なまぶしさ.
暗闇の中で対向車のヘッドライトがまぶしくなる例を考えてみましょう。 目は、車両のヘッドライトと道路のはるかに暗い明るさに同時に順応することはできません。 これは障害グレアの一例です。これは、高輝度光源が光学媒体内での光の散乱により障害効果を生み出すためです。 障害者のまぶしさは、問題のある光源の強度に比例します。
屋内で発生しやすい不快なまぶしさは、タスクとその周囲とのコントラストを下げることで、軽減または完全になくすことができます。 光沢仕上げや鏡面反射仕上げよりも、つや消しの拡散反射仕上げを作業面に使用することをお勧めします。問題のある光源の位置は、通常の視野の外にある必要があります。 一般に、タスク自体が周囲よりも明るい場合に視覚的パフォーマンスが良好になりますが、過度に明るい場合はそうではありません。
不快なまぶしさのレベルが許容できるかどうかを予測するために、不快なまぶしさの程度に数値が与えられ、基準値と比較されます。 英国などで使用されているグレア指数値の計算方法は、「測定」で考慮されます。
測定
照明調査
よく使用される調査手法の 0.85 つは、検討中の領域全体にわたる測定点のグリッドに依存しています。 この手法の基本は、内部全体を多数の等しい領域に分割することです。各領域は理想的には正方形です。 各領域の中心の照度を机上の高さ (通常は床から XNUMX メートル) で測定し、照度の平均値を計算します。 平均照度の値の精度は、使用する測定点の数に影響されます。
を可能にする関係が存在する. 最小 の値から計算する測定点の数 ルームインデックス 検討中のインテリアに適用されます。
ここで、長さと幅は部屋の寸法を指し、取り付け高さは光源の中心と作業面の間の垂直距離です。
参照される関係は次のように与えられます。
最小測定点数 =(x + 2)2
どこ "x” は、次に大きい整数に対するルーム インデックスの値です。 RI 3以上、 x この式は測定点の最小数を示しますが、条件によっては、使用するためにこの最小数よりも多くの点が必要になることがよくあります。
作業領域とそのすぐ周囲の照明を考慮する場合、照度または 均一 照度を考慮する必要があります。
あらゆる作業領域とその周辺で、均一性は 0.8 以上であるべきです。
多くの職場では、すべてのエリアを同じレベルで照らす必要はありません。 局部的または局部的な照明は、ある程度のエネルギー節約を提供する場合がありますが、使用するシステムに関係なく、室内全体の照度の変動が過度であってはなりません。
多様性 の照度は次のように表されます。
内部の主要な領域のどの点においても、照度の多様性は 5:1 を超えてはなりません。
照度と輝度の測定に使用される機器は、通常、人間の視覚系の応答とは異なるスペクトル応答を持っています。 多くの場合、フィルターを使用して応答を修正します。 フィルターが組み込まれている場合、機器は次のように呼ばれます。 色補正.
照度計には、検出器セルに当たる入射光の方向を補正する追加の補正が適用されています。 入射光のさまざまな方向からの照度を正確に測定できる機器は、 コサイン補正済み.
グレア指数の測定
英国で頻繁に使用されるシステムは、他の場所でもバリエーションがありますが、基本的に XNUMX 段階のプロセスです。 最初の段階では、 未補正グレア指数 値 (UGI)。 図 12 に例を示します。
図 12. 例で使用される典型的な内部の立面図と平面図
高さ H は、光源の中心と座っている観察者の目の高さの間の垂直距離で、通常は床から 1.2 メートルと見なされます。 次に、部屋の主な寸法を H の倍数に変換します。したがって、H = 3.0 メートルなので、長さ = 4H、幅 = 3H となります。 図 13 に示すレイアウトに従って最悪のシナリオを決定するには、UGI を XNUMX 回個別に計算する必要があります。
図 13. 例で検討されている室内での照明器具の向きと視線方向の可能な組み合わせ
表は、室内の生地の反射率の特定の値に対して、X と Y の値の組み合わせごとに補正されていないグレア インデックスの値を指定する照明機器メーカーによって作成されます。
プロセスの第 XNUMX 段階では、ランプ出力光束の値と高さ (H) の値の偏差に応じて、UGI 値に補正係数を適用します。
次に、最終的なグレア インデックス値を、CIBSE Code for Interior Lighting (1994) などの参考文献に記載されている、特定のインテリアの制限グレア インデックス値と比較します。
職業騒音の蔓延する性質
騒音は、すべての職業上の危険の中で最も一般的なものの 9 つです。 たとえば、米国では、85 万人を超える労働者が、85 日平均 5.2 デシベル (ここでは 35 dBA と省略) の A 特性騒音レベルにさらされています。 これらの騒音レベルは聴覚に危険を及ぼす可能性があり、他の悪影響も引き起こす可能性があります。 製造業と公益事業では、これらのレベルを超える騒音にさらされている約 XNUMX 万人の労働者がおり、これは米国の製造業の全労働者数の約 XNUMX% に相当します。
危険な騒音レベルは簡単に特定でき、ほとんどの場合、市販の技術を適用したり、機器やプロセスを再設計したり、騒がしい機械を改造したりすることで、過剰な騒音を制御することが技術的に実現可能です。 しかし、あまりにも多くの場合、何も行われません。 これにはいくつかの理由があります。 第 85 に、多くの騒音制御ソリューションは非常に安価ですが、特に騒音の危険を 80 または XNUMX dBA のレベルに抑えることが目的の場合は、費用がかかるものもあります。
騒音制御や聴覚保護プログラムが存在しない非常に重要な理由の XNUMX つは、残念なことに、騒音は「必要悪」、ビジネスの一部、産業の仕事の避けられない部分として受け入れられることが多いことです。 危険な騒音は流血を引き起こさず、骨を折らず、奇妙に見える組織を生成しません。労働者が暴露の最初の数日または数週間をなんとか乗り切ることができれば、騒音に「慣れた」ように感じることがよくあります。 しかし、最も可能性が高いのは、彼らが一時的な難聴を被り始めたことです。これは、勤務中に聴覚感度を鈍らせ、夜間に治まることがよくあります. このように、騒音による難聴の進行は潜行性であり、数か月から数年かけて徐々に進行し、ハンディキャップの割合に達するまでほとんど気付かれません。
騒音の危険性が常に認識されていないもう XNUMX つの重要な理由は、結果として生じる聴覚障害にスティグマが付けられていることです。 Raymond Hétu が、騒音による難聴からのリハビリテーションに関する彼の記事で明確に示したように、この記事の他の場所で 百科事典、聴覚障害を持つ人々は、年配で、精神的に遅く、一般的に無能であると考えられることが多く、障害を負うリスクがある人は、非難されることを恐れて、自分の障害またはリスクを認めることをためらっています. これは不幸な状況です。なぜなら、騒音による難聴は永続的になり、加齢とともに自然に生じる難聴に加えて、中高年のうつ病や孤立につながる可能性があるからです。 予防措置を講じる時期は、難聴が始まる前です。
騒音暴露の範囲
前述のように、ノイズは製造業で特に蔓延しています。 米国労働省は、製造および公益事業の労働者の 19.3% が 90 日平均 34.4 dBA 以上の騒音レベルにさらされ、85% が 53.1 dBA を超えるレベルにさらされ、80% が XNUMX dBA を超えるレベルにさらされていると推定しています。 これらの推定値は、他の国で危険なレベルの騒音にさらされている労働者の割合のかなり典型的なものです。 レベルは、エンジニアリング制御が広く使用されていない発展途上国ではやや高く、スカンジナビア諸国やドイツなど、騒音制御プログラムが強力な国ではやや低くなる可能性があります.
世界中の多くの労働者が、85 または 90 dBA をはるかに超える非常に危険な曝露を経験しています。 たとえば、米国労働省は、製造業だけで 100 万人近くの労働者が 800,000 日平均 95 dBA 以上の騒音レベルにさらされ、100 人以上が XNUMX ~ XNUMX dBA のレベルにさらされていると推定しています。
図 1 は、90 dBA を超える騒音にさらされた労働者の割合に従って、米国で最も騒音の多い製造業をランク付けし、産業部門ごとの騒音にさらされた労働者の推定値を示しています。
図 1. 職業上の騒音曝露 - 米国の経験
研究ニーズ
この章の次の記事では、ほとんどの種類の騒音が聴覚に与える影響がよく知られていることを読者に明らかにする必要があります。 継続的、変動的、および断続的なノイズの影響に関する基準は、約 30 年前に開発され、現在でも基本的に同じままです。 しかし、これはインパルス ノイズには当てはまりません。 比較的低いレベルでは、音響エネルギーが等しい場合、インパルス ノイズは継続的なノイズよりも害が少ないように思われます。 しかし、高い騒音レベルでは、特に臨界レベル (または、より正確には臨界曝露) を超えると、インパルス ノイズがより有害であるように見えます。 損害/リスク曲線の形状をより正確に定義するには、さらなる調査を行う必要があります。
明確にする必要があるもう XNUMX つの領域は、騒音が聴覚と一般的な健康の両方に及ぼす悪影響と、他の要因との組み合わせです。 騒音と聴器毒性のある薬物の複合効果はかなりよく知られていますが、騒音と工業用化学物質の組み合わせに対する懸念が高まっています。 溶剤やその他の特定の薬剤は、高レベルの騒音と一緒に経験すると、ますます神経毒性が強くなるようです。
世界中で、騒音にさらされる製造業や軍の労働者が大きな注目を集めています。 しかし、図 1 で指摘されているように、鉱業、建設、農業、運輸の分野でも、危険なレベルの騒音にさらされている労働者が多数います。これらの職業に関連する固有のニーズを評価し、騒音制御やその他の側面を検討する必要があります。の聴覚保護プログラムをこれらの労働者に拡大する必要があります。 残念ながら、騒音にさらされた労働者に聴力保護プログラムを提供しても、難聴やその他の騒音による悪影響が防止されるとは限りません。 聴覚保護プログラムの有効性を評価する標準的な方法は存在しますが、面倒な場合があり、広く使用されていません。 大企業だけでなく中小企業や、最小限のリソースしか持たない企業でも使用できる単純な評価方法を開発する必要があります。
前述のように、この技術はほとんどの騒音問題を軽減するために存在しますが、既存の技術とそのアプリケーションの間には大きな隔たりがあります。 あらゆる種類の騒音対策ソリューションに関する情報を、それを必要とする人々に広めることができる方法を開発する必要があります。 騒音規制情報は電子化され、発展途上国だけでなく先進国にも利用できるようにする必要があります。
今後の動向
一部の国では、職業以外の騒音曝露と、騒音による難聴の負担への寄与をより重視する傾向が強まっています。 これらの種類の情報源や活動には、狩猟、標的射撃、騒々しいおもちゃ、大音量の音楽が含まれます。 この焦点は、潜在的に重大な聴覚障害の原因を強調するという点で有益ですが、重大な職業上の騒音問題から注意をそらすと、実際には有害になる可能性があります.
欧州連合に属する国々では、非常に劇的な傾向が見られ、ノイズの標準化が息をのむようなペースで進んでいます。 このプロセスには、製品の騒音放出に関する基準と、騒音曝露に関する基準が含まれます。
規制の取り組みが停滞しており、規制緩和への動きの可能性がある北米、特に米国では、基準設定プロセスはまったく急速に進んでいません。 新製品の騒音を規制する取り組みは、米国環境保護庁の騒音局が閉鎖された 1982 年に放棄されました。職業上の騒音基準は、現在の米国議会の規制緩和の風潮に耐えられない可能性があります。
発展途上国は、騒音基準の採用と改訂の過程にあるようです。 これらの基準は、85 dBA の許容暴露限度と 3 dB の為替レート (時間/強度の取引関係) に向かっているという点で、保守主義に傾いています。 特に急成長する経済において、これらの基準がどの程度施行されているかは未解決の問題です。
一部の発展途上国では、複雑な聴力検査、聴覚保護装置、トレーニング、記録管理に苦労するよりも、工学的手法によって騒音を制御することに専念する傾向にあります。 これは、実行可能な限り、非常に賢明なアプローチであるように思われます。 安全なレベルへの曝露を減らすために、聴覚保護具の追加が必要になる場合があります。
ノイズの影響
以下の資料の一部は、米国ウィスコンシン州ミルウォーキーの職業聴覚保護認定評議会、聴覚保護マニュアル (第 2 版) の第 3 章、Suter, AH、「ノイズと聴覚の保護」 (1993 年) から引用したものです。 )。
聴覚障害は確かに騒音の最もよく知られた悪影響であり、おそらく最も深刻なものですが、それだけではありません。 その他の有害な影響には、耳鳴り (耳鳴り)、音声コミュニケーションや警告信号の知覚への干渉、仕事のパフォーマンスの混乱、不快感、聴覚外への影響などがあります。 ほとんどの状況では、労働者の聴覚を保護することで、他のほとんどの影響を防ぐことができます。 この考慮事項は、企業が優れた騒音制御と聴覚保護プログラムを実施するための追加のサポートを提供します。
聴覚障害
騒音による聴覚障害は非常に一般的ですが、目に見える影響がなく、ほとんどの場合痛みがないため、過小評価されることがよくあります。 家族や友人とのコミュニケーションが徐々に失われ、鳥のさえずりや音楽などの環境音に対する感受性が失われます。 残念ながら、良い聴力は通常、失われるまで当然のことと考えられています。
これらの損失は非常に緩やかであるため、障害がハンディキャップになるまで、個人は何が起こったのか理解できません。 通常、最初の兆候は、他の人が以前のようにはっきりと話さなくなったように見えることです。 聴覚障害者は、他の人に同じことを繰り返してもらう必要があり、彼らの明らかな配慮の欠如にしばしば悩まされます。 家族や友人はよく「私に向かって怒鳴らないでください。 聞こえますが、何を言っているのかわかりません。」
難聴が悪化するにつれて、個人は社会的状況から引きこもり始めます。 教会、市民集会、社交行事、演劇は魅力を失い始め、個人は家にいることを選択します. テレビの音量は家族内の争いの原因となり、聴覚障害者があまりにも大きな音を求めているため、他の家族が部屋から追い出されることがあります。
老化プロセスに自然に伴う難聴である老人性難聴は、騒音性難聴の人が年を取ると、聴覚障害が増加します。 最終的には、喪失が深刻な段階にまで進行し、家族や友人とのコミュニケーションが困難になり、実際に孤立してしまうこともあります。 場合によっては補聴器が役立つこともありますが、視覚の明瞭さは眼鏡の場合と同様であるため、自然な聴覚の明瞭さは決して回復しません。
職業性聴覚障害
騒音による聴覚障害は、進行が緩やかであるため、通常、けがではなく職業病または職業病と見なされます。 ごくまれに、従業員は、爆発などの非常に大きなイベントや、鋼材のリベットなどの非常に騒がしいプロセスにより、即時かつ永続的な難聴に陥る可能性があります。 このような状況では、難聴は傷害と呼ばれることがあり、「音響外傷」と呼ばれます。 しかし、通常の状況では、聴力は何年にもわたってゆっくりと低下します。 障害の程度は、騒音のレベル、暴露期間、および個々の労働者の感受性によって異なります。 残念ながら、職業上の聴覚障害に対する治療法はありません。 予防しかありません。
騒音の聴覚への影響は十分に文書化されており、さまざまな程度の難聴を引き起こす継続的な騒音の量についてはほとんど論争がありません (ISO 1990)。 断続的なノイズが難聴を引き起こすということも、議論の余地がありません。 しかし、静かな時間によって中断された騒音の期間は、内耳に一時的な難聴から回復する機会を提供することができるため、継続的な騒音よりも危険性がいくぶん軽減される可能性があります。 これは主に屋外での作業に当てはまりますが、必要な静寂の間隔がめったにない工場などの屋内環境には当てはまりません (Suter 1993)。
銃声や金属のスタンピングによる騒音などのインパルス ノイズも、聴力を損ないます。 インパルス ノイズによる危険性は、他のタイプのノイズによるものよりも深刻であるといういくつかの証拠があります (Dunn et al. 1991; Thiery and Meyer-Bisch 1988) が、常にそうであるとは限りません。 損傷の程度は主にインパルスのレベルと持続時間に依存し、背景に継続的なノイズがある場合はさらに悪化する可能性があります。 インパルス ノイズの高周波ソースは、低周波で構成されたものよりも有害であるという証拠もあります (Hamernik、Ahroon、および Hsueh 1991; Price 1983)。
騒音による難聴は、多くの場合、最初は一時的なものです。 騒がしい XNUMX 日を過ごすと、耳が疲れ、労働者は聴力の低下を経験します。 一時的なしきい値シフト (TTS)。 XNUMX つの作業シフトの終わりと次の作業シフトの開始の間に、耳は通常 TTS の大部分から回復しますが、多くの場合、損失の一部が残ります。 数日、数か月、数年の暴露の後、TTS は永続的な影響をもたらし、新たな量の TTS が現在の永続的な損失の上に蓄積し始めます。 優れた聴力検査プログラムは、これらの一時的な難聴を特定し、難聴が永続的になる前に予防措置を提供しようとします。
実験的証拠によると、いくつかの工業用病原体は神経系に毒性があり、特に騒音と組み合わさった場合に、実験動物に難聴を引き起こすことが示されています (Fechter 1989)。 これらの薬剤には、(1) 鉛化合物やトリメチルスズなどの重金属の危険性、(2) トルエン、キシレン、二硫化炭素などの有機溶媒、および (3) 窒息剤の一酸化炭素が含まれます。 産業労働者に関する最近の研究 (Morata 1989; Morata et al. 1991) は、これらの物質 (二硫化炭素とトルエン) のいくつかが騒音の潜在的な損害を増加させる可能性があることを示唆しています。 また、すでに耳に毒性のある特定の薬物が騒音の有害な影響を増大させる可能性があるという証拠もあります (Boettcher et al. 1987)。 例としては、特定の抗生物質やがんの化学療法薬が含まれます。 聴覚保護プログラムの担当者は、これらの化学物質にさらされた、またはこれらの薬物を使用している労働者は、特に騒音にさらされている場合、難聴になりやすいことに注意する必要があります。
非職業性聴覚障害
職場の騒音が労働者の騒音による難聴の唯一の原因ではなく、職場外の音源によっても難聴が引き起こされる可能性があることを理解することが重要です。 これらの騒音源は、「ソシオカスシス」と呼ばれることもあり、聴覚への影響を職業上の難聴と区別することは不可能です。 彼らは、労働者のレクリエーションやその他の騒がしい活動について詳細な質問をすることによってのみ推測することができます. 社会的要因の例としては、木工工具、チェーンソー、消音されていないオートバイ、大音量の音楽、銃器などがあります。 大口径の銃(聴覚保護具なし)での頻繁な射撃は、騒音による難聴の重大な原因となる可能性がありますが、小口径の武器での時折の狩猟は無害である可能性が高くなります.
職業以外の騒音曝露とその結果生じる社会集中症の重要性は、この難聴が個人が職業上の音源から受ける可能性のある曝露に追加されることです。 労働者の全体的な聴覚の健康のために、騒々しいレクリエーション活動に従事するときは、適切な聴覚保護具を着用するように助言する必要があります。
耳鳴り
耳鳴りは、騒音による一時的および永久的な難聴、および他の種類の感音難聴を伴うことが多い状態です。 多くの場合、「耳鳴り」と呼ばれる耳鳴りは、軽度の場合もあれば重度の場合もあります。 聴力障害よりも耳鳴りに悩まされていると報告する人もいます。
耳鳴りのある人は、夜寝ようとしているときや防音ブースに座って聴力検査を受けているときなど、静かな状態で最も耳鳴りに気付く可能性があります。 内耳の感覚細胞が刺激されているサインです。 多くの場合、騒音による難聴の前兆であり、重要な警告信号です。
通信障害と安全性
ノイズが音声通信や警告信号を妨害したり「マスク」したりする可能性があるという事実は、常識にすぎません。 多くの産業プロセスは、労働者間のコミュニケーションを最小限に抑えて非常にうまく実行できます。 しかし、航空会社のパイロット、鉄道技術者、戦車の指揮官など、他の多くの仕事は音声通信に大きく依存しています。 これらの労働者の一部は、ノイズを抑制し、会話を増幅する電子システムを使用しています。 今日、洗練された通信システムが利用可能であり、通信をより簡単に行えるように、不要な音響信号をキャンセルするデバイスを備えたものもあります。
多くの場合、労働者は騒音を超えたコミュニケーションや、騒音を超えた叫び声や合図を理解するのに苦労しています。 過度の負担により、嗄声や声帯結節、その他の異常が声帯に現れることがあります。 これらの個人は、医療のために紹介される必要があるかもしれません。
人々は経験から、約 80 dBA を超える騒音レベルでは非常に大きな声で話し、85 dBA を超えるレベルでは叫ばなければならないことを学びました。 95 dBA をはるかに超えるレベルでは、通信するために互いに接近する必要があります。 音響の専門家は、産業環境で発生する通信量を予測する方法を開発しました。 結果として得られる予測は、ノイズと音声 (または他の目的の信号) の両方の音響特性、および話し手と聞き手の間の距離に依存します。
騒音が安全性を阻害することは一般に知られているが、この問題を文書化した研究はごくわずかである (例えば、Moll van Charante and Mulder 1990; Wilkins and Acton 1982)。 しかし、同僚が助けを求める叫び声を無視している間に、機械に衣服や手を挟まれて重傷を負った労働者の報告が数多くあります。 騒がしい環境での通信障害を防ぐために、視覚的な警告装置を設置している雇用主もいます。
もう 90 つの問題は、聴覚保護や労働衛生の専門家よりも、騒音にさらされる労働者自身によって認識されていることですが、聴覚保護装置が音声や警告信号の知覚を妨げる場合があるということです。 これは主に、装用者がすでに難聴になっていて、騒音レベルが 1992 dBA を下回っている場合に当てはまるようです (Suter XNUMX)。 このような場合、労働者は聴覚保護具を着用することについて非常に正当な懸念を抱いています。 彼らの懸念に注意を払い、工学的なノイズ制御を実装するか、電子通信システムに組み込まれた保護装置など、提供される保護の種類を改善することが重要です。 さらに、よりフラットで「高忠実度」の周波数応答を備えた聴覚保護具が利用できるようになったため、音声や警告信号を理解する作業員の能力が向上する可能性があります。
仕事のパフォーマンスへの影響
仕事のパフォーマンスに対する騒音の影響は、実験室と実際の作業条件の両方で研究されています。 その結果、ノイズは通常、反復的で単調な作業のパフォーマンスにほとんど影響を与えず、場合によっては、ノイズのレベルが低いか中程度の場合に、実際にジョブのパフォーマンスを向上させることができることが示されています。 高レベルのノイズは、特にタスクが複雑な場合や、一度に複数のことを行う必要がある場合に、ジョブのパフォーマンスを低下させる可能性があります。 断続的なノイズは、継続的なノイズよりも混乱を招く傾向があり、特にノイズの周期が予測不能で制御不能な場合に顕著です。 いくつかの研究では、静かな環境よりも騒がしい環境では、人は互いに助け合う可能性が低く、反社会的行動を示す可能性が高いことが示されています。 (ノイズが仕事のパフォーマンスに及ぼす影響の詳細なレビューについては、Suter 1992 を参照してください)。
迷惑
「煩わしさ」という用語は、空港やレースカーのトラックなどの地域の騒音問題に関連することが多いですが、産業労働者は職場の騒音にイライラしたりイライラしたりすることもあります. この煩わしさは、前述の音声コミュニケーションや仕事のパフォーマンスの妨害に関連している可能性がありますが、多くの人がノイズを嫌うという事実による可能性もあります。 騒音への嫌悪感が強すぎて、労働者が別の場所で仕事を探す場合もありますが、その機会は多くの場合実現可能ではありません。 調整期間の後、ほとんどの人はそれほど気にならないように見えますが、それでも疲労、過敏性、不眠を訴える場合があります. (若年労働者が聴覚障害を発症する前に、最初から聴覚保護具を適切に装着していれば、調整はより成功します。) 興味深いことに、この種の情報が時々表面化します。 After 従業員は以前の状態とその後の状態の改善の違いに気付くようになるため、会社は騒音制御と聴覚保護プログラムを開始します。
聴覚外効果
生物学的ストレッサーとして、ノイズは生理学的システム全体に影響を与える可能性があります。 騒音は他のストレッサーと同じように作用し、長期的には有害な方法で体に反応させ、「ストレス病」として知られる障害につながる可能性があります. 原始時代に危険に直面すると、体は一連の生物学的変化を経て、戦うか逃げるかの準備をします (古典的な「戦うか逃げるか」反応)。 人は騒音に「順応した」と感じるかもしれませんが、これらの変化は大きな騒音にさらされても持続するという証拠があります。
これらの影響のほとんどは一時的なものと思われますが、継続的な暴露により、実験動物では慢性的な悪影響が示されています。 産業労働者に関するいくつかの研究もこの方向性を示しているが、いくつかの研究では有意な影響は示されていない (Rehm 1983; van Dijk 1990)。 証拠はおそらく、血圧の上昇や血液化学の変化などの心血管への影響について最も強力です. 動物を対象とした一連の重要な実験室研究では、約 85 ~ 90 dBA の騒音への曝露に起因する慢性的な血圧レベルの上昇が示されましたが、これは曝露の停止後もベースラインに戻りませんでした (Peterson et al. 1978, 1981 および 1983)。
血液化学の研究では、騒音暴露によるカテコールアミンのエピネフリンとノルエピネフリンのレベルの増加が示されており (Rehm 1983)、ドイツの研究者による一連の実験では、騒音暴露と人間と動物のマグネシウム代謝との関係が発見されました (Ising and Kruppa 1993)。 現在の考えでは、騒音の聴覚外への影響は、騒音への嫌悪を通じて心理的に媒介される可能性が最も高く、用量反応関係を得ることは非常に困難である. (この問題の包括的な概要については、Ising と Kruppa 1993 を参照してください。)
騒音の聴覚外への影響は聴覚系によって媒介されるため、悪影響が発生するには騒音を聞く必要があるため、適切に装着された聴覚保護具は、難聴の場合と同様に、これらの影響の可能性を減らす必要があります。 .
