Инфрацрвено зрачење је део спектра нејонизујућег зрачења који се налази између микроталаса и видљиве светлости. То је природни део човековог окружења и стога су му људи изложени у малим количинама у свим областима свакодневног живота – на пример, код куће или током рекреативних активности на сунцу. Међутим, веома интензивна изложеност може бити резултат одређених техничких процеса на радном месту.

Многи индустријски процеси укључују термичко очвршћавање различитих врста материјала. Коришћени извори топлоте или сам загрејан материјал обично ће емитовати тако високе нивое инфрацрвеног зрачења да је велики број радника потенцијално изложен ризику од излагања.

Концепти и количине

Инфрацрвено зрачење (ИР) има таласне дужине у распону од 780 нм до 1 мм. Према класификацији Међународне комисије за осветљење (ЦИЕ), овај опсег је подељен на ИРА (од 780 нм до 1.4 μм), ИРБ (од 1.4 μм до 3 μм) и ИРЦ (од 3 μм до 1 мм). Ова подподела приближно прати карактеристике апсорпције ИР у ткиву зависне од таласне дужине и резултујућих различитих биолошких ефеката.

Количина и временска и просторна дистрибуција инфрацрвеног зрачења описују се различитим радиометријским величинама и јединицама. Због оптичких и физиолошких својстава, посебно ока, обично се прави разлика између малих „тачкастих” извора и „проширених” извора. Критеријум за ово разликовање је вредност угла (α) у радијанима измереног на оку које је подвучено извором. Овај угао се може израчунати као количник, димензија извора светлости D_L подељено са даљином гледања r. Проширени извори су они код којих је угао гледања у оку већи од α_минута, што је нормално 11 милирадијана. За све проширене изворе постоји удаљеност гледања где је α једнако α_минута; на већим удаљеностима гледања, извор се може третирати као тачкасти извор. У заштити од оптичког зрачења најважније величине које се тичу проширених извора су сјај (L, изражено у Вм^{-КСНУМКС}sr^{-КСНУМКС}) И временски интегрисани сјај (L_p у Јм^{-КСНУМКС}sr^{-КСНУМКС}), који описују „сјајност“ извора. За процену ризика по здравље, најрелевантније количине у вези са тачкастим изворима или изложености на таквим удаљеностима од извора где је α< α_минута, су зрачење (E, изражено у Вм^{-КСНУМКС}), што је еквивалентно концепту брзине дозе експозиције, и излагање зрачењу (H, у Јм^{-КСНУМКС}), што је еквивалентно концепту дозе изложености.

У неким опсезима спектра, биолошки ефекти услед излагања снажно зависе од таласне дужине. Због тога се морају користити додатне спектрорадиометријске величине (нпр. спектрални сјај, L_l, изражено у Вм^{-КСНУМКС} sr^{-КСНУМКС} nm^{-КСНУМКС}) да одмери физичке вредности емисије извора у односу на применљиви спектар деловања који се односи на биолошки ефекат.

Извори и професионална изложеност

Изложеност ИР је резултат различитих природних и вештачких извора. Спектрална емисија из ових извора може бити ограничена на једну таласну дужину (ласер) или може бити распоређена у широком опсегу таласних дужина.

Различити механизми за стварање оптичког зрачења уопште су:

• термална ексцитација (зрачење црног тела)

• пражњење гаса

• појачање светлости стимулисаном емисијом зрачења (ласер), при чему је механизам гасног пражњења од мањег значаја у ИЦ опсегу.

Емисија из најважнијих извора који се користе у многим индустријским процесима је резултат термичке побуде и може се апроксимирати коришћењем физичких закона зрачења црног тела ако је позната апсолутна температура извора. Укупна емисија (М, у Вм^{-КСНУМКС}) радијатора црног тела (слика 1) описује Стефан-Болцманов закон:

М(Т) = 5.67 к 10^-8T⁴

и зависи од 4. степена температуре (T, у К) зрачећег тела. Спектрална дистрибуција зрачења је описана Планковим законом зрачења:

и таласна дужина максималне емисије (λ_Мак) је описан према Бечком закону:

λ_Мак = (2.898 к 10^-8) / T

Слика 1. Спектрални сјај λ_Макцрног радијатора на апсолутној температури приказаној у степенима Келвина на свакој кривој

Многи ласери који се користе у индустријским и медицинским процесима ће емитовати веома високе нивое ИР. Генерално, у поређењу са другим изворима зрачења, ласерско зрачење има неке необичне карактеристике које могу утицати на ризик након излагања, као што је веома кратко трајање импулса или изузетно високо зрачење. Због тога је ласерско зрачење детаљно размотрено на другом месту у овом поглављу.