労働者に対する騒音の悪影響を防止するために、適切な計測器の選択、測定方法、および労働者のばく露を評価するための手順に注意を払う必要があります。 連続騒音、間欠騒音、インパルス騒音など、さまざまな種類の騒音曝露を正しく評価して、周波数スペクトルの異なる騒音環境を区別し、ドロップ鍛造ハンマー工場などのさまざまな作業状況を考慮することが重要です。空気圧縮機、超音波溶接プロセスなどを収容する部屋。 職業環境における騒音測定の主な目的は、(1) 過度に暴露された労働者を特定し、その暴露を定量化すること、および (2) 工学的騒音制御と示された他のタイプの制御の両方の必要性を評価することです。 騒音測定の他の用途としては、特定の騒音制御の有効性を評価したり、聴力測定室のバックグラウンド レベルを決定したりすることがあります。
計測器
騒音測定用の機器には、騒音計、騒音線量計、および補助機器が含まれます。 基本的な計測器はサウンド レベル メーターであり、マイク、アンプ、さまざまなフィルター、0 乗装置、指数平均化器、およびデシベル (dB) で校正された読み取り値で構成される電子計測器です。 騒音計は精度によって分類され、最も正確なもの (タイプ 3) から最も正確でないもの (タイプ 0) まであります。 タイプ 1 は通常実験室で使用され、タイプ 2 はその他の精密なサウンド レベル測定に使用され、タイプ 3 は汎用メーターであり、タイプ 1 のサーベイ メーターは産業用途には推奨されません。 図 2 と図 XNUMX は、騒音計を示しています。
図 1. サウンド レベル メーター - キャリブレーション チェック。 ラーソン・デイビスの礼儀
図 2. ウインド スクリーン付きサウンド レベル メーター。 ラーソン・デイビスの礼儀
騒音計の仕様は、国際標準化機構 (ISO)、国際電気標準会議 (IEC)、米国規格協会 (ANSI) などの国内および国際規格に記載されています。 IEC 出版物 IEC 651 (1979) および IEC 804 (1985) は、タイプ 0、1、および 2 のサウンド レベル メーターに関連し、周波数重み付け A、B、および C、および「低速」、「高速」、および「インパルス」を備えています。時定数。 ANSI S1.4A-1983 によって修正された ANSI S1.4-1985 も、騒音計の仕様を規定しています。
より詳細な音響分析を容易にするために、フル オクターブ バンドおよび 1/3 オクターブ バンドのフィルター セットを最新のサウンド レベル メーターに取り付けるか、内蔵することができます。 現在、騒音計はますます小型で使いやすくなり、同時に測定の可能性も広がっています。
断続的またはインパルス ノイズ環境で発生するような非定常騒音曝露の測定には、積算騒音計が最も便利です。 これらのメーターは、等価、ピーク、および最大の騒音レベルを同時に測定し、いくつかの値を自動的に計算、記録、および保存できます。 騒音量計または「線量計」は、シャツのポケットに着用したり、作業員の衣服に取り付けたりできる統合型騒音計です。 騒音線量計からのデータは、コンピュータ化して印刷することができます。
騒音測定器が常に適切に校正されていることを確認することが重要です。 これは、毎日の使用前後に機器の校正を音響的にチェックし、適切な間隔で電子評価を行うことを意味します。
測定方法
使用する騒音測定方法は、測定目的、つまり以下を評価するかによって異なります。
国際規格 ISO 2204 では、騒音測定の方法として、(1) 調査方法、(2) 工学的方法、(3) 精密方法の XNUMX 種類があります。
調査方法
この方法は、最小限の時間と設備で済みます。 作業区域の騒音レベルは、限られた測定点を使用して騒音計で測定されます。 音響環境の詳細な分析はありませんが、騒音が一定か断続的か、作業員がどれくらいの時間さらされているかなどの時間要因に注意する必要があります。 調査方法は通常A重み付けネットワークを使用しますが、低周波成分が支配的な場合はC重み付けネットワークや線形応答が適している場合があります。
工学的方法
この方法では、A 特性サウンド レベル測定または他の重み付けネットワークを使用した測定が、フル オクターブまたは 1/3 オクターブ バンド フィルターを使用した測定で補完されます。 測定目的に応じて測定点数と周波数範囲を選択します。 一時的な要因も記録する必要があります。 この方法は、音声干渉レベル (SIL) を計算することによって音声通信への干渉を評価したり、ノイズ軽減プログラムをエンジニアリングしたり、ノイズの聴覚および非聴覚への影響を推定したりするのに役立ちます。
精密法
この方法は、ノイズの問題について最も詳細な説明が必要な複雑な状況で必要になります。 サウンド レベルの全体的な測定値は、フル オクターブまたは 1/3 オクターブ バンドの測定値で補完され、時間履歴は、ノイズの持続時間と変動に応じて適切な時間間隔で記録されます。 たとえば、計測器の「ピークホールド」設定を使用してインパルスのピーク音響レベルを測定したり、特殊な周波数測定機能やマイクロホンの指向性などを必要とする超低周波音や超音波のレベルを測定したりする必要がある場合があります。
高精度法を使用する人は、インパルスを測定する際に「オーバーシュート」を防ぐために機器のダイナミックレンジが十分に大きく、超低周波音または超音波を測定する場合は周波数応答が十分に広いことを確認する必要があります。 機器は、十分に小さいマイクを使用して、低周波音の場合は 2 Hz まで、超音波の場合は少なくとも 16 kHz までの周波数を測定できる必要があります。
次の「常識的な」手順は、初心者のノイズ測定者に役立つ場合があります。
測定が屋外で行われる場合、風、温度、湿度などの関連する気象データが重要であると考えられる場合は、それらに注意する必要があります。 屋外での測定や、一部の屋内での測定でも、常に風防を使用する必要があります。 読み取り値に影響を与える可能性のある風、湿気、ほこり、電界および磁界などの要因の影響を避けるために、常に製造元の指示に従ってください。
測定手順
職場で騒音を測定するには、XNUMX つの基本的なアプローチがあります。
労働者の暴露評価
特定の騒音曝露による難聴のリスクを評価するには、読者は国際規格 ISO 1999 (1990) を参照する必要があります。 この規格の付属書 D には、このリスク評価の例が含まれています。
騒音曝露は作業者の耳の近くで測定し、作業者の曝露の相対的な危険性を評価する際には、減算する必要があります。 聴覚保護装置によって提供される減衰のために作成されます。 この警告の理由は、職場での聴覚保護具の着用による減衰が、多くの場合、メーカーが見積もった減衰の半分未満であるというかなりの証拠があるためです。 その理由は、メーカーのデータは実験室の条件下で得られたものであり、これらのデバイスは通常、現場ではそれほど効果的に装着および装着されていないためです。 現時点では、野外での聴覚保護具の着用による減衰を推定するための国際基準はありませんが、経験則として実験室での値を半分にすることをお勧めします。
状況によっては、特に困難な仕事や集中力を必要とする仕事を伴う場合、騒音対策を採用することにより、騒音暴露に関連するストレスや疲労を最小限に抑えることが重要になる場合があります。 これは、中程度の騒音レベル (85 dBA 未満) の場合でも当てはまります。この場合、聴覚障害のリスクはほとんどありませんが、騒音は不快または疲労を引き起こします。 そのような場合、ISO 532 (1975) を使用してラウドネス評価を実行すると役立つ場合があります。 ラウドネスレベルの計算方法.
音声コミュニケーションへの干渉は、ISO 2204 (1979) に従って、「明瞭度指数」を使用して、またはより簡単に 500、1,000、および 2,000 Hz を中心とするオクターブ帯域のサウンド レベルを測定することによって推定できます。その結果、「音声干渉レベル」が得られます。 .
暴露基準
騒音曝露基準の選択は、難聴の予防やストレスや疲労の予防など、達成すべき目標によって異なります。 80 日平均騒音レベルに関する最大許容エクスポージャーは、85、90、または 3 dBA の取引パラメーター (為替レート) で、4、5、50 dBA と国によって異なります。 ロシアなど一部の国では、許容される騒音レベルは、実行される仕事の種類に応じて、また精神的および肉体的な作業負荷を考慮して、80 から 50 dBA に設定されています。 たとえば、コンピュータ作業や過酷な事務作業のパフォーマンスの許容レベルは 60 ~ XNUMX dBA です。 (暴露基準の詳細については、この章の記事「基準と規制」を参照してください。)
理想的には、騒音制御の最も効果的な手段は、騒音源がプラント環境に侵入するのを最初から防ぐことです。つまり、効果的な「Buy Quiet」プログラムを確立して、低騒音出力用に設計された機器を職場に提供することです。 このようなプログラムを実行するには、新しいプラント機器、施設、およびプロセスの騒音特性を制限するための明確でよく書かれた仕様書を、騒音の危険性を考慮して設計する必要があります。 優れたプログラムには、監視と保守も組み込まれています。
機器が設置され、騒音レベル測定によって余分な騒音が特定されると、騒音の制御の問題はさらに複雑になります。 ただし、既存の機器に後付けできるエンジニアリング コントロールがあります。 さらに、通常、各問題に対して複数の騒音制御オプションがあります。 したがって、騒音制御プログラムを管理する個人にとって、それぞれの状況で騒音を低減するために利用できる最も実現可能で経済的な手段を決定することが重要になります。
工場および製品設計における騒音の制御
仕様書を使用して機器の要件、その設置、および受け入れを定義することは、今日の環境では標準的な方法です。 工場の設計者が騒音制御の分野で利用できる最も重要な機会の XNUMX つは、新しい機器の選択、購入、レイアウトに影響を与えることです。 適切に作成および管理された場合、購入仕様による「Buy Quiet」プログラムの実装は、ノイズを制御する効果的な手段であることが証明されます。
施設の設計および機器の調達段階で騒音を制御するための最も積極的なアプローチは、ヨーロッパに存在します。 1985 年、欧州共同体 (EC) (現在の欧州連合 (EU)) の 1994 の加盟国は、機器の種類ごとの個別の基準ではなく、幅広いクラスの機器または機械に対応するように設計された「新しいアプローチ」指令を採用しました。 XNUMX 年末までに、騒音に関する要件を含む XNUMX つの「新しいアプローチ」指令が発行されました。 これらのディレクティブは次のとおりです。
上記の最初の項目 (89/392/EEC) は、一般に機械指令と呼ばれます。 この指令は、機械の安全性に不可欠な部分として騒音制御を含めることを機器メーカーに義務付けています。 これらの措置の基本的な目的は、EU 内で販売される機械または装置について、騒音に関する必須要件を満たさなければならないということです。 その結果、1980 年代後半以降、EU 内でのマーケティングに関心のあるメーカーは、低ノイズ機器の設計に大きな重点を置いてきました。
自発的な「Buy Quiet」プログラムの実施を試みる EU 外の企業の場合、達成される成功の程度は、経営階層全体のタイミングとコミットメントに大きく依存します。 プログラムの最初のステップは、新しいプラントの建設、既存施設の拡張、および新しい機器の購入に対する許容騒音基準を確立することです。 プログラムを有効にするには、購入者とベンダーの両方が、指定された騒音制限を絶対要件と見なす必要があります。 製品が、サイズ、流量、圧力、許容温度上昇などの他の機器設計パラメータを満たしていない場合、会社の経営陣によって受け入れられないと見なされます。 これは、「Buy Quiet」プログラムを成功させるために騒音レベルに関して守らなければならないコミットメントと同じです。
上記のタイミングの側面に関しては、設計プロセスの早い段階で、プロジェクトまたは機器の購入のノイズの側面を考慮するほど、成功の可能性が高くなります。 多くの場合、工場の設計者または機器の購入者は、機器の種類を選択できます。 さまざまな選択肢の騒音特性を知ることで、より静かなものを指定できるようになります。
機器の選択に加えて、プラント内の機器レイアウトの設計に早期に関与することが不可欠です。 プロジェクトの設計段階で紙の上に機器を移動することは、後で機器を物理的に移動するよりもはるかに簡単です。 従うべき単純な規則は、機械、プロセス、および作業領域をほぼ同じ騒音レベルに保つことです。 中間の騒音レベルを有する緩衝ゾーンによって、特に騒がしいエリアと特に静かなエリアを分離する。
絶対要件としての騒音基準の検証には、エンジニアリング、法務、購買、産業衛生、環境などの部門の従業員間の協力が必要です。 たとえば、産業衛生、安全、および/または人事部門は、機器に必要な騒音レベルを決定し、機器を認定するために音響調査を実施する場合があります。 次に、会社のエンジニアが購入仕様書を作成し、静かなタイプの機器を選択します。 購入エージェントは、ほとんどの場合、契約を管理し、法務部の担当者に執行の支援を求めます。 これらすべての関係者の関与は、プロジェクトの開始から開始し、資金調達の要求、計画、設計、入札、設置、および試運転を通じて継続する必要があります。
最も完全で簡潔な仕様書であっても、コンプライアンスの責任がサプライヤまたはメーカーに課されない限り、ほとんど価値がありません。 コンプライアンスを決定する手段を定義するには、明確な契約文言を使用する必要があります。 保証を制定するために設計された会社の手順を参照し、従う必要があります。 違反に対する罰則条項を含めることが望ましい場合があります。 執行戦略において最も重要なのは、要件が満たされていることを確認するという購入者のコミットメントです。 コスト、納期、性能、またはその他の譲歩と引き換えに騒音基準を妥協することは例外であり、規則ではありません。
米国内では、ANSI は標準 ANSI S12.16 を公開しています。 新車騒音仕様ガイドライン (1992)。 この規格は、社内のノイズ仕様を作成するための便利なガイドです。 さらに、この規格は、機器メーカーから騒音レベル データを取得するための指示を提供します。 メーカーから取得したデータは、プラントの設計者が機器のレイアウトを計画する際に使用できます。 この規格が用意されているさまざまな種類の独特の機器やツールのため、騒音レベル データの測定に適した単一の調査プロトコルはありません。 その結果、この規格には、さまざまな固定機器をテストするための適切な音響測定手順に関する参照情報が含まれています。 これらの調査手順は、特定のタイプまたはクラスの機器を担当する米国内の適切な業界または専門組織によって作成されました。
既存設備の改造
何をする必要があるかを判断する前に、ノイズの根本原因を特定する必要があります。 そのためには、ノイズがどのように発生するかを理解することが役に立ちます。 騒音は、ほとんどの場合、機械的衝撃、高速の気流、高速の流体の流れ、機械の表面領域の振動、および製造中の製品によって発生します。 後者に関して言えば、金属加工、ガラス製造、食品加工、鉱業などの製造業やプロセス産業では、製品と機械の間の相互作用が騒音を生み出すエネルギーを与えることがよくあります。
ソース識別
騒音制御の最も困難な側面の XNUMX つは、実際の発生源の特定です。 典型的な産業環境では通常、複数の機械が同時に稼働しているため、騒音の根本原因を特定することは困難です。 これは、音響環境を評価するために標準的なサウンド レベル メーター (SLM) を使用する場合に特に当てはまります。 SLM は通常、特定の場所での音圧レベル (SPL) を提供します。これは、複数の騒音源の結果である可能性が最も高いです。 したがって、調査員は、個々の情報源と SPL 全体に対する相対的な寄与を分離するのに役立つ体系的なアプローチを採用する必要があります。 次の調査技術は、騒音の発生源または発生源を特定するのに役立つ場合があります。
ノイズの発生源を特定する最も効果的な方法の 1 つは、その周波数スペクトルを測定することです。 データが測定されたら、ソースの特性を視覚的に観察できるように結果をグラフ化すると非常に便利です。 ほとんどのノイズ軽減の問題では、SLM で使用されるフル (1/1) または 3/1 (3/1) オクターブ帯域フィルターを使用して測定を行うことができます。 1/1 オクターブバンド測定の利点は、機器から発せられているものについてより詳細な情報が得られることです。 図 1 は、3 ピストン ポンプの近くで行われた 1/3 オクターブ バンド測定と 1/1 オクターブ バンド測定の比較を示しています。 この図に示されているように、1/1 オクターブ バンド データは、ポンピング周波数とその高調波の多くを明確に識別します。 実線で示され、図 1 の各センターバンド周波数でプロットされているように、25/10,000 またはフル オクターブ バンド データのみを使用すると、ポンプ内で何が起こっているかを診断することがより困難になります。 この図に示すように、27/1 オクターブ バンド データでは、3 ヘルツ (Hz) と 1 Hz の間に合計 3 つのデータ ポイントがあります。 ただし、1/1 オクターブ バンド測定を使用すると、この周波数範囲には合計 XNUMX のデータ ポイントがあります。 明らかに、XNUMX/XNUMX オクターブ バンド データは、ノイズの根本原因を特定するためにより有用なデータを提供します。 この情報は、目的が発生源でノイズを制御することである場合に重要です。 音波が伝達される経路を扱うことが唯一の関心事である場合、音響的に適切な製品または材料を選択するには、XNUMX/XNUMX オクターブ バンドのデータで十分です。
図 1. 1/1 と 1/3 オクターブ バンド データの比較
図 2 は、液体チラー コンプレッサーのクロスオーバー パイプから 1 フィートの距離で測定された 3/3 オクターブ バンド スペクトルと、約 25 フィート離れた場所で測定されたバックグラウンド レベルの比較を示しています (脚注に示されている近似値に注意してください)。 この位置は、従業員が通常この部屋を通り抜ける一般的な領域を表します。 ほとんどの場合、圧縮機室は日常的に作業員が占有することはありません。 唯一の例外は、保守作業員が室内の他の機器を修理またはオーバーホールしている場合です。 コンプレッサー以外にも、このエリアにはいくつかの大型機械が稼働しています。 主な騒音源の特定を支援するために、各機器の近くでいくつかの周波数スペクトルが測定されました。 各スペクトルを歩道の背景位置でのデータと比較すると、圧縮機ユニットのクロスオーバー パイプだけが同様のスペクトル形状を示しました。 したがって、これが従業員の通路で測定されたレベルを制御する主要な騒音源であると結論付けることができます。 したがって、図 2 に示すように、機器の近くで測定された周波数データを使用し、個々の発生源を従業員のワークステーションまたはその他の関心のある領域で記録されたデータとグラフで比較することにより、多くの場合、主要な騒音源を特定できます。 明らかに。
図 2. クロスオーバー パイプとバックグラウンド レベルの比較
サイクリック機器のように騒音レベルが変動する場合、時間に対する全体の A 特性騒音レベルを測定すると便利です。 この手順では、時間の経過とともにどのようなイベントが発生しているかを観察して文書化することが重要です。 図 3 は、機械の 3 サイクル全体にわたってオペレータのワークステーションで測定された騒音レベルを示しています。 図 95 に示すプロセスは、約 96.2 秒のサイクル タイムを持つ製品ラッピング マシンのプロセスを表しています。 図に示すように、33 dBA の最大騒音レベルは、マシン サイクルの XNUMX 秒後の圧縮空気の放出中に発生します。 他の重要なイベントも図にラベル付けされています。これにより、完全なラッピング サイクル中の各アクティビティのソースと相対的な寄与を特定できます。
図 3. 包装オペレーター用のワークステーション
同じ機器を使用する複数のプロセス ラインがある産業環境では、同様の機器の周波数データを相互に比較することは価値のある作業です。 図 4 は、同じ製品を製造し、同じ速度で動作する 1 つの同様のプロセス ラインの比較を示しています。 プロセスの一部には、製造の最終段階として製品に 5 インチの穴を開ける空気圧作動装置の使用が含まれます。 この図を調べると、ライン #2 の全体的なサウンド レベルがライン #1 よりも 2 dBA 高いことが明確にわかります。 さらに、ライン #2 に描かれているスペクトルには、ライン #1 のスペクトルには現れない基本周波数と多くの高調波が含まれています。 したがって、これらの違いの原因を調査する必要があります。 多くの場合、ライン XNUMX の最終パンチ メカニズムの状況のように、重大な違いはメンテナンスの必要性を示します。 ただし、この特定のノイズの問題は、ライン #XNUMX の全体的なレベルがまだ比較的高いため、追加の制御手段が必要になります。 しかし、この調査手法のポイントは、効果的なメンテナンスやその他の調整で簡単に改善できる、類似した機器とプロセスの間に存在する可能性のあるさまざまな騒音問題を特定することです。
図 4. 同一プロセス ラインの最終パンチ操作
上述のように、SLMは通常、1つまたは複数のノイズ源からの音響エネルギーを含むSPLを提供する。 最適な測定条件の下では、他のすべての機器をオフにして、各機器を測定するのが最善です。 この状況は理想的ですが、プラントを停止して特定の発生源を隔離することはほとんど現実的ではありません。 この制限を回避するために、特定のノイズ源に対して一時的な制御手段を使用することが効果的であることがよくあります。これにより、別のノイズ源の測定が可能になり、短期間のノイズ低減が実現します。 一時的な削減を提供できる利用可能な材料には、合板のエンクロージャー、吸音ブランケット、サイレンサー、およびバリアが含まれます。 多くの場合、これらの材料を恒久的に使用すると、熱の蓄積、オペレーターのアクセスや製品の流れへの干渉、不適切なサイレンサーの選択に伴う費用のかかる圧力低下など、長期的な問題が発生します。 ただし、個々のコンポーネントの分離を支援するために、これらの材料は短期的なコントロールとして効果的です。
特定のマシンまたはコンポーネントを分離するために使用できる別の方法は、さまざまな機器または生産ラインのセクションをオン/オフすることです。 このタイプの診断分析を効果的に行うには、選択した項目をオフにしてもプロセスが機能する必要があります。 次に、この手順が正当であるためには、製造プロセスがいかなる形でも影響を受けないことが重要です。 プロセスが影響を受ける場合、測定値が通常の条件下での騒音レベルを表していない可能性は十分にあります。 最後に、すべての有効なデータを全体的な dBA 値の大きさでランク付けして、エンジニアリング ノイズ コントロール用の機器に優先順位を付けることができます。
適切な騒音制御オプションの選択
騒音の原因または発生源が特定され、それが従業員の作業エリアにどのように放射されるかがわかったら、次のステップは、利用可能な騒音制御オプションを決定することです。 ほとんどすべての健康被害の管理に関して使用される標準モデルは、発生源、経路、および受信者に適用されるさまざまな管理オプションを調べることです。 場合によっては、これらの要素の XNUMX つを制御するだけで十分です。 ただし、他の状況下では、許容できるノイズ環境を得るために複数の要素の処理が必要になる場合があります。
騒音制御プロセスの最初のステップは、何らかの形の音源処理を試みることです。 実際には、ソースの変更は騒音問題の根本原因に対処しますが、バリアとエンクロージャによる音響伝達経路の制御は騒音の症状のみを扱います。 機械内に複数の発生源があり、その発生源を処理することが目的である状況では、コンポーネントごとにすべてのノイズ発生メカニズムに対処する必要があります。
機械的衝撃によって発生する過度の騒音の場合、調査する制御オプションには、駆動力を減らす方法、コンポーネント間の距離を減らす方法、回転機器のバランスを取る方法、および防振金具を取り付ける方法が含まれる場合があります。 高速の気流または流体の流れから生じるノイズに関しては、主な修正は媒体の速度を下げることです。これが実行可能なオプションであると仮定します。 問題のパイプラインの断面積を増やすことで、速度を下げることができる場合があります。 合理化された流れを可能にするために、パイプライン内の障害物を排除する必要があります。これにより、輸送中の媒体の圧力変動と乱流が減少します。 最後に、適切なサイズのサイレンサーまたはマフラーを取り付けると、全体的な騒音を大幅に減らすことができます。 購入者が設定した動作パラメータと制約に基づいて、サイレンサーの製造元に相談して、適切なデバイスを選択してください。
機械の振動する表面領域が空気伝播ノイズの共鳴板として機能する場合、制御オプションには、ノイズに関連する駆動力の低減、大きな表面領域からの小さなセクションの作成、表面の穿孔、基板の剛性の増加が含まれます。または質量、および制振材または防振金具の適用。 防振材および制振材の使用に関しては、製品メーカーに相談して、適切な材料の選択および設置手順について支援を受ける必要があります。 最後に、多くの業界では、製造される実際の製品は、空気伝播音の効率的なラジエーターであることがよくあります。 このような状況では、製造中に製品をしっかりと固定またはより適切にサポートする方法を評価することが重要です。 調査すべきもう XNUMX つの騒音対策は、機械と製品の間、製品自体の部品間、または個別の製品アイテム間の衝撃力を減らすことです。
多くの場合、プロセスまたは機器の再設計およびソースの変更は実行不可能であることが判明する場合があります。 また、ノイズの根本原因を特定することが事実上不可能な場合もあります。 これらの状況のいずれかが存在する場合、音響伝達経路の処理のための制御手段の使用は、全体的な騒音レベルを低減する有効な手段となります。 パス処理の XNUMX つの主要な軽減手段は、防音エンクロージャーとバリアです。
今日の市場では、音響エンクロージャの開発が進んでいます。 いくつかのメーカーから既製の筐体とカスタムメイドの筐体の両方が提供されています。 適切なシステムを調達するには、購入者が現在の全体的な騒音レベル (および場合によっては周波数データ)、機器の寸法、騒音低減の目標、製品の流れの必要性、および従業員のアクセスに関する情報を提供する必要があります。およびその他の運用上の制約。 ベンダーは、この情報を使用して在庫品目を選択したり、購入者のニーズを満たすカスタム エンクロージャを製造したりできます。
多くの場合、商用システムを購入するよりもエンクロージャを設計して構築する方が経済的です。 エンクロージャーを設計する際、エンクロージャーが音響的および生産的な観点から満足できるものであることが証明されるためには、多くの要因を考慮に入れる必要があります。 エンクロージャ設計の具体的なガイドラインは次のとおりです。
筐体寸法。 エンクロージャのサイズまたは寸法に関する重要なガイドラインはありません。 従うべき最良のルールは 大きければ大きいほどいい. 装置が筐体に接触することなく意図したすべての動作を実行できるように、十分なクリアランスを確保することが重要です。
囲い壁。 エンクロージャーによる騒音低減は、壁の構造に使用される材料と、エンクロージャーの密閉度に依存します。 エンクロージャーの壁に適した材料の選択は、次の経験則を使用して決定する必要があります (Moreland 1979)。
TL必須=NR+20dBA
TL必須=NR+15dBA
TL必須=NR+10dBA。
これらの式で TL必須 はエンクロージャの壁またはパネルに必要な伝送損失であり、NR は削減目標を満たすために必要なノイズ低減です。
シール。 最大限の効率を得るには、すべてのエンクロージャーの壁の接合部をしっかりと固定する必要があります。 パイプ貫通部、電気配線などの周囲の開口部は、シリコン コーキングなどの非硬化性マスチックで密閉する必要があります。
内部吸収。 音響エネルギーを吸収および放散するには、エンクロージャの内部表面積を吸音材で裏打ちする必要があります。 ソースの周波数スペクトルを使用して、適切な素材を選択する必要があります。 メーカーが公開している吸収データは、材料をノイズ源に一致させるための基礎を提供します。 最大音圧レベルを持つソースの周波数に最大吸収係数を一致させることが重要です。 製品ベンダーまたはメーカーは、ソースの周波数スペクトルに基づいて最も効果的な素材の選択を支援することもできます。
エンクロージャの分離. 機械的振動がエンクロージャ自体に伝わらないようにするために、エンクロージャ構造を機器から分離または隔離することが重要です。 パイプの貫通部など、機械の部品が筐体と接触する場合、潜在的な伝送経路を短絡するために、接触点に防振フィッティングを含めることが重要です。 最後に、マシンが床を振動させる場合は、エンクロージャーのベースも防振材で処理する必要があります。
製品の流れを提供する. ほとんどの生産設備と同様に、エンクロージャーの内外に製品を移動する必要があります。 音響的に裏打ちされたチャネルまたはトンネルを使用すると、製品の流れを可能にし、さらに音響吸収を提供できます。 騒音の漏れを最小限に抑えるために、すべての通路は、トンネルまたは水路開口部の最大寸法の内側幅の XNUMX 倍の長さにすることをお勧めします。
ワーカー アクセスの提供。 機器への物理的および視覚的なアクセスを提供するために、ドアと窓を取り付けることができます。 すべての窓が、エンクロージャの壁と少なくとも同じ透過損失特性を持っていることが重要です。 次に、すべてのアクセス ドアは、すべての端をしっかりと密閉する必要があります。 ドアが開いた状態での装置の操作を防ぐために、ドアが完全に閉じている場合にのみ操作を許可するインターロック システムを含めることをお勧めします。
エンクロージャーの換気. 多くのエンクロージャ アプリケーションでは、過度の熱の蓄積があります。 冷却用空気を筐体に通すには、650 ~ 750 立方フィート/メートルの容量の送風機を出口または排出ダクトに取り付ける必要があります。 最後に、吸気ダクトと排気ダクトは吸収材で裏打ちする必要があります。
吸収材の保護. 吸収性素材が汚染されるのを防ぐために、吸収性裏地の上に飛沫バリアを適用する必要があります。 これは、25 ミルのプラスチック フィルムなど、非常に軽い素材である必要があります。 吸収層は、エキスパンド メタル、穴あきシート メタル、またはハードウェア クロスで保持する必要があります。 面材には、少なくとも XNUMX% の開口部が必要です。
代替の音響伝達経路の処理は、音響障壁を使用して受信者 (騒音の危険にさらされている作業員) を直接の音響経路からブロックまたはシールドすることです。 遮音壁は、騒音源と受信機の間に挿入される固体の隔壁や壁など、伝送損失の高い材料です。 バリアは、音源への直接の見通し経路を遮断することで、室内のさまざまな表面での反射とバリアの端での回折によって、音波が受信機に到達するようにします。 その結果、受信機の設置場所での全体的なノイズ レベルが低下します。
バリアの有効性は、ノイズ源または受信機に対するバリアの位置と、バリア全体の寸法の関数です。 潜在的なノイズ低減を最大化するには、バリアをソースまたはレシーバーのいずれかにできるだけ近づけて配置する必要があります。 次に、障壁はできるだけ高く、広くする必要があります。 音の経路を効果的に遮断するために、4 ~ 6 lb/ft 程度の高密度素材3、 使用すべきです。 最後に、バリアには開口部や隙間がないようにする必要があります。これにより、バリアの有効性が大幅に低下する可能性があります。 機器に視覚的にアクセスするための窓を含める必要がある場合は、窓の音響透過率がバリア素材自体と少なくとも同等であることが重要です。
労働者の騒音暴露を減らすための最後の選択肢は、労働者が働くスペースまたはエリアを処理することです。 このオプションは、製品検査や機器監視ステーションなど、従業員の移動が比較的狭い範囲に限定されるジョブ アクティビティに最も実用的です。 このような状況では、音響ブースまたはシェルターを設置して、従業員を隔離し、過度の騒音レベルから解放することができます。 作業シフトの大部分がシェルター内で費やされている限り、毎日の騒音曝露は減少します。 このようなシェルターを構築するには、囲いの設計に関する前述のガイドラインを参照する必要があります。
結論として、効果的な「Buy Quiet」プログラムの実施は、総合的な騒音管理プロセスの最初のステップであるべきです。 このアプローチは、ノイズの問題を引き起こす可能性のある機器の購入または設置を防ぐように設計されています。 ただし、過剰な騒音レベルがすでに存在する状況では、個々の騒音源ごとに最も実用的な工学的制御オプションを開発するために、騒音環境を体系的に評価する必要があります。 騒音制御対策の実施の相対的な優先度と緊急度を決定する際には、従業員の曝露、スペースの占有率、および全体的なエリアの騒音レベルを考慮する必要があります。 明らかに、望ましい結果の重要な側面は、投資した金銭的資金に対して従業員の騒音暴露を最大限に削減し、同時に最大限の従業員保護を確保することです。
著者らは、聴覚保護に関する NCDOL 業界ガイドの執筆中に開発された資料の再利用を許可してくれたノースカロライナ州労働局に感謝します。
職業聴覚保護プログラム (HCP) の主な目的は、職場での危険な騒音暴露による騒音による聴覚障害を防ぐことです (Royster and Royster 1989 and 1990)。 ただし、HCP を効果的にする責任を負う人物 (後に「主要人物」と呼ばれる人物) は、望ましい目標を達成するために、常識を使用してこれらの慣行を地域の状況に合わせて変更する必要があります。有害な職業騒音暴露。 これらのプログラムの第 XNUMX の目的は、個人が職業以外の有害な騒音暴露から身を守り、聴覚保護に関する知識を家族や友人に伝えることを選択できるように、個人を教育し、やる気を起こさせることです。
図 1 は、10,000 か国の 8 つのソースからの 3 を超える騒音曝露サンプルの分布を示しています。これには、さまざまな産業、鉱業、軍事作業環境が含まれます。 サンプルは、4、5、および 90 dB の為替レートに基づく 95 時間の時間加重平均値です。 これらのデータは、毎日の等価騒音曝露の約 10% が 95 dBA 以下であり、XNUMX dBA を超えるのは XNUMX% のみであることを示しています。
図 1. 異なる集団の推定騒音暴露ハザード
図 1 のデータの重要性は、それらがほとんどの国と人口に適用されると仮定すると、騒音にさらされる大多数の従業員が危険を排除するために騒音からの保護を 10 dBA だけ達成する必要があるということです。 この保護を実現するために聴覚保護具 (HPD) を着用する場合、労働者の健康を担当する担当者は、快適で、環境にとって実用的で、個人の聴覚のニーズ (聞く能力) を考慮して、各個人に時間をかけて適合させる必要があります。警告信号、音声など)、現実世界の環境で毎日着用すると音響シールを提供します。
この記事では、図 2 に示したチェックリストに要約されているように、良好な聴力を維持するための実践をまとめて紹介しています。
図 2. 優れた HCP プラクティスのチェックリスト
聴覚保護の利点
職業性難聴の予防は、良好な生活の質に不可欠な聴覚能力を維持することで従業員に利益をもたらします。対人コミュニケーション、音楽の楽しみ、警告音の検出などです。 非職業性難聴や潜在的に治療可能な耳の病気は、多くの場合、毎年のオージオグラムを通じて検出されるため、HCP は健康診断の利点を提供します。 騒音への露出を減らすと、騒音に関連する潜在的なストレスや疲労も軽減されます。
雇用主は、従業員の良好な聴力を維持する効果的な HCP を導入することで直接利益を得ます。これは、従業員のコミュニケーション能力が損なわれていなければ、従業員の生産性と多様性が維持されるためです。 効果的な HCP は、事故率を減らし、作業効率を高めることができます。
HCP のフェーズ
各フェーズの詳細については、図 2 のチェックリストを参照してください。 異なる担当者が異なるフェーズを担当する場合があり、これらの担当者が HCP チームを構成します。
騒音暴露調査
騒音計または個人騒音線量計は、職場の騒音レベルを測定し、労働者の騒音曝露を推定して HCP が必要かどうかを判断するために使用されます。 そうであれば、収集されたデータは、従業員を保護するための適切な HCP ポリシーを確立するのに役立ちます (Royster, Berger and Royster 1986)。 調査結果により、HCP に含まれる従業員 (部門または職務ごと)、聴覚保護具の使用が義務付けられているエリア、および適切な聴覚保護具が特定されます。 ばく露を範囲 (85 dBA 未満、85 ~ 89、90 ~ 94、95 ~ 99 dBA など) に分類するには、代表的な生産条件の適切なサンプルが必要です。 一般的な騒音調査中の A 特性騒音レベルの測定は、多くの場合、プラントの領域で支配的な騒音源を特定します。この場所では、フォローアップの工学騒音制御研究が従業員の曝露を大幅に削減する可能性があります。
エンジニアリングおよび管理上の騒音制御
騒音制御により、従業員の騒音への暴露を安全なレベルまで減らすことができ、聴覚保護プログラムの必要性をなくすことができます。 工学的制御 (この章の「工学的騒音制御」[NOI03AE] を参照) には、騒音源 (排気ノズルにマフラーを取り付けるなど)、騒音経路 (機器の周囲に遮音エンクロージャを配置するなど)、またはレシーバーの変更が含まれます。 (従業員のワークステーションの周りにエンクロージャーを構築するなど)。 そのような変更が実用的であり、作業の妨げにならないことを確認するために、そのような変更を設計する際には、多くの場合、作業者の意見が必要です。 明らかに、実用的かつ実行可能な場合はいつでも、技術的な騒音制御によって、危険な従業員の騒音暴露を削減または排除する必要があります。
管理上の騒音制御には、古い機器をより静かな新しいモデルに交換すること、騒音制御に関連する機器保守プログラムを順守すること、および実際的かつ技術的に推奨される場合に露出時間を制限して騒音量を減らすために従業員の勤務スケジュールを変更することが含まれます。 新しい生産施設がオンラインになったときに無害な騒音レベルを達成するための計画と設計は、HCP の必要性をなくすこともできる管理上の制御です。
教育とモチベーション
HCP のチーム メンバーと従業員は、聴覚保護の目的、プログラムから直接利益を得る方法、および会社の安全衛生要件への準拠が雇用条件であることを理解していない限り、積極的に聴覚保護に参加することはありません。 個人の行動に動機を与えるための有意義な教育がなければ、HCP は失敗します (Royster and Royster 1986)。 対象となるトピックには、HCP の目的と利点、音響調査の方法と結果、曝露を減らすための工学的騒音制御処理の使用と維持、業務外の危険な騒音曝露、騒音が聴覚に与える影響、日常生活における難聴、聴覚保護具の選択とフィッティング、一貫した装用の重要性、聴力測定検査で聴力の変化を特定して、より強力な保護の必要性を示す方法、および雇用主の医療従事者の方針。 理想的には、これらのトピックは安全会議で少人数の従業員グループに説明でき、十分な質問時間を与えられます。 効果的な HCP では、HCP 担当者が聴力の保護について他の人に思い出させるために毎日の機会を利用するため、教育段階は継続的なプロセスです。
聴覚保護
雇用主は、職場に危険な騒音レベルが存在する限り、従業員が着用できる聴覚保護具 (耳栓、イヤーマフ、セミインサート デバイス) を提供します。 多くの種類の産業機器向けに実現可能な工学的騒音制御が開発されていないため、聴覚保護具は、これらの状況での騒音による難聴を防ぐための現在の最良の選択肢です。 前述のように、騒音にさらされているほとんどの作業者は、騒音から適切に保護するために 10 dB の減衰を達成するだけで済みます。 今日入手可能な聴覚保護具の選択肢が豊富にあるため、適切な保護を容易に実現できます (Royster 1985; Royster and Royster 1986)。デバイスを各従業員に個別に装着して、許容範囲内の快適さで音響密閉を実現し、作業員に聴覚保護の方法を教えれば、音響シールを維持するためにデバイスを正しく着用してください。
聴力評価
暴露された各個人は、ベースラインの聴力検査を受け、その後、聴力の状態を監視し、聴力の変化を検出するために毎年再検査を受ける必要があります。 0.5、1、2、3、4、6、および 8 kHz で従業員の聴覚閾値をテストするために、音響減衰ブースで聴力計が使用されます。 HCP が効果的である場合、従業員の聴力検査の結果は、業務中の騒音による聴覚障害に関連する重大な変化を示すことはありません。 疑わしい聴力の変化が見つかった場合、記録を確認する聴力検査技師と聴覚学者または医師は、従業員に HPD をより慎重に装着するよう助言し、より適切な HPD が必要かどうかを評価し、個人が自分自身を保護することにもっと注意を払うように動機付けます。仕事の内外で聞く。 場合によっては、銃撃や趣味の騒音への暴露、または医学的な耳の問題など、聴覚の変化の非職業的原因が特定されることがあります。 聴力測定モニタリングは、検査手順の品質管理が維持され、その結果が重大な聴力変化のある個人のフォローアップを開始するために使用される場合にのみ有用です (Royster 1985)。
記録の保存
保持する記録の種類と保持期間の要件は、国によって異なります。 訴訟問題と労働者の補償が重要な問題である国では、記録は法的目的に役立つことが多いため、職業上の規制で要求されるよりも長く保持する必要があります。 記録保持の目的は、従業員が騒音からどのように保護されたかを文書化することです (Royster and Royster 1989 and 1990)。 特に重要な記録には、音響調査の手順と調査結果、聴力測定の校正と結果、従業員の聴覚の変化に応じたフォローアップ活動、聴覚保護具のフィッティングとトレーニングの記録が含まれます。 記録には、HCP タスクを実行した担当者の名前と結果を含める必要があります。
プログラムの評価
効果的なプログラムの特徴
成功している HCP は、次の特徴を共有し、すべての安全プログラム (安全メガネ、「ヘルメット」、安全な持ち上げ動作など) に関して「安全文化」を促進します。
「キーパーソン」
HCP の 1989 つのフェーズを効果的に機能させるための最も重要な戦略は、中心的に重要な 1990 人の監督の下でそれらを統合することです (Royster and Royster XNUMX and XNUMX)。 HCP のすべての側面を XNUMX 人が実際に実行できる小規模な企業では、通常、調整の欠如は問題になりません。 ただし、組織の規模が大きくなるにつれて、さまざまなタイプのスタッフが HCP に関与するようになります。安全担当者、医療担当者、エンジニア、産業衛生士、道具箱の監督者、生産監督者などです。 さまざまな分野の担当者がプログラムのさまざまな側面を実行しているため、XNUMX 人の「主要な個人」が HCP 全体を監督できない限り、彼らの取り組みを調整することは非常に困難になります。 この人物の選択は、プログラムの成功にとって重要です。 主要な個人の主な資格の XNUMX つは、会社の HCP に対する真の関心です。
キーパーソンは常に親しみやすく、HCP の改善に役立つコメントや苦情に心から関心を持っています。 この個人は、リモートの態度をとったり、オフィスにとどまったりして、マンデートによって HCP を紙の上で実行しているわけではありませんが、生産現場や労働者が活動している場所に時間を費やして、労働者と対話し、問題をどのように防止または解決できるかを観察しています。
積極的なコミュニケーションと役割
主な HCP チーム メンバーは定期的に集まり、プログラムの進捗状況について話し合い、すべての職務が確実に遂行されるようにする必要があります。 さまざまなタスクを持つ人々が、自分の役割がプログラムの全体的な結果にどのように貢献するかを理解すると、難聴を防ぐために協力するようになります。 主要な個人は、経営陣がHCPの決定を行う権限と、決定が下された後に行動するためのリソースの割り当てを彼または彼女に提供する場合、この積極的なコミュニケーションと協力を達成できます。 HCP の成功は、上司から最近採用された研修生まで、すべての人にかかっています。 誰もが重要な役割を担っています。 経営陣の役割は、主に HCP をサポートし、会社の全体的な健康と安全プログラムの XNUMX つの側面としてそのポリシーを実施することです。 中間管理職と監督者の役割はより直接的で、XNUMX つのフェーズの実行を支援します。 従業員の役割は、プログラムに積極的に参加し、HCP の運用を改善するための提案を積極的に行うことです。 ただし、従業員の参加を成功させるには、経営陣と HCP チームがコメントを受け入れ、従業員の意見に実際に対応する必要があります。
聴覚保護具 - 効果的で強制的
HCP の成功に対する聴覚保護ポリシーの重要性は、効果的な HCP の XNUMX つの望ましい特性によって強調されています。作業環境の着用者。 潜在的に効果的なデバイスは、従業員が常に着用するのに十分実用的で快適であり、過保護によってコミュニケーションを損なうことなく適切な音減衰を提供します。
HCPに対する限定的な外的影響
現地の HCP の決定が企業本社によって義務付けられたポリシーによって制限されている場合、主要な個人は、現地のニーズを満たすために、企業または外部の規則の例外を取得する際に経営陣の支援が必要になる場合があります。 また、主要な個人は、外部のコンサルタント、請負業者、または政府関係者が提供するサービス (音響調査やオージオグラムなど) を厳密に管理する必要があります。 請負業者を使用する場合、そのサービスを HCP 全体にまとめて統合することはより困難ですが、そうすることが重要です。 工場内の人員が請負業者から提供された情報を使用して従わない場合、プログラムの契約要素は有効性を失います。 主に外部の請負業者に依存する効果的な HCP を確立して維持することは非常に困難であることは、経験から明らかです。
以前の特徴とは対照的に、HCP が無効になる一般的な原因のいくつかを以下に示します。
聴力データの客観的評価
騒音にさらされた集団の聴力測定データは、HCP が職業上の難聴を防いでいるかどうかの証拠を提供します。 時間の経過とともに、騒音にさらされた従業員の聴覚の変化率は、騒音の多い仕事をしていない対照群のそれよりも大きくならないはずです。 HCP の有効性を早期に示すために、聴力データベース分析の手順が、しきい値の年ごとの変動性を使用して開発されました (Royster and Royster 1986; ANSI 1991)。
ご利用規約