Многи индустријски процеси захтевају коришћење извора који емитују високе нивое видљивог и инфрацрвеног зрачења, па је стога велики број радника као што су пекари, дувачи стакла, радници у пећима, ливници, ковачи, топионици и ватрогасци потенцијално изложени ризику од излагања. Поред лампи, морају се узети у обзир извори као што су пламен, гасне бакље, ацетиленске бакље, базени растопљеног метала и ужарене металне шипке. Они се сусрећу у ливницама, челичанама и многим другим тешким индустријским постројењима. Табела 1 сумира неке примере ИР извора и њихове примене.

Табела 1. Различити извори ИР, изложеност становништва и приближни нивои изложености

Биолошки ефекти

Оптичко зрачење уопште не продире дубоко у биолошко ткиво. Стога су примарни циљеви ИР изложености кожа и око. У већини услова изложености главни механизам интеракције ИР је термални. Само врло кратки импулси које ласери могу произвести, али који се овде не разматрају, такође могу довести до механотермалних ефеката. Не очекује се да ће се ефекти јонизације или кидања хемијских веза појавити код ИР зрачења јер је енергија честица, мања од приближно 1.6 еВ, прениска да би изазвала такве ефекте. Из истог разлога, фотохемијске реакције постају значајне само на краћим таласним дужинама у визуелном и ултраљубичастом подручју. Различити ефекти ИР на здравље зависни од таласне дужине произлазе углавном из оптичких својстава ткива зависних од таласне дужине—на пример, спектралне апсорпције очних медија (слика 2).

Слика 2. Спектрална апсорпција очних медија

Ефекти на око

У принципу, око је добро прилагођено да се заштити од оптичког зрачења из природног окружења. Поред тога, око је физиолошки заштићено од повреда од јарких извора светлости, као што су сунце или лампе високог интензитета, реакцијом аверзије која ограничава трајање излагања на делић секунде (приближно 0.25 секунди).

ИРА утиче првенствено на ретину, због транспарентности очних медија. Када се директно посматра тачкасти извор или ласерски зрак, својства фокусирања у ИРА региону додатно чине мрежњачу много подложнијом оштећењу него било који други део тела. За кратке периоде експозиције, загревање ириса услед апсорпције видљиве или блиске ИР-е сматра се да игра улогу у развоју замућења у сочиву.

Са повећањем таласне дужине, изнад приближно 1 μм, повећава се апсорпција очних медија. Због тога се сматра да апсорпција ИРА зрачења и сочива и пигментне шаренице игра улогу у формирању замућења сочива. Оштећење сочива се приписује таласним дужинама испод 3 μм (ИРА и ИРБ). За инфрацрвено зрачење таласних дужина дужих од 1.4 μм, очна водица и сочива су посебно снажно упијајући.

У ИРБ и ИРЦ региону спектра, очни медијуми постају непрозирни као резултат снажне апсорпције воде која их чини. Апсорпција у овој регији је првенствено у рожњачи и у очне водице. Преко 1.9 μм, рожњача је заправо једини апсорбер. Апсорпција инфрацрвеног зрачења дуге таласне дужине рожњаче може довести до повећања температуре у оку због топлотне проводљивости. Због брзе стопе обртања површинских ћелија рожњаче, може се очекивати да ће свако оштећење ограничено на спољашњи слој рожњаче бити привремено. У ИРЦ опсегу излагање може изазвати опекотине рожњаче сличне оној на кожи. Међутим, мало је вероватно да ће доћи до опекотина рожњаче због реакције аверзије изазване болним осећајем изазваним јаким излагањем.