職業騒音の分野では、用語 規制, 標準, 法律 技術的にはわずかに異なる意味を持っている場合でも、しばしば同じ意味で使用されます。 標準は、規制によく似た成文化された規則またはガイドラインのセットですが、国際標準化機構 (ISO) などのコンセンサス グループの後援の下で開発できます。 立法は、立法当局または地方自治体によって定められた法律で構成されています。
多くの国家標準は法律と呼ばれています。 一部の公的機関では、標準や規制という用語も使用しています。 欧州共同体評議会 (CEC) の問題 説明書. 欧州共同体のすべての加盟国は、1986 年までに、騒音基準 (規制または法律) を職業上の騒音暴露に関する 1990 年の EEC 指令と「調和」させる必要がありました (CEC 1986)。 これは、加盟国の騒音基準と規制が、少なくとも EEC 指令と同程度に保護されている必要があることを意味します。 米国では、 規制 政府当局によって定められた規則または命令であり、通常は標準というより形式的な性質を持っています。
一部の国には 練習のコード、これはやや形式的ではありません。 たとえば、職業上の騒音への曝露に関するオーストラリアの国家基準は、必須の規則を規定する 35 つの短いパラグラフと、その後に続く XNUMX ページの実施基準で構成され、基準の実施方法に関する実践的なガイダンスを提供しています。 通常、行動規範には、規制や立法の法的効力はありません。
時折使用される別の用語は、 勧告、これは強制的な規則というよりもガイドラインに似ており、強制力はありません。 この記事では、用語 標準 形式のすべてのレベルのノイズ規格を表すために一般的に使用されます。
コンセンサス基準
最も広く使用されている騒音基準の 1999 つは ISO XNUMX です。 音響: 職業騒音曝露の測定と騒音による聴覚障害の推定 (ISO 1990)。 この国際的なコンセンサス基準は、以前のあまり詳細でないバージョンの改訂版であり、曝露レベルと期間、年齢の関数として、さまざまな聴力測定周波数で曝露人口のさまざまな百分位数で発生すると予想される難聴の量を予測するために使用できます。そしてセックス。
ISO は現在、ノイズ標準化の分野で非常に活発に活動しています。 その技術委員会 TC43「音響」は、聴覚保護プログラムの有効性を評価するための基準に取り組んでいます。 von Gierke (1993) によると、TC43 の小委員会 1 (SC1) には 21 のワーキング グループがあり、そのうちのいくつかはそれぞれ 43 つ以上の標準を検討しています。 TC1/SC58 は 63 のノイズ関連規格を発行しており、さらに 1993 の規格が改訂または準備中です (von Gierke XNUMX)。
損傷リスク基準
用語 損傷リスク基準 さまざまなレベルの騒音による聴覚障害のリスクを指します。 これらの基準と基準の開発には、一定量の騒音暴露による難聴の程度を示すデータに加えて、多くの要因が関与しています。 技術的な考慮事項とポリシー上の考慮事項の両方があります。
次の質問は、ポリシーに関する考慮事項の良い例です。騒音にさらされた人口のどの割合を保護する必要があるか、また、許容されるリスクとなる難聴の程度はどれくらいか。 暴露された人口の最も敏感なメンバーでさえ、聴覚障害から保護する必要がありますか? それとも、補償可能な聴力障害からのみ保護すべきでしょうか? これは、どの難聴計算式を使用するかという問題に帰着し、さまざまな政府機関によってその選択は大きく異なります。
以前は、かなりの量の難聴を許容できるリスクとして許容する規制上の決定が下されていました。 最も一般的な定義は、聴力測定周波数 25、500、および 1,000 Hz で 2,000 dB 以上の平均聴力閾値レベル (または「低フェンス」) でした。 その時以来、「聴覚障害」または「聴覚ハンディキャップ」の定義はより制限的になり、さまざまな国やコンセンサス グループがさまざまな定義を提唱しています。 たとえば、特定の米国政府機関は現在、25、1,000、および 2,000 Hz で 3,000 dB を使用しています。 他の定義では、20、25、および 1,000 Hz で 2,000 または 4,000 dB の低いフェンスが組み込まれている場合があり、より広い範囲の周波数が含まれている場合があります。
一般に、より高い周波数とより低い「フェンス」または聴覚閾値レベルが定義に含まれるにつれて、許容されるリスクはより厳しくなり、曝露された人口のより高い割合が特定のレベルのノイズによるリスクにさらされているように見えます。 騒音暴露による難聴のリスクがなければ、暴露された人口のより敏感なメンバーであっても、許容暴露限界は75 dBAと低くなければなりません. 実際、EEC指令は同等のレベルを確立しています(Leq) はリスクが無視できるレベルとして 75 dBA であり、このレベルはスウェーデンの生産施設の目標としても提唱されています (Kihlman 1992)。
全体として、この問題に関する一般的な考えは、騒音にさらされた従業員がある程度の聴力を失うことは許容できますが、それほど多くはないというものです。 どのくらいが多すぎるかについては、現時点ではコンセンサスがありません。 おそらく、ほとんどの国は、技術的および経済的な実現可能性を考慮しながら、リスクを最小限のレベルに維持しようとして基準と規制を起草しますが、頻度、フェンス、または人口の割合などの問題について合意に達することはありません。保護されます。
損傷リスク基準の提示
騒音性難聴の基準は、騒音性永久閾値シフト (NIPTS) またはパーセンテージ リスクの XNUMX つの方法のいずれかで示されます。 NIPTS は、職業騒音以外の原因から「通常」発生する閾値シフトを差し引いた後に、母集団に残る永続的な閾値シフトの量です。 パーセンテージ リスクとは、一定量の騒音による聴覚障害を持つ集団のパーセンテージです。 After 類似母集団のパーセンテージを差し引く 職業騒音にさらされている。 この概念は時々呼ばれます 過剰リスク. 残念ながら、どちらの方法にも問題はありません。
NIPTS を単独で使用する場合の問題は、聴覚に対するノイズの影響を要約するのが難しいことです。 データは通常、騒音レベル、曝露年数、人口百分率の関数として、各聴力測定周波数の騒音による閾値シフトを示す大きな表にまとめられています。 パーセンテージ リスクの概念は、単一の数値を使用し、理解しやすいように見えるため、より魅力的です。 しかし、パーセンテージ リスクの問題は、多くの要因、特に聴覚閾値レベル フェンスの高さと、聴覚障害 (またはハンディキャップ) を定義するために使用される周波数によって、大きく異なる可能性があることです。
どちらの方法でも、ユーザーは、年齢や職業以外の騒音暴露などの要因について、暴露集団と非暴露集団が慎重に一致していることを確認する必要があります。
国家騒音基準
表 1 は、いくつかの国の騒音曝露基準の主な特徴の一部を示しています。 ほとんどの情報はこの出版物現在のものですが、一部の基準は最近改訂された可能性があります。 読者は、国家規格の最新版を参照することをお勧めします。
表 1. 国別の許容曝露限界 (PEL)、為替レート、およびその他の騒音曝露の要件
国・日付 |
ペル Lav、8時間、 dBAa |
為替レート、dBAb |
Lマックス 実効値 Lピーク SPL |
レベル dBA エンジニアリング コントロールc |
レベル dBA 聴力検査c |
アルゼンチン |
90 |
3 |
110 dBA |
||
オーストラリア、1 1993 |
85 |
3 |
140dBピーク |
85 |
85 |
ブラジル、1992 |
85 |
5 |
115 dBA |
85 |
|
カナダ、2 1990 |
87 |
3 |
87 |
84 |
|
CEC、3、4 1986 |
85 |
3 |
140dBピーク |
90 |
85 |
チリ |
85 |
5 |
115 dBA |
||
中国、5 1985 |
70-90 |
3 |
115 dBA |
||
フィンランド、1982年 |
85 |
3 |
85 |
||
フランス、1990年 |
85 |
3 |
135dBピーク |
85 |
|
ドイツ、3、6 1990 |
85 |
3 |
140dBピーク |
90 |
85 |
ハンガリー |
85 |
3 |
125 dBA |
90 |
|
インド、7 1989 |
90 |
115 dBA |
|||
イスラエル、1984年 |
85 |
5 |
115 dBA |
||
イタリア、1990 |
85 |
3 |
140dBピーク |
90 |
85 |
オランダ、 8 1987 |
80 |
3 |
140dBピーク |
85 |
|
ニュージーランド、9 1981 |
85 |
3 |
115 dBA |
||
ノルウェー、10 1982 |
85 |
3 |
110 dBA |
80 |
|
スペイン、1989 |
85 |
3 |
140dBピーク |
90 |
80 |
スウェーデン、1992年 |
85 |
3 |
115 dBA |
85 |
85 |
イギリス、1989年 |
85 |
3 |
140dBピーク |
90 |
85 |
アメリカ、11 1983 |
90 |
5 |
115 dBA |
90 |
85 |
ウルグアイ |
90 |
3 |
110 dBA |
a PEL = 許容暴露限界。
b 為替レート。 倍加率または時間/強度取引比率と呼ばれることもあります。これは、暴露期間が半分または倍増するたびに許容される騒音レベル (dB) の変化量です。
c PEL と同様に、エンジニアリング コントロールと聴力検査の要件を開始するレベルも、おそらく平均レベルです。
出典: Arenas 1995; ガン; エンブルトン 1994; ILO 1994。さまざまな国の公開基準がさらに参照されています。
表 1 の注記。
1 技術管理、聴力検査、および聴覚保護プログラムのその他の要素のレベルは、実施基準で定義されています。
2 カナダの個々の州には多少の違いがあります。オンタリオ、ケベック、ニューブランズウィックは 90 dBA を使用し、為替レートは 5 dB です。 アルバータ州、ノバスコシア州、ニューファンドランド州は 85 dBA を使用し、為替レートは 5 dB です。 ブリティッシュ コロンビア州は 90 dB の為替レートで 3 dBA を使用します。 すべてにおいて、PEL のレベルまでのエンジニアリング コントロールが必要です。 マニトバ州では、80 dBA を超える特定の聴覚保護慣行、要求に応じて 85 dBA を超える聴覚保護具とトレーニング、および 90 dBA を超える工学的制御が必要です。
3 欧州共同体評議会 (86/188/EEC) およびドイツ (UVV Larm-1990) は、騒音による聴覚障害およびその他の健康障害のリスクを排除するための正確な制限を与えることは不可能であると述べています。 したがって、雇用主は、技術の進歩と制御手段の利用可能性を考慮して、騒音レベルを可能な限り下げる義務があります。 他の EC 諸国もこのアプローチを採用している可能性があります。
4 欧州共同体に含まれるこれらの国は、1 年 1990 月 XNUMX 日までに、少なくとも EEC 指令に準拠した規格を持つ必要がありました。
5 中国では、さまざまな活動に対してさまざまなレベルが要求されています。 当直室、観察室、休憩室で 70 dBA。 新しいワークショップでは 75 dBA。 既存のワークショップでは 85 dBA。
6 また、ドイツでは、精神的にストレスの多い作業に対して 55 dBA、機械化された事務作業に対して 70 dBA の騒音基準があります。
7 勧告。
8 オランダの騒音法では、「合理的に要求できない場合を除き」、85 dBA の工学的騒音制御が要求されています。 聴覚保護具は 80 dBA 以上で提供する必要があり、作業者は 90 dBA 以上のレベルで着用する必要があります。
9 ニュージーランドでは、82 時間の曝露で最大 16 dBA が必要です。 イヤー マフは、115 dBA を超える騒音レベルで着用する必要があります。
10 ノルウェーでは、多大な精神的集中を必要とする作業には 55 dBA の PEL が必要であり、口頭でのコミュニケーションや高い正確性と注意を必要とする作業には 85 dBA、その他の騒がしい作業環境には 85 dBA が必要です。 推奨される制限は 10 dB 低くなります。 85 dBA を超える騒音レベルにさらされる作業者は、聴覚保護具を着用する必要があります。
11 これらのレベルは、OSHA 騒音基準に適用され、一般産業および海運業の労働者を対象としています。 米国の軍事サービスでは、より厳しい基準が必要です。 米空軍と米陸軍はどちらも 85 dBA の PEL と 3 dB の為替レートを使用しています。
表 1 は、ほとんどの国が 85 dBA の許容曝露限界 (PEL) を使用する傾向を明確に示していますが、EEC 指令で許可されているように、標準の約半分は工学的制御の要件に準拠するためにまだ 90 dBA を使用しています。 上記の国の大多数は、3 dB の為替レートを採用していますが、イスラエル、ブラジル、チリはすべて、5 dBA の基準レベルで 85 dB ルールを使用しています。 もう 3 つの注目すべき例外は米国 (民間部門) ですが、米国陸軍と米国空軍の両方が XNUMX dB ルールを採用しています。
難聴から労働者を保護するための要件に加えて、いくつかの国では、騒音によるその他の悪影響を防止するための規定が含まれています。 一部の国では、騒音による聴覚外への影響を規制で保護する必要があると述べています。 EEC 指令とドイツの基準はどちらも、職場の騒音が難聴を超えて労働者の健康と安全にリスクを伴うことを認めていますが、聴覚外への影響に関する現在の科学的知識では、正確な安全レベルを設定することはできません。
ノルウェーの規格には、音声コミュニケーションが必要な作業環境では騒音レベルが 70 dBA を超えてはならないという要件が含まれています。 ドイツの基準は、事故のリスクを防ぐための騒音低減を提唱しており、ノルウェーとドイツの両方が、集中力を高め、精神的な作業中のストレスを防ぐために、55 dBA の最大騒音レベルを要求しています。
一部の国では、さまざまな種類の職場に対して特別な騒音基準を設けています。 たとえば、フィンランドと米国には自動車のキャブの騒音基準があり、ドイツと日本にはオフィスの騒音レベルが指定されています。 その他には、特定のプロセスにおける多くの規制された危険の XNUMX つとしてノイズが含まれます。 さらに、空気圧縮機、チェーンソー、建設機械など、特定の種類の機器または機械に適用される規格もあります。
さらに、一部の国では、聴覚保護装置 (EEC 指令、オランダ、ノルウェーなど) と聴覚保護プログラム (フランス、ノルウェー、スペイン、スウェーデン、米国など) の個別の基準を公布しています。
一部の国では、革新的なアプローチを使用して職業上の騒音問題に取り組んでいます。 たとえば、オランダには新しく建設された職場に関する別の基準があり、オーストラリアとノルウェーは、より静かな設備の提供について製造業者に指示するための情報を雇用主に提供しています。
これらの基準や規制がどの程度施行されているかについての情報はほとんどありません。 雇用主は特定の行動を「すべき」(行動規範やガイドラインなど)と規定する人もいますが、ほとんどの場合、雇用主は「しなければならない」と規定しています。 「しなければならない」を使用する標準は強制される傾向がありますが、個々の国は、施行を確保する能力と傾向が大きく異なります. 同じ国内でも、政府の権限によって業務騒音基準の施行は大きく異なる場合があります。
電離放射線はどこにでもあります。 宇宙から宇宙線としてやってくる。 それは、放射性ラドンとその子孫からの放出として空気中にあります。 自然界に存在する放射性同位元素は、すべての生物の体内に入り、残ります。 それは避けられない。 実際、この惑星上のすべての種は、電離放射線の存在下で進化しました。 少量の放射線にさらされた人間は、すぐに明白な生物学的影響を示さないかもしれませんが、電離放射線が十分な量で与えられた場合、害を引き起こす可能性があることは間違いありません. これらの効果は、種類と程度の両方でよく知られています。
電離放射線は害を及ぼす可能性がありますが、多くの有益な用途もあります。 放射性ウランは、多くの国で原子力発電所で発電しています。 医学では、内部の損傷や病気を診断するために X 線が X 線写真を作成します。 核医学の医師は、放射性物質をトレーサーとして使用して、内部構造の詳細な画像を形成し、代謝を研究します。 治療用放射性医薬品は、甲状腺機能亢進症やがんなどの障害を治療するために利用できます。 放射線療法の医師は、ガンマ線、パイ中間子線、電子線、中性子線、およびその他の種類の放射線を使用して癌を治療します。 技術者は、油井の検層作業や土壌水分密度計に放射性物質を使用しています。 産業用放射線技師は、品質管理に X 線を使用して、製造されたデバイスの内部構造を調べます。 建物や航空機の出口標識には放射性トリチウムが含まれており、停電時に暗闇で光ります。 家庭や商業ビルの多くの煙感知器には、放射性アメリシウムが含まれています。
電離放射線と放射性物質のこれらの多くの使用は、生活の質を向上させ、さまざまな方法で社会に役立ちます。 各使用の利点は、常にリスクと比較する必要があります。 リスクは、放射線または放射性物質の適用に直接関与する労働者、公衆、将来の世代、環境、またはこれらの組み合わせに及ぶ可能性があります。 政治的および経済的な考慮事項を超えて、電離放射線が関与する場合、利益は常にリスクを上回らなければなりません。
電離放射線
電離放射線は、原子や分子から電子を分離させる光子を含む粒子で構成されています。 ただし、紫外線などの比較的低エネルギーの一部の種類の放射線も、特定の状況下でイオン化を引き起こす可能性があります。 これらのタイプの放射線を、常に電離を引き起こす放射線と区別するために、通常、電離放射線の任意のエネルギー下限が約 10 キロ電子ボルト (keV) に設定されています。
直接電離放射線は荷電粒子で構成されています。 このような粒子には、高エネルギー電子 (ネガトロンと呼ばれることもあります)、陽電子、陽子、アルファ粒子、荷電中間子、ミューオン、および重イオン (電離原子) が含まれます。 このタイプの電離放射線は、主にクーロン力によって物質と相互作用し、電荷によって原子や分子から電子を反発または引き付けます。
間接電離放射線は、非荷電粒子で構成されています。 最も一般的な種類の間接電離放射線は、10 keV を超える光子 (X 線とガンマ線) とすべての中性子です。
X 線とガンマ線の光子は物質と相互作用し、少なくとも XNUMX つの異なる方法でイオン化を引き起こします。
与えられた光子は、1.022 MeV を超えるエネルギーを持つ光子に対してのみペア生成が可能であることを除いて、これらのいずれかが発生する可能性があります。 光子のエネルギーと、光子が相互作用する物質によって、どの相互作用が最も発生する可能性が高いかが決まります。
図 1 は、光子エネルギーと吸収体の原子番号の関数として、各タイプの光子相互作用が支配的な領域を示しています。
図 1. 物質における光子の XNUMX つの主な相互作用の相対的な重要性
中性子と物質との最も一般的な相互作用は、非弾性衝突、中性子捕獲 (または放射化)、および核分裂です。 これらはすべて原子核との相互作用です。 中性子と非弾性的に衝突する原子核は、より高いエネルギー準位のままになります。 このエネルギーは、ガンマ線の形で放出するか、ベータ粒子を放出するか、またはその両方で放出できます。 中性子捕獲では、影響を受けた原子核が中性子を吸収し、エネルギーをガンマ線、X線、ベータ粒子、またはその両方として放出することがあります。 次いで、二次粒子は、上述のようにイオン化を引き起こす。 核分裂では、重い原子核が中性子を吸収し、ほぼ常に放射性を持つ XNUMX つの軽い原子核に分裂します。
量、単位および関連する定義
国際放射線単位測定委員会 (ICRU) は、国際的に受け入れられている放射線と放射能の量と単位の正式な定義を作成しています。 国際放射線防護委員会 (ICRP) も、放射線の安全性で使用されるさまざまな量と単位の定義と使用に関する基準を設定しています。 放射線安全で一般的に使用されるいくつかの量、単位、および定義の説明を以下に示します。
吸収線量. これは、電離放射線の基本的な線量測定量です。 基本的には、単位質量あたりの電離放射線が物質に与えるエネルギーです。 正式には、
コラボレー D は吸収線量、de 質量 d の物質に与えられる平均エネルギーm. 吸収線量の単位は、XNUMX キログラムあたりのジュール (J kg-1)。 吸収線量の単位の特別な名前はグレイ (Gy) です。
アクティビティXNUMX. この量は、単位時間あたりの特定の核エネルギー状態からの核変換の数を表します。 正式には、
コラボレー A は活動、dN は、時間間隔 d における特定のエネルギー状態からの自然核遷移の数の期待値です。t. 放射性核種の数に関係しています N で:
ここで、l は減衰定数です。 アクティビティには逆秒の単位があります (s-1)。 活動単位の特別な名前はベクレル (Bq) です。
崩壊定数 (l)。 この量は、特定の放射性核種の核変換が発生する単位時間あたりの確率を表します。 減衰定数の単位は逆秒 (s-1)。 半減期が関係している t½ 放射性核種の
崩壊定数 l は、放射性核種の平均寿命 t に次のように関連しています。
活動の時間依存性 A(t) および放射性核種の数 N(t) で表すことができます。 & 。
確定的な生物学的効果. これは電離放射線によって引き起こされる生物学的影響であり、吸収線量が少ない場合は発生確率はゼロですが、吸収線量のあるレベル (しきい値) を超えると急激に 100 (XNUMX%) まで増加します。 白内障の誘発は、確率的生物学的効果の一例です。
実効線量. 実効線量 E は、体のすべての組織と臓器における重み付けされた等価線量の合計です。 これは放射線安全量であるため、比較的短期間に大量の吸収線量が照射される場合には、その使用は適切ではありません。 それは次のように与えられます:
コラボレー w T は組織加重係数であり、 HT は組織 T の等価線量です。実効線量の単位は J kg です。-1. 実効線量の単位の特別な名前はシーベルト (Sv) です。
等価線量. 等価線量 HT は、(ある点ではなく)組織または臓器で平均化され、関心のある放射線の質に重み付けされた吸収線量です。 これは放射線安全量であるため、比較的短期間に大量の吸収線量が照射される場合には、その使用は適切ではありません。 等価線量は次の式で与えられます。
コラボレー DT、R は、放射線 R による組織または臓器 T で平均化された吸収線量であり、 w R
は放射線加重係数です。 等価線量の単位は J kg-1. 等価線量の単位の特別な名前はシーベルト (Sv) です。
半減期. この量は、放射性核種サンプルの放射能が XNUMX/XNUMX に減少するのに必要な時間です。 同等に、これは、特定の放射性状態にある特定の数の原子核が XNUMX 分の XNUMX に減少するのに必要な時間です。 基本単位は秒ですが、通常は時間、日、年でも表されます。 特定の放射性核種の半減期 t½ は減衰定数 l に次のように関連しています。
線形エネルギー伝達. この量は、荷電粒子が物質を横切るときに単位長さあたりに物質に与えるエネルギーです。 正式には、
コラボレー L は線形エネルギー伝達です (別名 直線衝突阻止力) と de は、距離 d を移動する際に粒子によって失われる平均エネルギーです。l. 線形エネルギー伝達 (LET) の単位は J m-1.
平均寿命. この量は、電離放射線を放出してより低いエネルギー状態に変換される前に、核状態が存続する平均時間です。 基本単位は秒ですが、時間、日、または年で表すこともできます。 これは、減衰定数に次のように関連しています。
ここで、t は平均寿命、l は特定のエネルギー状態における特定の核種の崩壊定数です。
放射線加重係数. これは数字です w R これは、放射線 R の特定の種類とエネルギーに対して、低線量で確率的影響を誘発する際のその放射線の相対的な生物学的効果の値を表しています。 の値 w R は線形エネルギー伝達 (LET) に関連しており、表 1 に示されています。図 2 (次ページ) は、 w R および中性子の LET。
表 1. 放射線加重係数 wR
タイプとエネルギー範囲 |
wR 1 |
光子、すべてのエネルギー |
1 |
電子とミュー粒子、すべてのエネルギー2 |
1 |
中性子、エネルギー 10 keV |
5 |
10keVから100keV |
10 |
>100keV~2MeV |
20 |
>2MeV~20MeV |
10 |
>20 MeV |
5 |
反跳陽子以外の陽子、エネルギー >2 MeV |
5 |
アルファ粒子、核分裂片、重原子核 |
20 |
1 すべての値は、身体に入射する放射線、または内部線源の場合は線源から放出される放射線に関連しています。
2 DNAに結合した核から放出されるオージェ電子を除く。
相対的な生物学的効果 (RBE)。 あるタイプの放射線を別のタイプと比較した場合の RBE は、定義された生物学的エンドポイントと同程度の吸収線量の逆比率です。
図 2. 中性子の放射線加重係数 (滑らかな曲線は近似値として扱われます)
確率的生物学的効果. これは電離放射線によって引き起こされる生物学的影響であり、その発生確率は吸収線量の増加とともに増加し、おそらく閾値はありませんが、その重症度は吸収線量とは無関係です。 がんは、確率的生物学的影響の一例です。
組織加重係数 w T. これは、全身の均一な照射から生じるすべての確率的効果による全体的な損害に対する組織または器官 T の寄与を表します。 これが使用されるのは、等価線量による確率的影響の確率が、照射される組織または臓器に依存するためです。 全身にわたる一様な等価線量は、体のすべての組織および臓器の実効線量の合計と数値的に等しい実効線量を与えるはずです。 したがって、すべての組織加重係数の合計は 2 に正規化されます。 表 XNUMX は、組織加重係数の値を示しています。
表 2. 組織の重み係数 wT
組織または臓器 |
wT 1 |
生殖腺 |
0.20 |
骨髄(赤) |
0.12 |
コロン |
0.12 |
肺 |
0.12 |
胃 |
0.12 |
膀胱 |
0.05 |
胸 |
0.05 |
肝臓 |
0.05 |
食道 |
0.05 |
甲状腺 |
0.05 |
肌 |
0.01 |
骨の表面 |
0.01 |
残り |
0.052、3 |
1 この値は、男女同数で幅広い年齢層の参照母集団から作成されています。 実効線量の定義では、労働者、全人口、および性別に適用されます。
2 計算のために、残りは次の追加の組織と器官で構成されています: 副腎、脳、上部大腸、小腸、腎臓、筋肉、膵臓、脾臓、胸腺、および子宮。 リストには、選択的に照射される可能性が高い臓器が含まれています。 リストの一部の臓器は、がん誘発の影響を受けやすいことが知られています。
3 残りの組織または臓器の 0.025 つが、重み係数が指定されている 0.025 の臓器のいずれかの最高線量を超える等価線量を受ける例外的なケースでは、その組織に XNUMX の重み係数を適用する必要があります。または臓器であり、上で定義された残りの残りの平均線量に対して XNUMX の重み係数。
1895 年にレントゲンによって発見された後、X 線は病気の診断と治療に急速に導入されたため、まだ危険性を認識していなかった先駆的な放射線作業員が、ほとんど即座に過剰な放射線被ばくによる傷害に遭遇し始めました (Brown 1933)。 最初のそのような傷害は、主に初期の放射線装置で働いていた人の手の皮膚反応でしたが、1959年以内に、放射線に起因する最初の癌を含む、他の多くの種類の傷害も報告されました(Stone XNUMX)。
これらの初期の発見以来、電離放射線の生物学的影響の研究は、医学、科学、産業における放射線の使用の増加、ならびに原子力の平和的および軍事的応用から、継続的な推進力を受けてきました。 その結果、放射線の生物学的影響は、事実上他の環境要因よりも徹底的に調査されてきました。 放射線の影響に関する進化する知識は、放射線だけでなく、他の多くの環境災害から人間の健康を保護するための対策を形作ることに影響を与えてきました。
放射線の生体影響の性質とメカニズム
エネルギー蓄積. 他の形態の放射線とは対照的に、電離放射線は、相互作用する原子から電子を追い出すのに十分な局所エネルギーを蓄積することができます。 したがって、放射線が生細胞を通過する際に原子や分子とランダムに衝突すると、イオンやフリーラジカルが発生し、化学結合が壊れて、影響を受けた細胞を傷つける他の分子変化が引き起こされます。 電離事象の空間分布は、放射線加重係数に依存します。 w R (表 1 および図 1 を参照)。
表 1. 放射線加重係数 wR
タイプとエネルギー範囲 |
wR 1 |
光子、すべてのエネルギー |
1 |
電子とミュー粒子、すべてのエネルギー2 |
1 |
中性子、エネルギー <10 keV |
5 |
10keVから100keV |
10 |
>100keV~2MeV |
20 |
>2MeV~20MeV |
10 |
>20 MeV |
5 |
反跳陽子以外の陽子、エネルギー >2 MeV |
5 |
アルファ粒子、核分裂片、重原子核 |
20 |
1 すべての値は、身体に入射する放射線、または内部線源の場合は線源から放出される放射線に関連しています。
2 DNAに結合した核から放出されるオージェ電子を除く。
図1 電離放射線の組織透過力の違い
DNA への影響. 細胞内のどの分子も放射線によって変化する可能性がありますが、DNA は含まれる遺伝情報の冗長性が限られているため、最も重要な生物学的標的です。 平均的な分裂細胞を殺すのに十分な量の放射線の吸収線量 - 2 グレイ (Gy) - は、その DNA 分子に何百もの損傷を引き起こすのに十分です (Ward 1988)。 そのような病変のほとんどは修復可能ですが、一般に、密度の高い電離放射線 (たとえば、陽子またはアルファ粒子) によって生成された病変は、まばらな電離放射線 (たとえば、X 線またはガンマ線) によって生成された病変よりも修復可能性が低くなります (グッドヘッド 1988)。 したがって、高密度電離 (高 LET) 放射線は、通常、ほとんどの形態の損傷に対して、疎電離 (低 LET) 放射線よりも相対的な生物学的有効性 (RBE) が高くなります (ICRP 1991)。
遺伝子への影響. 修復されていないままの、または修復が不十分な DNA への損傷は、突然変異の形で表される可能性があり、その頻度は、線量の線形の非閾値関数として増加するように見えます。-5 10へ-6 Gyごとの軌跡ごと(NAS 1990)。 突然変異率が線量に比例するように見えるという事実は、単一の電離粒子による DNA の横断が、原則として、突然変異を引き起こすのに十分である可能性があることを意味すると解釈されます (NAS 1990)。 チェルノブイリ事故の犠牲者では、骨髄細胞におけるグリコフォリン変異の用量反応関係は、原爆被爆者で観察されたものと非常によく似ています (Jensen, Langlois and Bigbee 1995)。
染色体への影響. 遺伝子装置への放射線損傷はまた、染色体の数と構造の変化を引き起こす可能性があり、その頻度は、放射線作業員、原爆生存者、および電離放射線にさらされた他の人々の線量に応じて増加することが観察されています. ヒト血液リンパ球における染色体異常の用量反応関係 (図 2) は十分に特徴付けられているため、そのような細胞における異常の頻度は有用な生物学的線量計として役立つことができます (IAEA 1986)。
図 2. 線量、線量率、および in vitro 照射の質に関連するヒトリンパ球の二動原体染色体異常の頻度
細胞生存への影響. 照射に対する最も初期の反応の中に細胞分裂の阻害があり、これは照射後すぐに現れ、線量に応じて程度と期間の両方が変化します (図 3)。 有糸分裂の阻害は特徴的に一時的であるが、遺伝子や染色体への放射線損傷は、クラスとして非常に放射線感受性である分裂細胞にとって致命的である可能性がある(ICRP 1984)。 増殖能力に関して測定すると、分裂細胞の生存は線量の増加に伴って指数関数的に減少する傾向があり、生存集団を約 1% 減少させるには一般に 2 ~ 50 Gy で十分です (図 4)。
図 3. ラット角膜上皮細胞における X 線による有糸分裂阻害
図 4. X 線と高速中性子に曝露された哺乳類細胞の典型的な線量 - 生存曲線
組織への影響. 成熟した非分裂細胞は比較的放射線耐性がありますが、組織内の分裂細胞は放射線感受性であり、組織が萎縮する原因となる強力な照射によって十分な数が殺される可能性があります(図5)。 このような萎縮の速度は、影響を受けた組織内の細胞集団のダイナミクスに依存します。 つまり、肝臓や血管内皮などの遅い細胞代謝回転を特徴とする器官では、このプロセスは、骨髄、表皮、腸粘膜などの急速な細胞代謝回転を特徴とする器官よりも一般的にはるかに遅い(ICRP 1984)。 さらに、照射される組織の体積が十分に小さい場合、または線量が十分に徐々に蓄積される場合、生存細胞の代償的増殖によって損傷の重症度が大幅に低下する可能性があることは注目に値します。
図 5. 電離放射線の非確率的影響の病因における特徴的な一連の事象
損傷の臨床症状
効果の種類. 放射線の影響には、線量反応関係、臨床症状、タイミング、および予後が著しく異なる多種多様な反応が含まれます (Mettler and Upton 1995)。 効果は、便宜上、次の 1 つの大きなカテゴリに分けられることがよくあります。 (XNUMX) 遺伝 暴露された個人の子孫に発現する影響、および (2) 体性の ばく露された個人自身に表れる影響。 後者には、放射線照射後比較的すぐに発生する急性の影響と、数か月、数年、または数十年後まで現れない可能性がある癌などの後期(または慢性)の影響が含まれます。
急性の影響. 放射線の急性影響は、主に影響を受けた組織の前駆細胞の枯渇に起因し(図5)、多くのそのような細胞を殺すのに十分な量の線量によってのみ誘発されます(たとえば、表2). このため、そのような効果は次のように見なされます。 非確率的または 決定論的、自然界では (ICRP 1984 および 1991)、放射線の変異原性および発がん性の影響とは対照的に、 確率論的な 線量の線形非閾値関数として増加する個々の細胞のランダムな分子変化から生じる現象 (NAS 1990; ICRP 1991)。
表 2. さまざまな組織における臨床的に有害な非確率的影響に対する、従来の方法で分割された治療用 X 線照射のおおよその閾値線量
臓器 |
5歳での怪我 |
しきい値 |
ヌル |
肌 |
潰瘍、重度の線維症 |
55 |
100 cm2 |
口腔粘膜 |
潰瘍、重度の線維症 |
60 |
50 cm2 |
食道 |
潰瘍、狭窄 |
60 |
75 cm2 |
胃 |
潰瘍、穿孔 |
45 |
100 cm2 |
小腸 |
潰瘍、狭窄 |
45 |
100 cm2 |
コロン |
潰瘍、狭窄 |
45 |
100 cm2 |
直腸 |
潰瘍、狭窄 |
55 |
100 cm2 |
唾液腺 |
口腔乾燥症 |
50 |
50 cm2 |
肝臓 |
肝不全、腹水 |
35 |
全体 |
腎臓 |
腎硬化症 |
23 |
全体 |
膀胱 |
潰瘍、拘縮 |
60 |
全体 |
精巣 |
永続的な無菌性 |
5-15 |
全体 |
卵巣 |
永続的な無菌性 |
2-3 |
全体 |
子宮 |
壊死、穿孔 |
> 100 |
全体 |
膣 |
潰瘍、瘻孔 |
90 |
5 cm2 |
乳、子供 |
低形成 |
10 |
5 cm2 |
乳房、成人 |
萎縮、壊死 |
> 50 |
全体 |
肺 |
肺炎、線維症 |
40 |
ローブ |
毛細血管 |
毛細血管拡張症、線維症 |
50-60 |
s |
ハート |
心膜炎、汎心炎 |
40 |
全体 |
骨、子供 |
停止した成長 |
20 |
10 cm2 |
骨、成人 |
壊死、骨折 |
60 |
10 cm2 |
軟骨、子供 |
停止した成長 |
10 |
全体 |
軟骨、成体 |
壊死 |
60 |
全体 |
中枢神経系(脳) |
壊死 |
50 |
全体 |
脊髄 |
壊死、離断 |
50 |
5 cm2 |
眼 |
汎眼炎、出血 |
55 |
全体 |
角膜 |
角膜炎 |
50 |
全体 |
レンズ |
白内障 |
5 |
全体 |
イヤー(インナー) |
難聴 |
> 60 |
全体 |
甲状腺 |
甲状腺機能低下症 |
45 |
全体 |
副腎 |
副腎機能低下症 |
> 60 |
全体 |
下垂体 |
過食症 |
45 |
全体 |
筋肉・子供 |
低形成 |
20-30 |
全体 |
筋肉、成人 |
萎縮 |
> 100 |
全体 |
骨髄 |
低形成 |
2 |
全体 |
骨髄 |
発育不全、線維症 |
20 |
局部的な |
リンパ節 |
萎縮 |
33-45 |
s |
リンパ管 |
硬化症 |
50 |
s |
胎児 |
死 |
2 |
全体 |
* 被ばくした人の 1 ~ 5 パーセントに影響を与える用量。
出典: Rubin and Casarett 1972.
先駆的な放射線作業員や初期の放射線治療患者に蔓延していたタイプの急性損傷は、安全対策と治療方法の改善によって大幅に解消されました。 それにもかかわらず、今日の放射線治療を受けているほとんどの患者は、照射された正常組織の損傷をいまだに経験しています。 また、重大な放射線事故が相次いで発生しています。 たとえば、285 年から 1945 年の間にさまざまな国で約 1987 件の原子炉事故 (チェルノブイリ事故を除く) が報告され、1,350 人以上が被ばくし、そのうち 33 人が死亡した (Lushbaugh, Fry and Ricks 1987)。 チェルノブイリ事故だけでも、周辺地域から何万人もの人々と家畜を避難させるのに十分な放射性物質が放出され、200 人以上の救急隊員と消防士が放射線障害と火傷を負い、31 人が致命傷を負った (UNSCEAR 1988 )。 放出された放射性物質の長期的な健康への影響を確実に予測することはできませんが、非閾値線量-発生モデル(以下で説明)に基づく発がん性影響の結果として生じるリスクの推定値は、最大 30,000 人の追加のがんによる死亡が発生する可能性があることを示唆しています。事故の結果として、今後 70 年間の北半球の人口は減少するが、特定の国で追加される癌は、疫学的に検出するには少なすぎる可能性が高い (USDOE 1987)。
原子炉事故よりも壊滅的ではありませんが、はるかに多いのは、医療用および産業用のガンマ線源が関与する事故であり、負傷や人命の損失も引き起こしています。 例えば、137 年にブラジルのゴイアニアでセシウム 1987 放射線治療源が不適切に処分された結果、無防備な数十人の犠牲者が被ばくし、そのうち 1993 人が死亡した(UNSCEAR XNUMX)。
放射線障害の包括的な議論はこのレビューの範囲を超えていますが、より放射線感受性の高い組織の急性反応は広く関心を集めているため、以下のセクションで簡単に説明します.
肌. 表皮の胚層の細胞は放射線感受性が高い。 その結果、皮膚が 6 シーベルト以上の線量に急速に被ばくすると、被ばくした部分に紅斑(発赤)が生じます。これは 10 日ほどで現れ、通常は数時間続き、20 ~ 1984 週間後に発赤します。脱毛(脱毛)によるものと同様に、より深くより長期にわたる紅斑のXNUMXつまたは複数の波。 線量が XNUMX から XNUMX Sv を超えると、XNUMX 週間から XNUMX 週間以内に水ぶくれ、壊死、および潰瘍形成が起こり、その後、その下にある真皮と血管系の線維化が起こり、数か月または数年後に萎縮と潰瘍の第 XNUMX 波につながる可能性があります (ICRP XNUMX )。
骨髄およびリンパ組織. リンパ球も放射線感受性が高いです。 全身に急速に運ばれる 2 から 3 Sv の線量は、数時間以内に末梢リンパ球数を抑制し、免疫応答を損なうのに十分な数の細胞を殺すことができます (UNSCEAR 1988)。 骨髄中の造血細胞も同様に放射線感受性であり、3~XNUMX 週間以内に顆粒球減少症と血小板減少症を引き起こすのに匹敵する線量によって十分に枯渇します。 顆粒球および血小板数のこのような減少は、より大量の用量を投与すると、出血または致命的な感染症を引き起こすほど深刻である可能性があります (表 XNUMX)。
表 3. 急性放射線症候群の主な形態と特徴
経過時間 |
大脳形態 |
胃腸- |
造血形態 |
肺形態 |
初日 |
吐き気 |
吐き気 |
吐き気 |
吐き気 |
第二週 |
吐き気 |
|||
XNUMX番目からXNUMX番目 |
弱点 |
|||
XNUMX番目からXNUMX番目 |
咳 |
出典: UNSCEAR 1988。
腸. 小腸の内側を覆う上皮の幹細胞も非常に放射線感受性が高く、10 Sv に急性被ばくすると、その数が十分に枯渇し、その上にある腸絨毛が数日以内にむき出しになります (ICRP 1984; UNSCEAR 1988)。 粘膜の広い領域の裸化は、劇症で急速に致命的な赤痢様症候群を引き起こす可能性があります(表3).
生殖腺. 成熟した精子は大量の線量 (100 Sv) に耐えることができますが、精原細胞は放射線感受性が非常に高いため、両方の精巣に急速に照射される 0.15 Sv の量でも精子減少症を引き起こすのに十分であり、2 から 4 Sv の線量は永続的な不妊症を引き起こす可能性があります。 同様に、卵母細胞は放射線感受性であり、1.5 から 2.0 Sv の線量が両方の卵巣に急速に運ばれ、一時的な不妊症を引き起こし、それ以上の線量では永久的な不妊症を引き起こします。
気道. 肺は放射線感受性が高くありませんが、6 ~ 10 Sv の線量に急速に被ばくすると、1984 ~ 1988 か月以内に被ばく領域に急性肺炎が発生する可能性があります。 大量の肺組織が冒されると、その過程で数週間以内に呼吸不全になるか、数か月または数年後に肺線維症と肺性心につながる可能性があります (ICRP XNUMX; UNSCEAR XNUMX)。
目のレンズ. 生涯を通じて分裂を続ける水晶体の前上皮の細胞は、比較的放射線感受性が高い。 その結果、水晶体が 1 Sv を超える線量に急速にさらされると、数か月以内に顕微鏡的な後極混濁が形成される可能性があります。 2 回の短時間の被ばくで 3 ~ 5.5 Sv、または数か月にわたって蓄積された 14 ~ 1984 Sv は、視力を損なう白内障を引き起こす可能性があります (ICRP XNUMX)。
その他の組織. 上記の組織と比較して、体の他の組織は一般に放射線感受性がかなり低い(例えば、表 2)。 ただし、以下で説明するように、胚は注目すべき例外を構成します。 注目に値するのは、組織が急速に成長している状態にあるとき、あらゆる組織の放射線感受性が増加するという事実です (ICRP 1984)。
全身放射線障害. 体の大部分が 1 Gy を超える線量に急速に被ばくすると、 急性放射線症候群. この症候群には、(1) 倦怠感、食欲不振、悪心および嘔吐を特徴とする初期の前駆段階、(2) その後の潜伏期間、(3) 病気の第 4 (主要) 段階、および (3) 最終的に回復または回復のいずれかが含まれます。死(表1)。 病気の主な段階は、通常、放射線損傷の優勢な場所に応じて、(2) 血液、(3) 胃腸、(4) 脳、または (3) 肺のいずれかの形態をとります (表 XNUMX)。
局所放射線障害. 通常劇的で迅速な急性全身放射線障害の臨床症状とは異なり、外部放射線源または内部沈着放射性核種からの急激な局所照射に対する反応は、ゆっくりと進行し、症状や徴候をほとんど引き起こさない傾向があります。ただし、照射する組織の体積および/または線量が比較的大きい場合を除きます (たとえば、表 3)。
放射性核種の影響. 一部の放射性核種 - たとえば、トリチウム (3H)、炭素-14 (14C) およびセシウム-137 (137Cs) - 全身に分布し、体全体を照射する傾向があるのに対し、他の放射性核種は特徴的に取り込まれ、特定の臓器に集中し、それに応じて局所的な損傷を引き起こします。 ラジウム (Ra) とストロンチウム-90
(90Sr) は、例えば、主に骨に沈着するため、主に骨格組織を損傷しますが、放射性ヨウ素は、結果として生じる損傷の主要部位である甲状腺に集中します (Stannard 1988; Mettler and Upton 1995)。
発がん作用
一般的な機能. 電離放射線の発がん性は、今世紀初頭に先駆的な放射線作業員の皮膚がんと白血病の発生によって最初に明らかにされた (Upton 1986) 以来、ラジウム文字盤の画家における多くの種類の新生物の線量依存性の過剰によって広く記録されてきた.地下硬岩鉱山労働者、原爆生存者、放射線治療患者、実験的に放射線を照射された実験動物 (Upton 1986; NAS 1990)。
放射線照射によって引き起こされる良性および悪性の成長は、特徴的に、出現するまでに数年または数十年かかり、他の原因によって生成されたものと区別できる既知の特徴を示しません。 さらに、いくつかの例外を除いて、それらの誘発は比較的大きな線量当量 (0.5 Sv) の後にのみ検出可能であり、それは新生物の種類や被ばく者の年齢と性別によって異なります (NAS 1990)。
メカニズム. 放射線発がんの分子メカニズムはまだ詳細に解明されていませんが、実験動物や培養細胞では、実験条件に応じて、放射線の発がん効果には、腫瘍の開始効果、促進効果、および腫瘍の進行に対する効果が含まれていることが観察されています。質問(NAS 1990)。 この効果には、すべてではないにしても多くの例で、癌遺伝子の活性化および/または癌抑制遺伝子の不活性化または損失も含まれているようです。 さらに、放射線の発がん作用は、ホルモン、栄養変数、およびその他の修飾因子によって同様に変更可能であるという点で、化学発がん物質の影響に似ています (NAS 1990)。 さらに、放射線の影響は、特定の化学物質や問題の曝露条件に応じて、化学発がん物質の影響と相加的、相乗的、または相互に拮抗する可能性があることは注目に値します (UNSCEAR 1982 および 1986)。
用量効果関係. 既存のデータは、あらゆるタイプの新生物について線量と発生率の関係を明確に記述したり、被ばくした集団で成長のリスクが照射後どのくらいの期間上昇したままであるかを定義するには十分ではありません. したがって、低レベルの被ばくに起因するリスクは、そのようなパラメータに関する仮定を組み込んだモデルに基づく外挿によってのみ推定できます (NAS 1990)。 低レベル被ばくのリスクを推定するために使用されてきたさまざまな線量効果モデルのうち、利用可能なデータに最も適していると判断されたモデルは次の形式です。
コラボレー R0 特定の種類のがんによる死亡の年齢別背景リスクを示し、 D 放射線量、 f(D) 白血病の場合は線形二次であり、他の種類の癌の場合は線形である線量の関数、および g(b) は、性別、暴露時の年齢、暴露後の時間などの他のパラメータに依存するリスク関数です (NAS 1990)。
このタイプの非閾値モデルは、日本の原爆生存者やその他の放射線被ばく集団からの疫学データに適用され、さまざまな形態の放射線誘発がんの生涯リスクの推定値を導き出しています(たとえば、表 4)。 しかし、実験動物を使った実験でX線とガンマ線の発がん性が示されているため、少量の線量または数週間、数か月、または数年にわたって蓄積された線量に起因するがんのリスクを予測しようとする際には、このような推定値を慎重に解釈する必要があります。ばく露が大幅に延長されると、1990 桁も減少します。 実際、他の場所で強調されているように (NAS XNUMX)、利用可能なデータはミリシーベルト (mSv) の線量当量範囲に閾値があり、それ以下では放射線が発がん性を欠く可能性がある可能性を排除していません。
表 4. 0.1 Sv の急速照射に起因するがんの推定生涯リスク
がんの種類または部位 |
100,000 人あたりのがん死亡数の超過 |
|
(番号。) |
(%)* |
|
胃 |
110 |
18 |
肺 |
85 |
3 |
コロン |
85 |
5 |
白血病(CLLを除く) |
50 |
10 |
膀胱 |
30 |
5 |
食道 |
30 |
10 |
胸 |
20 |
1 |
肝臓 |
15 |
8 |
生殖腺 |
10 |
2 |
甲状腺 |
8 |
8 |
骨肉腫 |
5 |
5 |
肌 |
2 |
2 |
残り |
50 |
1 |
トータル |
500 |
2 |
* 照射を受けていない集団の「バックグラウンド」期待値の増加率。
出典: ICRP 1991.