Ефекти на кожу

Инфрацрвено зрачење неће продрети дубоко у кожу. Стога, излагање коже веома јаком ИР може довести до локалних термичких ефеката различите тежине, па чак и до озбиљних опекотина. Ефекти на кожу зависе од оптичких својстава коже, као што је дубина продирања зависна од таласне дужине (слика 3. ). Нарочито на дужим таласним дужинама, екстензивно излагање може изазвати висок локални пораст температуре и опекотине. Граничне вредности за ове ефекте зависе од времена, због физичких својстава процеса топлотног транспорта у кожи. Зрачење од 10 кВм^{-КСНУМКС}, на пример, може изазвати бол у року од 5 секунди, док излагање од 2 кВм^{-КСНУМКС} неће изазвати исту реакцију у периодима краћим од приближно 50 секунди.

Слика 3. Дубина продирања у кожу за различите таласне дужине

Ако се излагање продужава на веома дуге периоде, чак и на вредностима знатно испод прага бола, оптерећење топлотом за људско тело може бити велико. Нарочито ако експозиција покрива цело тело као, на пример, испред челичне талине. Резултат може бити неравнотежа иначе физиолошки добро избалансираног система терморегулације. Праг за толерисање такве изложености зависиће од различитих индивидуалних услова и услова околине, као што су индивидуални капацитет терморегулационог система, стварни метаболизам тела током излагања или температура околине, влажност и кретање ваздуха (брзина ветра). Без икаквог физичког рада, максимална експозиција од 300 Вм^{-КСНУМКС} може се толерисати током осам сати под одређеним условима околине, али се ова вредност смањује на приближно 140 Вм^{-КСНУМКС} током тешког физичког рада.

Стандарди изложености

Биолошки ефекти ИР излагања који зависе од таласне дужине и трајања излагања, неподношљиви су само ако су прекорачени одређени гранични интензитет или вредности дозе. Да би се заштитиле од таквих неподношљивих услова излагања, међународне организације као што су Светска здравствена организација (СЗО), Међународна канцеларија рада (ИЛО), Међународни комитет за нејонизујуће зрачење Међународног удружења за заштиту од зрачења (ИНИРЦ/ИРПА) и његове наследник, Међународна комисија за заштиту од нејонизујућег зрачења (ИЦНИРП) и Америчка конференција владиних индустријских хигијеничара (АЦГИХ) су предложили границе излагања инфрацрвеном зрачењу из кохерентних и некохерентних оптичких извора. Већина националних и међународних сугестија о смерницама за ограничавање изложености људи инфрацрвеном зрачењу су засноване или чак идентичне са предложеним граничним вредностима (ТЛВ) које је објавио АЦГИХ (1993/1994). Ова ограничења су широко призната и често се користе у ситуацијама на послу. Засновани су на актуелним научним сазнањима и намењени су да спрече термичке повреде мрежњаче и рожњаче и да избегну могуће одложене ефекте на очно сочиво.

Ревизија АЦГИХ граница изложености из 1994. је следећа:

1. За заштиту мрежњаче од термичких повреда у случају излагања видљивој светлости, (на пример, у случају снажних извора светлости), спектрални сјај L_λ у В/(м² ср нм) пондерисано према функцији опасности од топлоте мрежњаче R_λ (видети табелу 2) преко интервала таласне дужине Δ_λ и збирно у опсегу таласних дужина од 400 до 1400 нм, не би требало да пређе:

где t је трајање гледања ограничено на интервале од 10^-3 до 10 секунди (то јест, за случајне услове гледања, а не фиксирано гледање), а α је угаони поднапон извора у радијанима израчунат према α = максимално проширење извора/удаљеност до извора R_λ  (табела 2).

2. За заштиту мрежњаче од опасности излагања инфрацрвеним топлотним лампама или било ком ИЦ извору у близини где је одсутан јак визуелни стимуланс, инфрацрвено зрачење у опсегу таласних дужина од 770 до 1400 нм гледано оком (на основу зенице од 7 мм пречник) за продужено трајање услова гледања треба ограничити на:

Ово ограничење се заснива на пречнику зенице од 7 мм јер у овом случају реакција аверзије (затварање ока, на пример) можда неће постојати због одсуства видљиве светлости.