また、集計された推定値は母集団の平均に基づいており、必ずしも特定の個人に適用できるわけではないことも注目に値します。 つまり、特定の種類のがん (甲状腺がんや乳がんなど) に対する感受性は、成人よりも子供の方がかなり高く、特定のがんに対する感受性は、網膜芽細胞腫や母斑などの遺伝性疾患に関連して増加します。基底細胞癌症候群 (UNSCEAR 1988、1994; NAS 1990)。 このような感受性の違いにもかかわらず、以前に被ばくした人に発生したがんが問題の被ばくによって引き起こされた可能性を測定するための基礎として、補償の場合に使用するために人口ベースの推定が提案されています (NIH 1985)。
低線量リスク評価. 放射線への低レベル被ばくによるがんのリスクが、上記の推定値で予測された方法で実際に線量に応じて変化するかどうかを確認するための疫学的研究は、これまでのところ決定的ではありません. 自然バックグラウンド放射線レベルが高い地域に住んでいる集団は、明確に起因するがん発生率の増加を示していません (NAS 1990; UNSCEAR 1994)。 逆に、いくつかの研究では、バックグラウンド放射線レベルとがん発生率との間に反比例の関係があることさえ示唆されており、一部の観察者は、これを低レベル放射線照射の有益な (またはホルメティック) 効果の存在の証拠として解釈しており、適応反応と一致しています。特定の細胞システムの (UNSCEAR 1994)。 しかし、交絡変数の効果を制御した後も持続しなかったため、逆相関は疑わしい重要性を持っています (NAS 1990)。 同様に、今日の放射線作業員では、地下の硬岩鉱山労働者の特定のコホートを除いて (NAS 1994; Lubin、Boice、および Edling 1994)、放射線防護の進歩のおかげで、白血病以外のがんの発生率はもはや検出可能なほど増加していません (UNSCEAR 1994)。 さらに、そのような労働者の白血病の発生率は、上に示した推定値と一致しています (IARC 1994)。 したがって、要約すると、現在入手可能なデータは、上記の推定値 (表 4) と一致しており、これは、一般集団のがんの 3% 未満が自然バックグラウンド放射線に起因することを示唆しています (NAS 1990; IARC 1994)。肺がんの最大 10% は屋内ラドンに起因する可能性があります (NAS 1990; Lubin、Boice、および Edling 1994)。
1954 年のビキニでの熱核兵器実験からの高レベルの放射性降下物は、小児期に甲状腺に大量の線量を受けたマーシャル諸島民の甲状腺がんの頻度を線量依存的に増加させることが観察されています (Robbins and Adams 1989)。 同様に、チェルノブイリ事故で放出された放射性核種によって汚染されたベラルーシとウクライナの地域に住む子供たちは、甲状腺がんの発生率が高いことが報告されています (Prisyazhuik, Pjatak and Buzanov 1991; Kasakov, Demidchik and Astakhova 1992)。これは、チェルノブイリ周辺のより重度に汚染された地域に住む子供たちに良性または悪性の甲状腺結節が過剰に認められなかった国際チェルノブイリ プロジェクトのものとは異なります (Mettler, Williamson and Royal 1992)。 この不一致の根拠と、報告された超過が監視の強化のみに起因する可能性があるかどうかは、まだ決定されていません。 これに関連して、1950 年代にネバダ州で行われた核兵器実験の放射性降下物にさらされたユタ州南西部とネバダ州の子供たちが、あらゆる種類の甲状腺がんの頻度の増加を示したことは注目に値します (Kerber et al. 1993)。そして急性白血病の有病率は、1952 年から 1957 年の間、放射性降下物に最もさらされた時期に亡くなった子供たちで上昇しているように見える (Stevens et al. 1990)。
英国の原子力発電所の近くに住む子供たちの間で白血病が過剰に発生したのは、原発から放出された放射能が原因である可能性も示唆されています. しかし、放出はそのような子供たちの総放射線量を 2% 未満しか増加させなかったと推定されており、このことから、他の説明がより可能性が高いと推測されます (Doll, Evans and Darby 1994)。 観察された白血病クラスターの効果のない病因論は、核施設を欠いている英国のサイトでの小児白血病の匹敵する過剰の存在によって暗示されているが、それ以外の点では、最近同様に大量の人口流入を経験した核サイトに似ている(Kinlen 1988; Doll 、Evans and Darby 1994)。 別の仮説、つまり、問題の白血病は、罹患した子供の父親の職業上の放射線照射によって引き起こされた可能性があるという仮説も、症例対照研究の結果によって示唆されています (Gardner et al. 1990)。通常、次のセクションで説明する理由により割引されます。
遺伝的影響
放射線照射の遺伝的影響は、他の生物では十分に実証されていますが、ヒトではまだ観察されていません。 例えば、日本の原爆生存者の 76,000 人以上の子供を対象に 1990 年以上にわたって実施された集中的な研究では、この集団における放射線の遺伝的影響は明らかにされていません。染色体再編成、性染色体異数性、血清または赤血球タンパク質表現型の変化、性比の変化、または成長と発達の障害 (Neel、Schull、および Awa 1990)。 したがって、放射線の遺伝的影響のリスクの推定は、実験用マウスやその他の実験動物での発見からの外挿に大きく依存しなければならない (NAS 1993; UNSCEAR XNUMX)。
利用可能な実験データと疫学データから、ヒト生殖細胞の遺伝性突然変異率を 1.0 倍にするのに必要な線量は、少なくとも 1990 Sv でなければならないと推測されます (NAS 1993; UNSCEAR 1)。 これに基づいて、人間集団におけるすべての遺伝的に決定された疾患の 5% 未満が自然バックグラウンド照射に起因すると推定されます (表 XNUMX)。
表 5. 自然バックグラウンド電離放射線に起因する遺伝性疾患の推定頻度
障害の種類 |
自然発生率 |
自然の背景からの貢献 |
|
初代 |
平衡 |
||
常染色体 |
180,000 |
20-100 |
300 |
X リンク |
400 |
<1 |
<15 |
劣性 |
2,500 |
<1 |
非常に遅い増加 |
染色体 |
4,400 |
<20 |
非常に遅い増加 |
先天性 |
20,000-30,000 |
30 |
30-300 |
複雑な病因の他の障害: |
|||
心臓病 |
600,000 |
推定しない4 |
推定しない4 |
癌 |
300,000 |
推定しない4 |
推定しない4 |
選択されたその他 |
300,000 |
推定しない4 |
推定しない4 |
1 » 1 ミリシーベルト/年、または » 30 ミリシーベルト/世代 (30 年) に相当します。
2 値は四捨五入。
3 数百世代後、好ましくない放射線誘発突然変異の追加は、最終的に集団からのそれらの喪失によってバランスが取れ、遺伝的「平衡」をもたらします.
4 示された疾患の変異要素に関する不確実性のため、定量的なリスク推定値が不足しています。
出典: National Research Council 1990.
シースケールの村に住む若者の過剰な白血病と非ホジキンリンパ腫は、セラフィールド原子力施設での子供たちの父親の職業上の被ばくによって引き起こされた遺伝性の発がん性の影響によるものであるという仮説が、ある事例の結果によって示唆されています。上記のように、対照研究 (Gardner et al. 1990)。 ただし、この仮説に対する反論は次のとおりです。
したがって、結局のところ、入手可能なデータは、父方の性腺照射仮説を支持するものではありません (Doll, Evans and Darby 1994; Little, Charles and Wakeford 1995)。
出生前照射の影響
放射線感受性は出生前の生涯を通じて比較的高いが、被ばく時の胚または胎児の発達段階に応じて、一定の線量の影響は著しく異なる(UNSCEAR 1986)。 着床前の期間中、胚は照射による殺傷の影響を最も受けやすく、器官形成の重要な段階では、奇形やその他の発達障害の誘発を受けやすい(表6)。 後者の影響は、重度の精神遅滞の頻度が用量依存的に増加し(図6)、第1986週から第1993週の間に被爆した原爆被爆者のIQテストのスコアが用量依存的に低下することによって劇的に例示されている(そして、 XNUMX 週目から XNUMX 週目までの間) (UNSCEAR XNUMX および XNUMX)。
表 6. 出生前被ばくによって生じる主な発達異常
脳 |
||
無脳症 |
有脳症 |
小頭症* |
大脳腔 |
モンゴル主義* |
髄質の減少 |
脳萎縮 |
精神遅滞* |
神経芽細胞腫 |
狭い水道橋 |
水頭症* |
心室の拡張* |
脊髄異常* |
脳神経異常 |
|
視線 |
||
無眼球症 |
小眼球症* |
小角膜* |
コロボーマ* |
変形虹彩 |
レンズの不在 |
網膜の欠如 |
まぶたを開く |
斜視* |
眼振* |
網膜芽細胞腫 |
遠視 |
緑内障 |
白内障* |
失明 |
脈絡網膜炎* |
部分的白皮症 |
アンキロブレファロン |
スケルトン |
||
一般的な発育阻害 |
頭蓋骨の縮小 |
頭蓋骨の奇形* |
頭部骨化欠陥* |
アーチ型の頭蓋 |
ナローヘッド |
頭蓋水疱 |
口蓋裂* |
漏斗胸 |
股関節脱臼 |
脊髄二分脊椎 |
変形した尻尾 |
変形した足 |
内反尖足* |
デジタル異常* |
外反踵骨 |
歯形成不全症* |
脛骨外骨腫 |
アメラニン形成* |
強膜壊死 |
|
その他 |
||
逆位置 |
水腎症 |
尿管 |
ハイドロコエレ |
腎臓の欠如 |
性腺異常* |
先天性心疾患 |
顔の奇形 |
下垂体障害 |
耳の奇形 |
運動障害 |
皮膚壊死 |
筋節壊死 |
皮膚色素沈着の異常 |
* これらの異常は、出生前に大量の放射線に被曝したヒトで観察されており、暫定的に被曝が原因であるとされています。
出典: Brill and Forgotson 1964.
症例対照研究で報告された小児がん(白血病を含む)と診断用X線への出生前被ばくとの関連から判断すると、放射線の発がん性影響に対する感受性も、出生前の期間を通じて比較的高いように思われる(NAS 1990)。 そのような研究の結果は、出生前の被ばくが白血病やその他の小児がんのリスクを Sv あたり 4,000% 増加させる可能性があることを示唆しています (UNSCEAR 1986; NAS 1990)。 NAS 1988)。 逆説的ですが、出生前に被曝した原爆被爆者では過剰な小児がんは記録されていませんが (Yoshimoto et al. 1990)、上記のように、問題の程度の過剰を除外するにはそのような被爆者は少なすぎました。
図 6. 出生前に被曝した原爆被爆者の放射線量と重度の精神遅滞の頻度
まとめと結論
電離放射線が人間の健康に及ぼす悪影響は、急速に致命的な損傷を与えるものから、数か月、数年、または数十年後に現れる癌、先天性欠損症、遺伝性疾患に至るまで、多岐にわたります。 影響の性質、頻度、重症度は、問題の放射線の質だけでなく、線量と被ばく条件にも依存します。 そのような影響のほとんどは、比較的高レベルの被ばくを必要とするため、事故の犠牲者、放射線治療患者、またはその他の重度の被ばくを受けた人にのみ発生します。 対照的に、電離放射線の遺伝毒性および発がん作用は、線量の線形非閾値関数として頻度が増加すると推定される。 したがって、これらの影響のしきい値の存在を排除することはできませんが、その頻度は暴露レベルに応じて増加すると想定されます。 放射線のほとんどの影響について、曝露された細胞の感受性は、増殖速度と逆に分化の程度によって異なり、胚と成長中の子供は特に損傷を受けやすい.
電離放射線の種類
アルファ粒子
アルファ粒子は、4 つの陽子と XNUMX つの中性子が密に結合した集合体です。 これは、ヘリウム XNUMX (4彼)核。 実際、運動エネルギーのほとんどを失った後の最終的な運命は、XNUMX つの電子を捕獲してヘリウム原子になることです。
アルファ線を放出する放射性核種は、一般に比較的重い原子核です。 ほとんどすべてのアルファエミッターは、鉛の原子番号以上の原子番号を持っています (82鉛)。 原子核がアルファ粒子を放出して崩壊すると、原子番号 (陽子の数) と中性子の数の両方が 238 減少し、原子質量番号は XNUMX 減少します。 たとえば、ウラン XNUMX のアルファ崩壊 (238U) トリウム-234 (234Th) は次のように表されます。
左の上付き文字は原子質量数 (陽子と中性子の数)、左の下付き文字は原子番号 (陽子の数)、右の下付き文字は中性子の数です。
一般的なアルファ エミッターは、運動エネルギーが約 4 ~ 5.5 MeV のアルファ粒子を放出します。 このようなアルファ粒子の空気中の範囲は、約 5 cm 以下です (図 1 を参照)。 表皮 (皮膚の保護層、厚さ 7.5 mm) を貫通するには、少なくとも 0.07 MeV のエネルギーを持つアルファ粒子が必要です。 通常、アルファ エミッターは外部放射線の危険をもたらしません。 体内に取り込まれた場合にのみ危険です。 アルファ粒子は短い距離にエネルギーを蓄積するため、線形エネルギー伝達 (LET) 放射が大きく、放射加重係数が大きくなります。 通常、 w R= 20。
図 1. 15 m と 760 m での空気中のスロー アルファ粒子の範囲エネルギー放射
ベータ粒子
ベータ粒子は非常にエネルギーの高い電子または陽電子です。 (陽電子は電子の反粒子です。陽電子は、電子とまったく同じ大きさであるが正である電荷を除いて、電子と同じ質量と他のほとんどの特性を持っています。) ベータ放出放射性核種は、原子量が大きいか小さいか。
ほぼ同じ原子質量数の安定核種と比較して過剰な陽子を持つ放射性核種は、核内の陽子が中性子に変換されるときに崩壊する可能性があります。 これが起こると、原子核は陽電子と、ニュートリノと呼ばれる非常に軽く相互作用の少ない粒子を放出します。 (ニュートリノとその反粒子は、放射線防護には関係ありません。) 運動エネルギーのほとんどを放棄すると、陽電子は最終的に電子と衝突し、両方とも消滅します。 生成される消滅放射線は、ほとんどの場合、0.511 度離れた方向に移動する 180 つの XNUMX keV (キロ電子ボルト) の光子です。 典型的な陽電子崩壊は次のように表されます。
ここで、陽電子はβで表されます+ nによるニュートリノ。 結果として得られる核種は、元の核種よりも原子質量数が同じで、原子 (陽子) 番号が XNUMX つ大きく、中性子数が XNUMX つ小さいことに注意してください。
電子捕獲は陽電子崩壊と競合します。 電子捕獲崩壊では、原子核が軌道電子を吸収してニュートリノを放出します。 典型的な電子捕獲減衰は次の式で与えられます。
結果として得られる核が最初の核よりも低い総エネルギーを持つ場合、電子捕獲は常に可能です。 ただし、陽電子崩壊では、初期の総エネルギーが 原子 は結果のそれよりも大きい 原子 1.02 MeV 以上 (陽電子の静止質量エネルギーの XNUMX 倍)。
陽電子および電子捕獲崩壊と同様に、ネガトロン (β–) 崩壊は、ほぼ同じ原子質量数の安定原子核と比較して過剰な中性子を持つ原子核で発生します。 この場合、原子核はネガトロン(エネルギー電子)と反ニュートリノを放出します。 典型的なネガトロン崩壊は次のように表されます。
ここで、ネガトロンはβで表されます– そして反ニュートリノ by`n ここで、結果として生じる原子核は、XNUMX つの陽子を犠牲にして XNUMX つの中性子を獲得しますが、再びその原子質量数を変更しません。
アルファ崩壊は二体反応であるため、アルファ粒子は離散的な運動エネルギーで放出されます。 ただし、ベータ崩壊は三体反応であるため、ベータ粒子はエネルギーのスペクトルにわたって放出されます。 スペクトルの最大エネルギーは、崩壊する放射性核種に依存します。 スペクトルの平均ベータ エネルギーは、最大エネルギーの約 2 分の XNUMX です (図 XNUMX を参照)。
図 2. から放出されるネガトロンのエネルギー スペクトル 32P
トリチウムの典型的な最大ベータエネルギー範囲は 18.6 keV (3H) から 1.71 MeV のリン-32 (32P)。
空気中のベータ粒子の範囲は、運動エネルギー MeV あたり約 3.65 m です。 表皮を貫通するには、少なくとも 70 keV のエネルギーのベータ粒子が必要です。 ベータ粒子は低 LET 放射線です。
ガンマ線
ガンマ線は、原子核が高エネルギー状態から低エネルギー状態に遷移するときに放出される電磁放射線です。 このような遷移では、原子核内の陽子と中性子の数は変化しません。 核は、以前のアルファまたはベータ崩壊に続いて、より高いエネルギー状態のままになっている可能性があります。 つまり、ガンマ線は、アルファ崩壊またはベータ崩壊の直後に放出されることがよくあります。 ガンマ線は、原子核による中性子捕獲と亜原子粒子の非弾性散乱からも発生する可能性があります。 最もエネルギーの高いガンマ線は宇宙線で観測されています。
図 3 は、コバルト 60 の崩壊スキームの写真です (60株式会社)。 これは、ニッケル 60 で放出された XNUMX つのガンマ線のカスケードを示しています (60Ni) のベータ崩壊に続く 1.17 MeV と 1.33 MeV のエネルギーを持つ 60株式会社
図 3. の放射性崩壊スキーム 60Co
図 4 は、モリブデン 99 の崩壊スキームの写真です (99モ)。 結果のテクネチウム-99 (99Tc) 原子核は非常に長い間続く励起状態を持っています (t½ = 6時間)。 このように励起された原子核を 異性体. ほとんどの励起核状態の半減期は、数ピコ秒 (ps) から 1 マイクロ秒 (μs) の間です。
図 4. の放射性崩壊スキーム 99Mo
図 5 は、ヒ素 74 の崩壊スキームの写真です (74として)。 これは、いくつかの放射性核種が複数の方法で崩壊することを示しています。
図 5. の放射性崩壊スキーム 74として、ネガトロン放出、陽電子放出、および電子捕獲の競合するプロセスを示す(m0 は電子の静止質量)
アルファ粒子とベータ粒子は物質内で明確な範囲を持ちますが、ガンマ線は物質を通過するときに指数関数的に減衰します (物質内での散乱による蓄積は無視されます)。 ビルドアップを無視できる場合、ガンマ線の減衰は次の式で与えられます。
コラボレー I(x) 距離の関数としてのガンマ線強度 x μ は質量減衰係数です。 質量減衰係数は、ガンマ線エネルギーと、ガンマ線が相互作用する物質に依存します。 質量減衰係数の値は、多くの参考文献で表にされています。 図 6 は、形状が良好な状態での物質中のガンマ線の吸収を示しています (ビルドアップは無視できます)。
図 6. 形状が良好な条件下での Al および Pb における 667 keV ガンマ線の減衰 (破線は多重エネルギー光子ビームの減衰を表す)
ビルドアップは、広いガンマ線ビームが物質と相互作用するときに発生します。 材料内のポイントで測定された強度は、直接ビームの側面から測定装置にガンマ線が散乱するため、期待される「良好な形状」(狭いビーム) の値に比べて増加します。 ビルドアップの程度は、ビームの形状、材料、およびガンマ線のエネルギーに依存します。
内部変換は、原子核がより高いエネルギー状態からより低いエネルギー状態に変化するときに、ガンマ線放出と競合します。 内部変換では、原子核がガンマ線を放出する代わりに、内部軌道電子が原子から放出されます。 放出された電子は直接電離しています。 放出された電子によって残された空孔を埋めるために、外側の軌道電子がより低い電子エネルギー準位に落ちると、原子は X 線を放出します。 ガンマ放出確率に対する内部変換確率は、原子番号の増加とともに増加します。
X線
X線は電磁波であり、ガンマ線と同じです。 X線とガンマ線の違いはその起源です。 ガンマ線は原子核で発生しますが、X 線は電子の相互作用によって発生します。 X線はガンマ線よりもエネルギーが低いことが多いですが、これはそれらを区別するための基準ではありません. 放射性崩壊によるガンマ線よりもはるかに高いエネルギーを持つ X 線を生成することができます。
前述の内部変換は、X 線生成の XNUMX つの方法です。 この場合、結果として生じる X 線は、軌道電子が遷移するエネルギー準位の差に等しい離散エネルギーを持ちます。
荷電粒子は、加速または減速するたびに電磁放射を放出します。 放出される放射線の量は、粒子の質量の XNUMX 乗に反比例します。 その結果、他のすべての条件が同じであれば、電子は陽子などのより重い粒子よりもはるかに多くの x 放射線を放出します。 X 線システムは、数 kV または MV の大きな電位差にわたって電子を加速することによって X 線を生成します。 その後、電子はタングステン (W) などの高密度で耐熱性のある材料内で急速に減速されます。
このようなシステムから放出される X 線は、約ゼロから減速前の電子が持つ最大運動エネルギーまでの範囲のスペクトルに広がるエネルギーを持っています。 この連続スペクトルに重ね合わされることが多いのは、離散エネルギーの X 線です。 それらは、減速する電子がターゲット材料をイオン化するときに生成されます。 イオン化後に残った空孔を埋めるために他の軌道電子が移動すると、内部変換後に X 線が放出されるのと同様に、離散エネルギーの X 線を放出します。 という 特性 X 線は、ターゲット (アノード) 材料の特性であるためです。 典型的な X 線スペクトルについては、図 7 を参照してください。 図 8 は、典型的な X 線管を示しています。
図 7. 電子が W の K 殻の穴を埋めるときに生成される特性 X 線の寄与を示す X 線スペクトル (X 線の波長はそのエネルギーに反比例します)
X 線は、ガンマ線と同じように物質と相互作用しますが、単純な指数関数的減衰方程式は、連続的なエネルギー範囲での X 線の減衰を適切に表していません (図 6 を参照)。 ただし、低エネルギーの X 線は、材料を通過するときに高エネルギーの X 線よりも急速にビームから除去されるため、減衰の記述は指数関数に近づきます。
図 8. 固定陽極と加熱フィラメントを備えた単純化された X 線管
中性子
一般に、自然放射性崩壊の直接的な結果として中性子が放出されることはありません。 それらは核反応中に生成されます。 原子炉は大量の中性子を生成しますが、粒子加速器や (α, n) 線源と呼ばれる特殊な中性子源も中性子を生成できます。
原子炉は、核燃料中のウラン (U) 原子核が分裂または核分裂するときに中性子を生成します。 実際、原子炉内で核分裂を維持するには、中性子の生成が不可欠です。
粒子加速器は、陽子や電子などの荷電粒子を高エネルギーに加速して中性子を生成し、ターゲット内の安定した原子核に衝突させます。 中性子は、そのような核反応から生じる可能性のある粒子の XNUMX つにすぎません。 たとえば、次の反応では、重水素イオンを加速してベリリウム ターゲットに衝突させるサイクロトロンで中性子が生成されます。
ベリリウムと混合されたアルファ放射体は、持ち運び可能な中性子源です。 これらの (α, n) 源は、反応によって中性子を生成します。
アルファ粒子の発生源は、ポロニウム 210 (210ポ)、
プルトニウム-239 (239Pu) およびアメリシウム-241 (241午前)。
中性子は一般に、表 1 に示すように、そのエネルギーに従って分類されます。
表1 運動エネルギーによる中性子の分類
タイプ |
エネルギー範囲 |
スローまたはサーマル |
0~0.1keV |
中級 |
0.1~20keV |
尊大 |
20keV~10MeV |
高エネルギー |
>10 MeV |
中性子と物質の相互作用には多くの可能なモードが存在しますが、放射線の安全性を目的とした XNUMX つの主なモードは、弾性散乱と中性子捕獲です。
弾性散乱は、高エネルギー中性子が熱エネルギーに還元される手段です。 高エネルギー中性子は、主に弾性散乱によって相互作用し、通常、核分裂を引き起こしたり、中性子捕獲によって放射性物質を生成したりしません。 後者のタイプの相互作用を主に担うのは熱中性子です。
弾性散乱は、中性子が原子核と相互作用し、エネルギーが減少して跳ね返るときに発生します。 相互作用する核は、中性子が失う運動エネルギーを吸収します。 このように励起された後、原子核はすぐにこのエネルギーをガンマ線として放出します。
中性子が最終的に熱エネルギーに達すると (中性子がその環境と熱平衡状態にあるため)、ほとんどの原子核に容易に捕捉されます。 電荷を持たない中性子は、陽子のように正に帯電した原子核によって反発されません。 熱中性子が原子核に接近し、数 fm のオーダで強い原子核力の範囲内に入ると (fm = 10-15 メートル)、核は中性子を捕獲します。 結果は、光子または他の粒子を放出する放射性核になる可能性があります。 235Uと 239Pu、捕獲核はXNUMXつの小さな核とより多くの中性子に分裂することができます.
運動学の法則は、弾性散乱媒体が多数の軽い原子核を含む場合、中性子がより急速に熱エネルギーに到達することを示しています。 軽い原子核から跳ね返る中性子は、重い原子核から跳ね返る場合よりもはるかに多くの運動エネルギーを失います。 このため、中性子を減速させるには、水と水素含有物質が最適な遮蔽材料です。
中性子の単一エネルギー ビームは、材料内で指数関数的に減衰し、上記の光子の式と同様の式に従います。 与えられた原子核と相互作用する中性子の確率は、次の量で表されます。 断面. 断面には面積の単位があります。 断面の特別な単位は 納屋 (b) 以下によって定義される:
ガンマ線とX線を伴わずに中性子を生成することは非常に困難です。 一般に、中性子が存在する場合、高エネルギー光子も存在すると考えられます。
電離放射線源
原始放射性核種
原始放射性核種は、その半減期が地球の年齢に匹敵するため、自然界に存在します。 表 2 に、最も重要な原始放射性核種を示します。
表 2. 原始放射性核種
放射性同位元素 |
半減期 (109 Y) |
存在量 (%) |
238U |
4.47 |
99.3 |
232Th |
14.0 |
100 |
235U |
0.704 |
0.720 |
40K |
1.25 |
0.0117 |
87Rb |
48.9 |
27.9 |
ウランとトリウムの同位体は、結果として自然界にも存在する子孫放射性同位体の長い鎖の先頭に立っています。 図 9 AC は、 232あ、 238Uと 235U、それぞれ。 アルファ崩壊は原子質量数 205 以上で一般的であり、アルファ粒子の原子質量数は 4 であるため、重原子核には 9 つの異なる崩壊連鎖があります。 これらのチェーンの XNUMX つ (図 XNUMX、D を参照)、 237Np、自然界には存在しません。 これは、原始放射性核種が含まれていないためです (つまり、この鎖には地球の年齢に匹敵する半減期を持つ放射性核種はありません)。
図 9. 崩壊系列 (Z = 原子番号、N = 原子質量番号)
ラドン (Rn) 同位体が各鎖に存在することに注意してください (219るん、 220Rnと 222Rn)。 Rn は気体であるため、Rn が生成されると、それが形成されたマトリックスから大気中に放出される可能性があります。 しかし、半減期は 219Rn は短すぎて、かなりの量が呼吸ゾーンに到達できません。 の比較的短い半減期 220Rn は通常、Rn よりも健康被害の懸念が少なくなります。 222Rn.
Rn を含まない、体外の原始放射性核種は、平均で約 0.3 mSv の年間実効線量を人口に提供します。 実際の年間実効線量は大きく異なり、主にその地域の土壌中のウランとトリウムの濃度によって決定されます。 モナザイト砂が普通に見られる世界のいくつかの地域では、人口のメンバーに対する年間実効線量は約 20 mSv にもなります。 サンゴ環礁や海岸近くなどの他の場所では、この値は 0.03 mSv と低い場合があります (図 9 を参照)。
ラドンは通常、他の自然発生する地上放射性核種とは別に考えられています。 土壌から空気中に浸透します。 空気中の Rn は、Po、ビスマス (Bi)、および Pb の放射性同位体にさらに崩壊します。 これらの子孫放射性核種は、吸い込まれて肺に閉じ込められる可能性のある粉塵粒子に付着します。 アルファ放射体であるため、放射線エネルギーのほとんどすべてを肺に送ります。 このような被ばくによる年間平均肺等価線量は約 20 mSv であると推定されています。 この肺等価線量は、約 2 mSv の全身実効線量に匹敵します。 明らかに、Rn とその派生放射性核種は、バックグラウンド放射線の実効線量に最も大きく寄与しています (図 9 を参照)。
宇宙線
宇宙放射線には、地球の大気に衝突する地球外起源のエネルギー粒子 (主に粒子と主に陽子) が含まれます。 また、二次粒子も含まれます。 主に光子、中性子、ミューオンで、一次粒子と大気中のガスとの相互作用によって生成されます。
これらの相互作用のおかげで、大気は宇宙放射線に対するシールドとして機能し、このシールドが薄いほど、実効線量率が高くなります。 このように、宇宙線の実効線量率は高度とともに増加します。 例えば、高度1,800メートルの線量率は、海面の約XNUMX倍です。
一次宇宙放射線は主に荷電粒子で構成されているため、地球の磁場の影響を受けます。 高緯度に住む人々は、地球の赤道に近い人々よりも宇宙放射線の実効線量を多く受けます。 この影響による変動はオーダです
の10%。
最後に、宇宙線実効線量率は、太陽の宇宙線出力の変調によって変化します。 平均して、宇宙線はバックグラウンド放射線の全身実効線量に約 0.3 mSv 寄与します。
宇宙線放射性核種
宇宙線は、大気中に宇宙線放射性核種を生成します。 これらの中で最も顕著なのはトリチウムです(3H)、ベリリウム-7 (7Be)、炭素-14 (14C) およびナトリウム-22 (22な)。 それらは、大気ガスと相互作用する宇宙線によって生成されます。 コスモジェニック放射性核種は、年間実効線量約 0.01 mSv を提供します。 これのほとんどは 14C.
核の放射性降下物
1940 年代から 1960 年代にかけて、地上で核兵器の広範な実験が行われました。 このテストでは、大量の放射性物質が生成され、世界中の環境に配布されました。 放射性降下物. この破片の多くはその後安定同位体に崩壊しましたが、残った少量は今後何年にもわたって被ばくの原因となります。 さらに、時折大気中で核兵器の実験を続けている国は、世界の在庫を増やしています。
現在、実効線量の主な影響要因はストロンチウム-90 (90Sr) およびセシウム-137 (137Cs)、どちらも半減期は約 30 年です。 放射性降下物による年間平均実効線量は約 0.05 mSv です。
体内の放射性物質
自然に発生する放射性核種の人体への沈着は、主に空気、食物、水中のこれらの物質の吸入と摂取に起因します。 このような核種には、Pb、Po、Bi、Ra、K (カリウム)、C、H、U、および Th の放射性同位元素が含まれます。 これらの、 40K が最大の貢献者です。 体内に蓄積された自然発生の放射性核種は、年間実効線量に約 0.3 mSv 寄与します。
機械生成放射線
医療分野での X 線の使用は、機械が生成する放射線の最大の被ばく源です。 世界中で何百万台もの医療用 X 線システムが使用されています。 これらの医療用 X 線システムへの平均被ばくは、集団のケアへのアクセスに大きく依存します。 先進国では、診断と治療のための X 線と放射性物質からの医学的に処方された放射線による平均年間実効線量は 1 mSv のオーダーです。
X 線は、ほとんどの高エネルギー物理粒子加速器、特に電子と陽電子を加速する加速器の副産物です。 ただし、適切な遮蔽と安全対策に加えて、危険にさらされている人口が限られているため、この放射線被ばく源は上記の線源よりも重要ではありません.
機械で生成された放射性核種
粒子加速器は、核反応によってさまざまな量の多種多様な放射性核種を生成できます。 加速粒子には、陽子、重陽子 (2H核)、アルファ粒子、荷電中間子、重イオンなど。 ターゲット材料は、ほぼすべての同位体で作成できます。
粒子加速器は、事実上、陽電子放出放射性同位体の唯一の供給源です。 (原子炉は、ネガトロン放射によって崩壊する中性子が豊富な放射性同位体を生成する傾向があります。)また、医療用、特に陽電子放出断層撮影法 (PET) 用の短寿命同位体を生成するためにますます使用されています。
技術的に強化された素材と消費財
X 線と放射性物質は、現代の非常に多くの手術の中で、求められたり望まれなかったりして登場します。 表 3 に、これらの放射線源を示します。
表 3. 技術的に強化された材料および消費者製品からの関連集団実効線量の情報源と推定値
グループ I - 多数の人が関与し、個人の実効線量が非常に大きい |
|
たばこ製品 |
可燃性燃料 |
生活用水供給 |
ガラスとセラミックス |
建材 |
眼鏡ガラス |
鉱業および農産物 |
|
グループ II - 多くの人が関与しているが、実効線量が比較的小さいか、制限されている |
|
テレビ受信機 |
高速道路および道路建設資材 |
放射性発光製品 |
放射性物質の航空機輸送 |
空港検査システム |
スパークギャップ照射器と電子管 |
ガスおよびエアロゾル (煙) 検出器 |
トリウム製品 - 蛍光灯スターター |
グループ III - 関与する人が比較的少なく、集団実効線量が小さい |
|
トリウム製品 - タングステン溶接棒 |
出典: NCRP 1987.
放射線施設の基本設計の特徴
放射線源の取り扱いと使用に伴う危険には、従来の実験室や作業エリアには必要のない設計と構造の特別な機能が必要です。 これらの特別な設計機能は、施設の労働者が過度の外部または内部の放射線障害にさらされないようにしながら、過度に妨げられないように組み込まれています。
放射線源または放射性物質への被ばくが発生する可能性のあるすべてのエリアへのアクセスは、そのような作業エリアへの立ち入りを許可される可能性のある施設労働者に関してだけでなく、彼らがすべき衣類または保護具の種類に関しても管理されなければなりません。管理区域での着用と予防措置。 このような管理措置の実施において、電離放射線の存在、放射能汚染の存在、またはその両方に基づいて放射線作業区域を分類することが役立ちます。 初期の計画段階でこのような作業領域分類の概念を導入することで、放射線源を扱う作業の危険性を軽減するために必要なすべての機能を備えた施設が得られます。
作業領域と実験室の種類の分類
作業領域の分類の基礎は、単位放射能あたりの相対的な放射性毒性による放射性核種のグループ化です。 グループ I は非常に高い毒性の放射性核種、グループ II は中程度から高い毒性の放射性核種、グループ III は中程度の毒性の放射性核種、グループ IV は低毒性の放射性核種に分類する必要があります。 表 1 は、多くの放射性核種の毒性グループ分類を示しています。
表 1. 単位放射能あたりの相対放射毒性に従って分類された放射性核種
グループ I: 非常に高い毒性 |
|||||||||
210Pb |
210Po |
223Ra |
226Ra |
228Ra |
227Ac |
227Th |
228Th |
230Th |
231Pa |
230U |
232U |
233U |
234U |
237Np |
238Pu |
239Pu |
240Pu |
241Pu |
242Pu |
241Am |
243Am |
242Cm |
243Cm |
244Cm |
245Cm |
246Cm |
249Cm |
250Cf |
252Cf |
グループ II: 高毒性 |
|||||||||
22Na |
36Cl |
45Ca |
46Sc |
54Mn |
56Co |
60Co |
89Sr |
90Sr |
91Y |
95Zr |
106Ru |
110Agm |
115Cdm |
114Inm |
124Sb |
125Sb |
127Tem |
129Tem |
124I |
126I |
131I |
133I |
134Cs |
137Cs |
140Ba |
144Ce |
152ユー (13歳) |
154Eu |
160Tb |
170Tm |
181Hf |
210Bi |
182Ta |
192Ir |
204Tl |
207Bi |
230Pa |
211At |
212Pb |
224Ra |
228Ac |
234Th |
236U |
249Bk |
|||||
グループ III: 中程度の毒性 |
|||||||||
7Be |
14C |
18F |
24Na |
38Cl |
31Si |
32P |
35S |
41A |
42K |
43K |
47Sc |
48Sc |
48V |
51Cr |
52Mn |
56Mn |
52Fe |
55Fe |
59Fe |
57Co |
53Ni |
65Ni |
64Cu |
65Zn |
69Znm |
72Ga |
73As |
74As |
76As |
77As |
82Br |
85Krm |
87Kr |
86Rb |
85Sr |
91Sr |
90Y |
92Y |
93Y |
97Zr |
95Nb |
99Mo |
96Tc |
97Tcm |
97Tc |
99Tc |
97Ru |
103Ru |
105Ru |
105Rh |
109Pd |
105Ag |
111Ag |
109Cd |
115Cd |
115Inm |
113Sn |
125Sn |
122Sb |
125Tem |
129Te |
131Tem |
132Te |
130I |
132I |
134I |
135I |
135Xe |
131Cs |
136Cs |
140La |
141Ce |
143Ce |
142Pr |
143Pr |
147Nd |
149Nd |
147Pm |
149Pm |
151Sm |
152ユー (9.2h) |
155Eu |
153Gd |
159Gd |
165Dy |
166Dy |
166Ho |
169Er |
171Er |
171Tm |
177Lu |
181W |
185W |
187W |
183Re |
186Re |
188Re |
185Os |
191Os |
193Os |
190Ir |
195Ir |
191Pt |
193Pt |
197Pt |
196Au |
198Au |
199Au |
197Hg |
197Hgm |
203Hg |
200Tl |
201Tl |
202Tl |
203Pb |
206Bi |
212Bi |
220Rn |
222Rn |
231Th |
233Pa |
239Np |
|||||||
グループ IV: 低毒性 |
|||||||||
3H |
15O |
37A |
58Com |
59Ni |
69Zn |
71Ge |
85Kr |
85Srm |
87Rb |
91Ym |
93Zr |
97Nb |
96Tcm |
99Tcm |
103Rhm |
133Inm |
129I |
131Xem |
133Xe |
134Csm |
135Cs |
147Sm |
187Re |
191Osm |
193Ptm |
197Ptm |
NATTh |
232Th |
235U |
238U |
NATU |
(IAEA 1973)
放射性毒性の考慮事項、作業領域で取り扱われる放射性物質の量または量、および関連する操作の種類に基づいて、XNUMX つの広範なタイプの実験室を想定することができます。
表 2 は、検査室をタイプ別に説明し、各タイプの例を示しています。 表 3 は、実験室の種類と、作業領域の分類およびアクセス制御を示しています (IAEA 1973)。
表 2. 作業域の分類
タイプ |
定義 |
アクセス制御 |
典型的な操作 |
1 |
外部放射線吸収線量レベルまたは放射能汚染レベルが高い可能性がある地域 |
アクセスは、厳密に管理された作業条件と適切な保護具を使用して、放射線作業員のみに管理されています |
高温の実験室、高度に汚染されたエリア |
2 |
外部放射線レベルが存在する可能性があり、汚染の可能性があるため操作説明が必要なエリア |
アクセスは放射線業務従事者に限定 |
ルミナイジング工場およびその他の同等物 |
3 |
平均外部被ばく線量が1mGy・wk未満の地域-1 放射能汚染の可能性があり、特別な操作指示が必要な場合 |
アクセスは放射線作業員に限定され、いいえ |
すぐ近くのワーキングエリア |
4 |
外部放射線レベルが 0.1 mGy•wk 未満の放射線施設の範囲内のエリア-1 どこ |
アクセス制御なし |
管理および患者待合エリア |
(ICRP 1977、IAEA 1973)
表3 放射性物質を取り扱う試験所の分類
のグループ |
以下に指定された活動に必要な実験室の種類 |
||
1タイプ |
2タイプ |
3タイプ |
|
I |
<370kBq |
70kBq~ |
>37MBq |
II |
<37 MBq |
37MBq~ |
>37 GBq |
3 |
<37 GBq |
37GBq~ |
>370 GBq |
IV |
<370 GBq |
370GBq~ |
>37 Tbq |
放射性物質の実験室使用の運用要因 |
活動レベルの倍率 |
シンプルな収納 |
×100 |
簡単な湿式操作 (例えば、ストック溶液のアリコートの調製) |
×10 |
通常の化学操作 (たとえば、単純な化学薬品の調製と分析) |
×1 |
複雑なウェット操作 (たとえば、複数の操作または複雑なガラス製品を使用する操作) |
×0.1 |
単純な乾式操作 (たとえば、揮発性放射性化合物の粉末の操作) |
×0.1 |
乾いた粉塵の多い作業(研削など) |
×0.01 |
(ICRP 1977、IAEA 1973)
放射性物質の取り扱いに伴う危険は、放射性毒性または化学毒性のレベルと放射性核種の活性だけでなく、放射性物質の物理的および化学的形態、および実行される操作または手順の性質と複雑さにも依存します。
建物内の放射線施設の位置
放射線施設が大きな建物の一部である場合、そのような施設の場所を決定する際には、次の点に留意する必要があります。
放射線施設の計画
放射能レベルの段階的変化が想定される場合、実験室は、高放射線または放射能汚染レベルが存在するエリアへのアクセスが段階的になるように配置する必要があります。 つまり、最初に非放射線領域に入り、次に低活動領域、中活動領域というようになります。
密閉されていない放射性物質源を取り扱うためのフードまたはグローブ ボックスを使用することで、小さな実験室での入念な換気制御の必要性を回避できます。 ただし、換気システムは、空中に浮遊する放射性物質が放射線作業員から離れて流れるような方向に空気が流れるように設計する必要があります。 空気の流れは常に、汚染されていないエリアから汚染されたエリアまたは汚染されている可能性のあるエリアに向かっている必要があります。
低~中放射能の密閉されていない線源を取り扱う場合、フードの開口部を通過する平均対気速度は約 0.5 ミリ秒でなければなりません。-1. 高度の放射能または高レベルの放射能の場合、開口部を通過する空気の速度を平均 0.6 に上げて、
1.0ミリ秒-1. ただし、過度に高い空気速度は、開いた容器から放射性物質を引き出し、フード領域全体を汚染する可能性があります。
実験室でのフードの配置は、クロスドラフトに関して重要です。 一般に、フードは、供給空気または補給空気が入らなければならない出入り口から十分に離れた場所に配置する必要があります。 デュアル スピード ファンを使用すると、フードが使用されているときは風速が高くなり、フードが閉じているときは風速が遅くなります。
換気システムの目的は次のとおりです。
放射線施設の設計では、特定の簡単な手段を採用することで、重い遮蔽要件を最小限に抑えることができます。 たとえば、放射線治療、加速器、中性子発生器、またはパノラマ放射線源の場合、迷路は重い鉛で裏打ちされたドアの必要性を減らすことができます。 有用なビームに直接入っていないエリアで一次保護バリアを先細りにしたり、施設を部分的または完全に地下に配置したりすると、必要なシールドの量を大幅に減らすことができます。
観察窓、地下導管ケーブル、および換気システムのバッフルの適切な配置には、細心の注意を払う必要があります。 表示ウィンドウは、散乱放射線のみを遮断する必要があります。 さらに優れているのは閉回路テレビで、効率も向上します。
作業エリア内の表面仕上げ
しっくい、コンクリート、木材などの未加工の表面はすべて、適切な材料で永久的に密閉する必要があります。 材料の選択は、次の点を考慮して行う必要があります。
通常の塗料、ワニス、ラッカーは、摩耗面を覆うことはお勧めできません。 汚染が発生し、除染が必要な場合は、簡単に除去できる表面材を使用すると役立つ場合があります。 ただし、そのような物質の除去は、困難で厄介な場合があります。
配管
流し台、洗面台、床の排水口には適切に印を付ける必要があります。 汚染された手が洗われる可能性のある洗面台には、膝または足で操作する蛇口が必要です。 必要に応じて簡単に除染または交換できる配管を使用してメンテナンスを減らすと経済的です。 場合によっては、液体放射性物質の処分を管理するために地下貯蔵タンクまたは貯蔵タンクを設置することが推奨される場合があります。
放射線遮蔽設計
遮蔽は、施設の労働者や一般市民の放射線被ばくを減らすために重要です。 遮蔽要件は、放射線従事者や一般市民が放射線源にさらされる時間、放射線源と放射線場の種類とエネルギーなど、多くの要因によって異なります。
放射線遮蔽の設計では、放射線源の近くに遮蔽材料を配置する必要があります。 関連する放射線の種類ごとに、個別の遮蔽を考慮する必要があります。
シールド設計は複雑な作業になる場合があります。 たとえば、加速器、原子炉、およびその他の高レベル放射線源の遮蔽をモデル化するためのコンピューターの使用は、この記事の範囲を超えています。 複雑なシールド設計については、資格のある専門家に相談する必要があります。
ガンマ線源遮蔽
ガンマ線の減衰は、アルファ線またはベータ線の減衰とは質的に異なります。 これらのタイプの放射線はどちらも物質内で明確な範囲を持ち、完全に吸収されます。 一方、ガンマ線は吸収体を厚くすることで強度を下げることができますが、完全に吸収することはできません。 単一エネルギーガンマ線の減衰が良好な幾何学的条件 (つまり、放射が狭いビームで十分にコリメートされている) で測定される場合、吸収体の厚さに対する片対数グラフにプロットされると、強度データは直線になります。傾きが減衰に等しい
係数、μ。
吸収体を透過する強度または吸収線量率は、次のように計算できます。
I(T) = I(0)e– μ t
コラボレー I(t) は、厚さの吸収体を透過したガンマ線強度または吸収線量率です。 t.