3. Да би се избегли могући одложени ефекти на очно сочиво, као што је одложена катаракта, и да би се рожњача заштитила од прекомерног излагања, инфрацрвено зрачење на таласним дужинама већим од 770 нм треба да буде ограничено на 100 В/м² у периодима дужим од 1,000 с и да:

или на краће периоде.

4. За пацијенте са афакијом, дате су одвојене функције мерења и резултујући ТЛВ за опсег таласних дужина ултраљубичастог и видљивог светла (305–700 нм).

Табела 2. Функција топлотне опасности мрежњаче

Извор: АЦГИХ 1996.

Мера

Доступне су поуздане радиометријске технике и инструменти који омогућавају анализу ризика за кожу и око од излагања изворима оптичког зрачења. За карактеризацију конвенционалног извора светлости, генерално је веома корисно мерити сјај. За дефинисање опасних услова излагања из оптичких извора, озраченост и експозиција зрачењу су од већег значаја. Процена широкопојасних извора је сложенија од процене извора који емитују на појединачним таласним дужинама или веома уским опсезима, пошто се спектралне карактеристике и величина извора морају узети у обзир. Спектар одређених лампи се састоји од континуалне емисије у широком опсегу таласних дужина и емисије на одређеним појединачним таласним дужинама (линијама). Значајне грешке се могу унети у репрезентацију тих спектра ако део енергије у свакој линији није правилно додат у континуум.

За процену опасности по здравље вредности изложености се морају мерити преко граничног отвора за који су специфицирани стандарди изложености. Обично се отвор од 1 мм сматра најмањом практичном величином отвора. Таласне дужине веће од 0.1 мм представљају потешкоће због значајних ефеката дифракције које ствара отвор од 1 мм. За овај опсег таласних дужина прихваћен је отвор од 1 цм² (пречник 11 мм), јер су вруће тачке у овом опсегу веће него на краћим таласним дужинама. За процену опасности од мрежњаче, величина отвора је одређена просечном величином зенице и стога је изабран отвор од 7 мм.

Генерално, мерења у оптичком региону су веома сложена. Мере које предузима необучено особље могу довести до неважећих закључака. Детаљан резиме мерних процедура налази се у Слинеи и Волбарсхт (1980).

Заштитне мере

Најефикаснија стандардна заштита од излагања оптичком зрачењу је потпуно затварање извора и свих путева зрачења који могу изаћи из извора. Оваквим мерама, у већини случајева требало би лако да се постигне усклађеност са границама изложености. Тамо где то није случај, примењује се лична заштита. На пример, треба користити доступну заштиту за очи у виду одговарајућих наочара или визира или заштитне одеће. Ако услови рада не дозвољавају примену таквих мера, можда ће бити неопходна административна контрола и ограничен приступ веома интензивним изворима. У неким случајевима смањење или снаге извора или радног времена (рад паузира да се опорави од топлотног стреса), или обоје, може бити могућа мера за заштиту радника.

Zakljucak

Уопштено говорећи, инфрацрвено зрачење из најчешћих извора као што су лампе, или из већине индустријских апликација, неће изазвати никакав ризик за раднике. На неким радним местима, међутим, ИР може изазвати здравствени ризик за радника. Поред тога, убрзано се повећава примена и употреба светиљки посебне намене и у високотемпературним процесима у индустрији, науци и медицини. Ако је изложеност овим применама довољно висока, не могу се искључити штетни ефекти (углавном на око, али и на кожу). Очекује се да ће се повећати значај међународно признатих стандарда излагања оптичком зрачењу. Да бисте заштитили радника од прекомерне изложености, заштитне мере као што су заштита (штитници за очи) или заштитна одећа треба да буду обавезне.

Главни штетни биолошки ефекти који се приписују инфрацрвеном зрачењу су катаракте, познате као катаракте дувача стакла или пећи. Дуготрајно излагање чак и на релативно ниским нивоима изазива топлотни стрес за људско тело. У таквим условима изложености морају се узети у обзир додатни фактори као што су телесна температура и губитак топлоте испаравањем, као и фактори околине.

У индустријским земљама развијени су неки практични водичи за информисање и упућивање радника. Свеобухватан сажетак може се наћи у Слинеи и Волбарсхт (1980).

Назад