μ の単位と t は互いに逆数です。 吸収体の厚みが t は cm 単位で測定され、μ は線形減衰係数であり、単位は cm です。-1。 場合 t 単位は面密度 (g/cm2)、μ は質量減衰係数 μm 単位はcmです2/g。
面密度を使用した一次近似として、すべての材料は、約 0.75 ~ 5.0 MeV (メガ電子ボルト) のエネルギーを持つ光子に対してほぼ同じ光子減衰特性を持っています。 このエネルギー範囲内では、ガンマ線遮蔽特性は遮蔽材料の密度にほぼ比例します。 より低いまたはより高い光子エネルギーの場合、所定の面密度に対して、原子番号が大きい吸収体は、原子番号が小さい吸収体よりも効果的な遮蔽を提供します。
不適切な形状の条件 (たとえば、幅の広いビームや厚いシールド) では、シールドと相互作用するすべての光子がビームから取り除かれ、シールドが除去されないことを前提としているため、上記の式は必要なシールドの厚さを大幅に過小評価します。検出されました。 かなりの数の光子がシールドによって検出器に散乱されるか、またはビームから散乱された光子が XNUMX 回目の相互作用の後に散乱して検出器に戻る可能性があります。
形状が悪い条件の場合のシールドの厚さは、ビルドアップ係数を使用して推定できます。 B 次のように推定できます。
I(T) = I(0)Be– μ t
ビルドアップ係数は常に XNUMX よりも大きく、ビーム内の任意の点における一次放射線と散乱放射線の両方を含む光子放射線の強度と、一次ビームのみの強度との比として定義できます。その点。 ビルドアップ係数は、放射線束または吸収線量率のいずれかに適用される場合があります。
ビルドアップ係数は、さまざまな光子エネルギーとさまざまな吸収体について計算されています。 グラフや表の多くは、シールドの厚さを緩和長で示しています。 緩和長は、狭いビームを元の強度の 1/e (約 37%) に減衰させるシールドの厚さです。 したがって、1 つの緩和長は、線形減衰係数の逆数 (つまり、XNUMX/μ) に数値的に等しくなります。
一次光子ビームに導入されたときに吸収線量率を半分に減らす吸収体の厚さは、半値層 (HVL) または半値厚 (HVT) と呼ばれます。 HVL は次のように計算できます。
HVL = ln2 / μ
必要な光子シールドの厚さは、必要なシールドを計算する際に狭いビームまたは適切なジオメトリを想定し、こうして得られた値を XNUMX HVL だけ増やしてビルドアップを考慮して見積もることができます。
一次光子ビームに導入されたときに吸収線量率を 3.32 分の XNUMX に減少させる吸収体の厚さは、XNUMX 分の XNUMX 値層 (TVL) です。 次の理由から、XNUMX TVL は約 XNUMX HVL に相当します。
ln10 / ln2 ≒ 3.32
TVL と HVL の両方の値は、さまざまな光子エネルギーといくつかの一般的な遮蔽材料 (鉛、鋼、コンクリートなど) について表にされています (Schaeffer 1973)。
点線源の強度または吸収線量率は、逆二乗則に従い、次のように計算できます。
コラボレー Ii 距離での光子強度または吸収線量率 di ソースから。
医療用および非医療用の X 線装置の遮蔽
X 線装置の遮蔽は、線源遮蔽と構造遮蔽の XNUMX つのカテゴリに分類されます。 線源の遮蔽は、通常、X 線管のハウジングのメーカーによって提供されます。
安全規則では、医療診断用 X 線施設用の保護チューブ ハウジングと、医療用治療用 X 線施設用の保護チューブ ハウジングのタイプが指定されています。 非医療用 X 線装置の場合、X 線装置のチューブ ハウジングや変圧器などの他の部品は、漏れ X 線放射を許容レベルまで低減するために遮蔽されます。
医療用および非医療用のすべての X 線装置には、漏れる放射線の量を制限するように設計された保護チューブ ハウジングがあります。 これらの仕様でチューブ ハウジングに対して使用されている漏れ放射は、有用なビームを除いて、チューブ ハウジングから来るすべての放射を意味します。
X 線施設の構造的遮蔽は、有用な X 線ビームまたは一次 X 線ビーム、漏れ放射線、および散乱放射線からの保護を提供します。 X 線装置と照射対象の両方を囲みます。
散乱放射線の量は、X 線フィールド サイズ、有効ビームのエネルギー、散乱媒体の有効原子番号、および入射有効ビームと散乱方向の間の角度に依存します。
重要な設計パラメーターは、施設の作業負荷 (W):
コラボレー W は週ごとのワークロードで、通常は週あたりの mA-min で与えられます。 E 管電流にビューあたりの露出時間を掛けたもので、通常は mA s で与えられます。 Nv 照射された患者またはオブジェクトごとのビューの数です。 Np は XNUMX 週間あたりの患者またはオブジェクトの数であり、 k は変換係数 (1 分を 60 秒で割った値) です。
もう XNUMX つの重要な設計パラメータは、使用率です。 Un 壁(または床または天井) n. 壁は、制御室、オフィス、待合室などの占有領域を保護している可能性があります。 使用率は次の式で与えられます。
どこ、 Nv、n 一次 X 線ビームが壁に向けられるビューの数です。 n.
特定の X 線施設の構造的遮蔽要件は、以下によって決定されます。
これらの考慮事項を含めて、一次ビーム比または透過率の値 K XNUMX メートルでの mA-min あたりの mGy は、次のように表されます。
X 線施設の遮蔽は、接合部によって保護が損なわれないように構築する必要があります。 バリアを通過するダクト、パイプなどの開口部によって。 または障壁に埋め込まれたコンジット、サービスボックスなどによって。 シールドは、サービス ボックスの背面だけでなく側面もカバーするか、同等の保護を提供するために十分に拡張する必要があります。 バリアを通過する導管には、放射線を必要なレベルまで下げるのに十分な曲がりが必要です。 観察窓には、それらが配置されているパーティション (バリア) またはドアに必要なシールドと同等のシールドが必要です。
放射線治療施設には、ドア インターロック、警告灯、閉回路テレビ、または施設内にいる人とオペレータとの間の可聴 (音声またはブザーなど) および視覚によるコミュニケーション手段が必要な場合があります。
保護バリアには次の XNUMX 種類があります。
二次保護バリアを設計するには、各コンポーネントから保護するために必要な厚さを個別に計算します。 必要な厚さがほぼ同じである場合は、計算された最大の厚さに追加の HVL を追加します。 計算された厚さの最大差が XNUMX TVL 以上である場合は、計算された値の中で最も厚いもので十分です。
散乱放射線の強度は、散乱角度、有用なビームのエネルギー、フィールド サイズまたは散乱領域、および対象の組成に依存します。
二次保護バリアを設計するときは、次の単純化された控えめな仮定が行われます。
散乱放射線の透過関係は、散乱透過係数 (Kμx) 単位は mGy•m2 (ミリアンペア分)-1:
コラボレー P は毎週の最大吸収線量率 (mGy)、 dスキャット は、X 線管のターゲットとオブジェクト (患者) からの距離です。 dドライ は、散乱体 (オブジェクト) から、二次障壁が遮蔽する対象のポイントまでの距離です。 a 入射放射線に対する散乱放射線の比率です。 f は実際の散乱場のサイズ (cm)2)、及び F X線出力が電圧とともに増加するという事実を説明する要因です。 より小さい値 Kμx より厚いシールドが必要です。
漏れ減衰係数 BLX 診断用 X 線システムの場合、次のように計算されます。
コラボレー d は、チューブ ターゲットから対象のポイントまでの距離です。 I は管電流 (mA) です。
500 kV 以下で動作する治療用 X 線システムのバリア減衰関係は、次の式で与えられます。
500 kV を超える電位で動作する治療用 X 線管の場合、漏れは通常、0.1 m での有用なビームの強度の 1% に制限されます。 この場合の減衰係数は次のとおりです。
コラボレー Xn は、1 mA の管電流で動作する治療用 X 線管からの 1 m での吸収線量率 (mGy/h) です。
数 n 目的の減衰を得るために必要な HVL の数 BLX は次の関係から得られます。
or
ベータ粒子シールド
高エネルギー ベータ放射体のシールドを設計する際には、XNUMX つの要因を考慮する必要があります。 それらはベータ粒子そのものであり、 制動放射 ソースとシールドに吸収されたベータ粒子によって生成されます。 制動放射 高速の荷電粒子が急速に減速するときに生成される X 線光子で構成されます。
したがって、ベータ シールドは多くの場合、原子番号の小さい物質で構成されます (最小限に抑えるため)。 制動放射 すべてのベータ粒子を止めるのに十分な厚さです。 これに続いて、減衰するのに十分な厚さの原子番号の高い物質が続きます。 制動放射 許容できるレベルに。 (シールドの順序を逆にすると、 制動放射 XNUMX 番目のシールドが不十分な保護を提供する可能性があるほど高いレベルまで、最初のシールドで発生します。)
見積もりの目的で 制動放射 次の関係を使用できます。
コラボレー f 光子に変換された入射ベータ エネルギーの割合です。 Z は吸収体の原子番号、 Eβ MeV 単位のベータ粒子スペクトルの最大エネルギーです。 適切な保護を保証するために、通常、すべての 制動放射 光子は最大エネルギーです。
制動放射 ある距離でのフラックス F d ベータ版のソースから次のように見積もることができます。
`Eβ は平均ベータ粒子エネルギーであり、次の式で推定できます。
範囲 Rβ 面密度の単位でのベータ粒子の (mg/cm2) は、エネルギーが 0.01 ~ 2.5 MeV のベータ粒子について次のように推定できます。
コラボレー Rβ 単位は mg/cm2 & Eβ は MeV です。
Eβ>2.5 MeV、ベータ粒子範囲 Rβ 次のように見積もることができます。
コラボレー Rβ 単位は mg/cm2 & Eβ は MeV です。
アルファ粒子シールド
アルファ粒子は、電離放射線の中で透過性が最も低いタイプです。 相互作用のランダムな性質のため、個々のアルファ粒子の範囲は、図 1 に示すように公称値の間で異なります。アルファ粒子の場合の範囲は、さまざまな方法で表すことができます: 最小、平均、外挿、または最大範囲。 . 平均範囲は最も正確に決定でき、「平均的な」アルファ粒子の範囲に対応し、最も頻繁に使用されます。
図 1. アルファ粒子の典型的な距離分布
空気は、アルファ粒子の距離とエネルギーの関係を特定するために最も一般的に使用される吸収媒体です。 アルファエネルギーの場合 Eα 約4MeV未満、 Rα 空気中はおよそ次のように与えられます。
コラボレー Rα cmで、 Eα MeVで。
Eα 4 から 8 MeV の間、 Rα 空気中はおよそ次のように与えられます。
コラボレー Rα cmで、 Eα MeVで。
他の媒質中のアルファ粒子の範囲は、次の関係から推定できます。
Rα (他の媒体; mg/cm2) » 0.56 A1/3 Rα (空気中; cm) ここで A 媒体の原子番号です。
中性子遮蔽
中性子遮蔽の一般的な経験則として、中性子エネルギー平衡が達成され、遮蔽材料の 120 つまたは XNUMX つの緩和長の後に一定のままになります。 したがって、いくつかの緩和長よりも厚いシールドの場合、コンクリートまたは鉄のシールドの外側の線量当量は、XNUMX g/cm の緩和長で減衰します。2 または145g / cm2それぞれ。
弾性散乱による中性子エネルギー損失には、中性子が緩和または減速される際のエネルギー伝達を最大化するために、水素シールドが必要です。 10 MeV を超える中性子エネルギーでは、非弾性プロセスが中性子の減衰に効果的です。
原子力発電用原子炉と同様に、高エネルギー加速器は作業員を保護するために強力な遮蔽を必要とします。 作業員の線量当量のほとんどは、保守作業中の放射性放射性物質への被ばくによるものです。 アクティベーション製品は、アクセラレータのコンポーネントとサポート システムで生成されます。
職場環境のモニタリング
職場環境のルーチンおよび運用監視プログラムの設計を個別に処理する必要があります。 特別な監視プログラムは、特定の目的を達成するために設計されます。 プログラムを一般的に設計することは望ましくありません。
外部放射線の定期モニタリング
作業場における外部放射線の定期的な監視プログラムの準備における重要な部分は、新しい放射線源または新しい施設が稼働するとき、または実質的な変更が行われたか、変更された可能性があるときに包括的な調査を実施することです。既存のインストールで作成されました。
定期的なモニタリングの頻度は、予想される放射線環境の変化を考慮して決定されます。 作業場で実施される保護具の変更またはプロセスの変更が最小限または実質的でない場合、レビュー目的で作業場の定期的な放射線モニタリングが必要になることはめったにありません。 放射線場が潜在的に危険なレベルまで急速かつ予測不可能に増加する可能性がある場合は、地域の放射線監視および警告システムが必要です。
外部放射線の運用監視
運用監視プログラムの設計は、実施される運用が放射線場に影響を与えるかどうか、または放射線場が通常の運用を通じて実質的に一定のままであるかどうかに大きく依存します。 このような調査の詳細な設計は、作業の形式と実施条件に大きく依存します。
表面汚染の定期モニタリング
表面汚染を定期的に監視する従来の方法は、経験に基づいた頻度でエリア内の表面の代表的な割合を監視することです。 かなりの表面汚染が発生する可能性が高く、作業者が XNUMX 回のイベントで大量の放射性物質を作業エリアから持ち出す可能性があるような作業である場合は、ポータル汚染モニターを使用して定期的なモニタリングを補足する必要があります。
表面汚染の運用監視
運用監視の XNUMX つの形式は、放射能管理区域を離れる際の汚染の調査です。 この監視には、労働者の手と足が含まれていなければなりません。
表面汚染の監視プログラムの主な目的は次のとおりです。
空気汚染のモニタリング
空気中の放射性物質のモニタリングは重要です。なぜなら、放射線作業員は通常、このような物質を吸入することが最も重要な摂取経路だからです。
次のような状況では、職場の空気汚染を定期的に監視する必要があります。
大気監視プログラムが必要な場合は、次のことを行う必要があります。
空気中の汚染を監視する最も一般的な形式は、放射線作業員の呼吸ゾーンを合理的に代表するように選択されたいくつかの選択された場所で空気サンプラーを使用することです。 パーソナル エア サンプラーまたはラペル サンプラーを使用して、呼吸ゾーンをより正確に表すサンプルを作成する必要がある場合があります。
放射線および放射能汚染の検出と測定
ベンチトップ、床、衣服、皮膚、およびその他の表面のワイプおよび機器調査による監視または調査は、せいぜい定性的な手順です。 それらを高度に定量化することは困難です。 使用される機器は、通常、測定デバイスではなくタイプを検出します。 関与する放射能の量は多くの場合微量であるため、機器の感度は高くなければなりません。
汚染検出器の携帯性に対する要件は、使用目的によって異なります。 装置が実験室表面の汎用モニタリング用である場合、携帯型の装置が望ましい。 測定対象物を持ち込むことができる特定用途向けの測定器の場合は、携帯性は必要ありません。 衣類モニター、手と靴のモニターは、一般的に持ち運びできません。
カウントレート計器およびモニターには、通常、メーター表示と音声出力またはイヤホンジャックが組み込まれています。 表 4 は、放射性汚染物質の検出に使用できる機器を示しています。イオン+
表 4. 汚染検出機器
楽器別 |
計数範囲とその他の特性1 |
典型的な用途 |
備考 |
bg サーフェイス モニター2 |
|||
|
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ポータブル計数率計 (薄肉または薄窓 GM3 カウンター) |
0~1,000cpm |
表面、手、衣服 |
シンプルで信頼性の高いバッテリー駆動 |
薄いエンド ウィンドウ |
0~1,000cpm |
表面、手、衣服 |
ライン式 |
Personnel |
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手と靴のモニター、GM または |
ナチュラルの1~2倍 |
汚染の迅速なモニタリング |
自動運転 |
スペシャル |
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ランドリーモニター、フロアモニター、 |
ナチュラルの1~2倍 |
汚染の監視 |
便利で迅速 |
アルファ面モニター |
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プローブ付きポータブル空気比例カウンター |
0cm以上で100,000~100cpm2 |
表面、手、衣服 |
高湿度、バッテリーでの使用は避けてください。 |
プローブ付きポータブルガスフローカウンター |
0cm以上で100,000~100cpm2 |
表面、手、衣服 |
電池式の壊れやすい窓 |
プローブ付きポータブルシンチレーションカウンター |
0cm以上で100,000~100cpm2 |
表面、手、衣服 |
電池式の壊れやすい窓 |
個人 |
|||
手靴比例計数式、モニター |
約0cm以上で2,000~300cpm2 |
手と靴の汚染を迅速に監視 |
自動運転 |
手と靴のシンチレーションカウンター式、モニター |
約0cm以上で4,000~300cpm2 |
手と靴の汚染を迅速に監視 |
頑丈な |
創傷モニター |
低エネルギー光子検出 |
プルトニウムの監視 |
特殊設計 |
エアモニター |
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粒子サンプラー |
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ろ紙、大量 |
1.1 m3/分 |
クイック グラブ サンプル |
断続的な使用、別途必要 |
ろ紙、少量 |
0.2-20メートル3/h |
継続的な室内空気モニタリング |
継続使用、別途必要 |
ラペル |
0.03 m3/分 |
連続呼吸ゾーンの空気モニタリング |
継続使用、別途必要 |
電気集塵機 |
0.09 m3/分 |
継続的な監視 |
円筒形シェルに堆積したサンプル、 |
インピンジャー |
0.6-1.1メートル3/分 |
アルファ汚染 |
特別な用途、別のカウンターが必要 |
トリチウムエアモニター |
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フロー電離箱 |
0~370kBq/m3 分 |
継続的な監視 |
他のイオン化に敏感な場合があります |
完全な空気監視システム |
検出可能な最小限の活動 |
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固定ろ紙 |
α » 0.04 Bq/m3; βγ » 0.04 Bq/m3 |
バックグラウンドの蓄積により、低レベルのアクティビティを隠すことができます。カウンターが含まれています |
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ろ紙の移動 |
α » 0.04 Bq/m3; βγ » 0.04 Bq/m3 |
空気活動の連続記録、測定時間はから調整可能 |
1 cpm = XNUMX 分あたりのカウント。
2 トリチウムの検出に適した表面モニターはほとんどありません (3H)。 トリチウム汚染の検出には、液体シンチレーション装置で計数する拭き取り試験が適しています。
3 GM = ガイガー ミュラー計数計。
アルファ汚染検出器
アルファ検出器の感度は、ウィンドウの面積とウィンドウの厚さによって決まります。 一般的に窓面積は50cm2 窓面積密度1mg/cm以上2 以下。 アルファ汚染モニターは、バックグラウンド干渉を最小限に抑えるために、ベータ放射線とガンマ放射線の影響を受けないようにする必要があります。 これは、一般に計数回路での波高弁別によって達成されます。
ポータブル アルファ モニターは、ガス比例カウンターまたは硫化亜鉛シンチレーション カウンターのいずれかです。
ベータ汚染検出器
ベータ粒子汚染の検出には、数種類のポータブル ベータ モニターを使用できます。 ガイガー ミューラー (GM) 計数率メーターは、通常、薄い窓 (面密度 1 ~ 40 mg/cmXNUMX) を必要とします。2)。 シンチレーション (アントラセンまたはプラスチック) カウンターは、ベータ粒子に非常に敏感で、光子には比較的鈍感です。 通常、ポータブルベータカウンターは、トリチウムの監視には使用できません (3H) トリチウムベータ粒子エネルギーが非常に低いため、汚染。
ベータ汚染の監視に使用されるすべての機器は、バックグラウンド放射線にも反応します。 これは、機器の読み取り値を解釈する際に考慮に入れる必要があります。
高いバックグラウンド放射線レベルが存在する場合、汚染モニタリング用のポータブル カウンターの価値は限られています。 これらの条件下では、スミアまたはワイプ テストが推奨されます。
ガンマ汚染検出器
ほとんどのガンマ線放射体はベータ粒子も放射するため、ほとんどの汚染モニターはベータ線とガンマ線の両方を検出します。 通常、検出効率はガンマ線よりもベータ粒子の方が高いため、感度を上げるために両方のタイプの放射線に敏感な検出器を使用するのが通常の方法です。 プラスチック シンチレータまたはヨウ化ナトリウム (NaI) 結晶は、GM カウンターよりも光子に敏感であるため、ガンマ線の検出に推奨されます。
エアサンプラーとモニター
微粒子は、次の方法でサンプリングすることができます: 沈降、ろ過、衝突、静電または熱沈降。 ただし、空気中の粒子汚染は、一般にろ過によって監視されます (フィルター媒体に空気を送り込み、フィルター上の放射能を測定します)。 サンプリング流量は一般に 0.03 m を超えます3/分ただし、ほとんどのラボのサンプリング流量は 0.3 m 以下です。3/分特定のタイプのエアサンプラーには、「グラブ」サンプラーと連続エアモニター (CAM) があります。 CAM は、固定または移動ろ紙のいずれかで利用できます。 CAM の主な機能は空気中の汚染の変化を警告することであるため、CAM にはアラームが含まれている必要があります。
アルファ粒子の飛程は非常に短いため、アルファ粒子汚染の測定には表面ローディング フィルター (メンブレン フィルターなど) を使用する必要があります。 採取したサンプルは薄くなければなりません。 ラドン (Rn) 子孫の崩壊を可能にするために、収集と測定の間の時間を考慮する必要があります。
などの放射性ヨウ素 123I, 125私と 131ヨウ素の一部がろ紙に付着するため、I はろ紙で検出できます (特にろ紙に木炭または硝酸銀が含まれている場合)。 ただし、定量測定には、効率的な吸収を提供するために、活性炭または銀ゼオライトのトラップまたはキャニスターが必要です。
トリチウム水とトリチウムガスは、トリチウム汚染の主な形態です。 トリチウム水はほとんどの濾紙にある程度の親和性がありますが、濾紙技術はトリチウム水のサンプリングにはあまり効果的ではありません。 最も感度が高く正確な測定方法には、トリチウム化水蒸気凝縮物の吸収が含まれます。 空気中のトリチウム (水素、炭化水素、水蒸気など) は、カンネ チャンバー (フロースルー イオン化チャンバー) で効果的に測定できます。 空気サンプルからのトリチウム化水蒸気の吸収は、サンプルをシリカゲルモレキュラーシーブを含むトラップに通すか、サンプルを蒸留水でバブリングすることによって行うことができます。
操作またはプロセスによっては、放射性ガスを監視する必要がある場合があります。 これはカンネチャンバーで実現できます。 吸収によるサンプリングに最も一般的に使用されるデバイスは、フレッテッド ガス スクラバーとインピンジャーです。 多くのガスは、空気をガスの凝固点以下に冷却し、凝縮物を収集することによって収集することもできます。 この収集方法は、酸化トリチウムと希ガスに最もよく使用されます。
グラブ サンプルを入手するには、いくつかの方法があります。 選択する方法は、サンプリングするガスと必要な分析または測定方法に適している必要があります。
排水のモニタリング
排水のモニタリングとは、環境への放出点での放射能の測定を指します。 サンプリング位置の制御された性質のため、達成するのは比較的簡単です。これは通常、スタックまたは液体排出ラインを通して排出される廃棄物の流れにあります。
空中放射能の継続的な監視が必要になる場合があります。 通常はフィルターであるサンプル収集装置に加えて、空気中の微粒子の典型的なサンプリング装置には、空気移動装置、流量計、および関連するダクトが含まれます。 空気移動装置は、サンプル コレクターの下流にあります。 つまり、空気は最初にサンプル コレクターを通過し、次にサンプリング システムの残りの部分を通過します。 サンプリング ライン、特にサンプル コレクター システムの前にあるラインは、できるだけ短くし、鋭角な曲がり、乱気流の領域、または空気の流れに対する抵抗がないようにする必要があります。 空気サンプリングには、圧力降下の適切な範囲にわたって一定の容量を使用する必要があります。 放射性キセノン (Xe) またはクリプトン (Kr) 同位体の連続サンプリングは、活性炭への吸着または低温手段によって行われます。 ルーカス セルは最も古い技術の XNUMX つであり、今でも Rn 濃度を測定するための最も一般的な方法です。
放射性物質の液体と廃液ラインの継続的な監視が必要な場合があります。 高温研究所、核医学研究所、原子炉冷却材ラインからの廃棄物ラインがその例です。 ただし、流出流量に比例する少量のサンプルを実験室で定期的に分析することにより、継続的な監視を行うことができます。 定期的に分注するサンプラーや、少量の液体を連続的に抽出するサンプラーが利用可能です。
グラブサンプリングは、ホールドアップタンク内の放射性物質の濃度を決定するために使用される通常の方法です。 測定結果を許容排出量と比較するために、再循環後にサンプルを採取する必要があります。
理想的には、排水モニタリングと環境モニタリングの結果はよく一致し、後者はさまざまな経路モデルを使用して前者から計算できます。 しかし、排水の監視は、それがどれほど優れていても広範囲であっても、環境中の放射線状態の実際の測定に代わるものではないことを認識し、強調しなければなりません。
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