非游離輻射講解分析

非游離輻射講解分析綱要

04雷射

01非游離輻射的范圍

03紅外線

02紫外線

05電磁場何謂非游離輻射非游離輻射不同于游離輻射來自于放射性核種的蛻變，它不會造成受暴露物質(zhì)的組成原子產(chǎn)生游離效應(yīng)。為能量低于10電子伏特(eV)，也就是說頻率小于2.41015

赫茲(Hz)，波長大于124nm的電磁輻射波段。電磁輻射光譜非游離輻射的種類非游離輻射包括:紫外線(ultraviolet,UV)可見光(visiblelight)紅外線(infrared,IR)雷射(laser):包括紫外線、可見光和紅外線三種波段微波(microwave)射頻(radiofrequency)或無線電波非常低頻及極低頻電磁場(verylowfrequencyandextremelylowfrequencyelectricandmagneticfields,VLFandELF)紫外線(Ultraviolet,UV)(1)為非游離輻射中頻率最高的輻射(或能量)的輻射。來源:主要為太陽光波長范圍:100nm~400nm由波長范圍大小，區(qū)分為三種紫外線:UVA(近紫外線)波長范圍:315nm~400nm可穿透空氣、石英、玻璃和水UVB(中紫外線)波長范圍:280nm~315nm可穿透空氣和石英，但無法穿透玻璃UVC(遠(yuǎn)紫外線)波長范圍:100nm~280nm對所有介質(zhì)的穿透力極低，為大氣的臭氧層吸收，鮮少到達(dá)地表。紫外線(Ultraviolet,UV)(2)測量單位:光度(irradiance)或稱為powerdensity依國家制單位(InternationalSystem,SI,units)為瓦特/平方公尺(W/m2)或微瓦特/平方公分(mW/cm2)。輻射暴露(radiantexposure)光生物反應(yīng)的能量劑量(energydose)，單位為焦耳/平方公尺(J/m2)或微焦耳/平方公分(mJ/cm2)。光譜光度(spectralirradiance)某一小段波長的光度除以一段波長范圍，W/m3或W/m2/nm。紫外線(Ultraviolet,UV)(3)據(jù)估計，當(dāng)臭氧減少10%時，將使波長小于300nm的紫外線到達(dá)地球的量增加一倍，但對于UVA波段的紫外線，并沒有顯著影響。所謂光化性的紫外線(actinicultraviolet)是指能導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)的紫外線，包括波長小于320nm的紫外線。由以人體模型所做的紫外線劑量測定研究指出，人體最大日照部位包括:足尖、肩膀和耳朵、后頸部、和接近鼻子、顴骨和下嘴唇區(qū)域。紫外線(Ultraviolet,UV)(4)在UVB產(chǎn)生日曬灼傷的有效性研究上發(fā)現(xiàn)，約60%接受上午10時到下午2時的日照，波長300nm的紫外線在上午9時和下午3時的太陽光度，相對于正午而言減低10倍。在瑞典的研究指出，對室外、室內(nèi)和室內(nèi)外混合的工人的UVB年暴露劑量分別為6、2和1kJ/m2(20%)。由反射而來的UV，對于考慮眼睛所遭受的劑量相當(dāng)重要。大多數(shù)的物質(zhì)并不反射UV，自然的UV反射物包括：雪、海面及富含石英和石灰的干海沙。人為的UV反射面如不光亮的鋁、含金屬氧化物的白漆涂面、灰色的瀝青鋪面、淺色的水泥人行道等。人為的紫外線來源(1)水銀燈低壓燈泡放射253.7nm的UV，主要用途為殺菌。中高壓燈泡放射365nm的UV，主要用途為curing及區(qū)域照明，如健身防和停車場。為帶青色的光線，近距離直視會導(dǎo)致UV傷害。典型的區(qū)域照明水銀燈泡會有兩層包封，內(nèi)層包封的材質(zhì)為石英，外層包封為UV的不透明物質(zhì)如硼硅酸鹽所制，倘若外層包封破裂而仍繼續(xù)使用，則可能因為小于350nm的UV增加，而造成健康危害。日光燈日光燈照明和皮膚癌的相關(guān)曾經(jīng)被調(diào)查，國際輻射保護(hù)協(xié)會(InternationalRadiationProtectionAssociation,IRPA)認(rèn)為日光燈照明并不是黑色素皮膚癌(melanomaskincancer)的成因。在非黑色素皮膚癌(nonmelanomaskincancer)發(fā)生率的模式研究發(fā)現(xiàn)，對于無壓克力屏蔽的燈管可測得UVA、B和C，有壓克力屏蔽的燈管則測不到UV。人為的紫外線來源(2)白熱光源鎢絲燈泡因為溫度從不超過3000K，僅放射少量UV。玻璃包封減少UV的放射，高溫白熱光源如鹵素?zé)鬠V，以石英包封增加UV的放射。氫氧焰和氧炔焰亦為產(chǎn)生UV的白熱光源。電焊產(chǎn)生高強度的UV，決定UV放射的因子包括:電弧電流、遮蔽氣體、電極線圈材質(zhì)、基質(zhì)金屬和接合形態(tài)(jointgeometry)。一些較具UV危害性的電焊制程包括:用鋁或鐵合金的氬金屬電弧電焊(argon-shieldedgas-metalarcwelding,GMAW)和用鐵合金的氦鎢電弧電焊(helium-shieldedgastungstenarcwelding,GTAW)。人為的紫外線來源(3)計算機顯示器由于電子束和黃磷涂裝的熒幕作用，使得計算機顯示器產(chǎn)生低量的UVA。據(jù)研究，在距離熒幕一公尺的UVA光度，小于1.810-4

W/m2。由計算機顯示器所放射的UVA，遠(yuǎn)小于由日光透過玻璃進(jìn)入室內(nèi)的量。UVB貢獻(xiàn)極少的顯示器總UV放射，在距離50公分的光度為1.010-5

W/m2。醫(yī)學(xué)及牙醫(yī)醫(yī)學(xué)上UV主要用于光治療(phototherapy)、光化學(xué)治療(photo-chemo-therapy)、曬成褐色，消毒和滅菌。有研究指出，光治療的人員暴露于超過暴露標(biāo)準(zhǔn)的UVB和UVC。6J/m2

的UV每日中位劑量(mediandailydose)，被使用于光治療操作人員死于UV誘發(fā)的非黑色素皮膚癌的風(fēng)險。假定40年的工作生命，光治療操作人員死于皮膚癌的機會比非暴露的人多25%。由牙醫(yī)的leakycuringtool所造成的300~400nm間的UV暴露約為0.04mW/m2，300nm的暴露為0.003~0.004mW/m2。人為的紫外線來源(4)實驗室低壓水銀燈用于控制實驗室內(nèi)的細(xì)菌、病毒、酵母菌和霉菌的產(chǎn)生，造成UV的暴露。主要的UV燈波長有253.7和300nm。健身房中的日照燈或亭(tanninglamps/booths)健身房中的日照燈或亭是一個重要的UV發(fā)生源，一般在日照床表面的UV光度，因為燈泡老化和不佳的配置，因而光度在5.7~22W/m2范圍內(nèi)變化。燈泡應(yīng)該在使用前使其老化10小時，以減少UV和不相等的UV暴露劑量。使用UVA燈泡作人工日照曬黑，可能使全身性紅斑性狼瘡(systemiclupuserythematosus)惡化及造成皮膚炎。紫外線和物質(zhì)的作用機制---吸收UV和生物體組織的作用機制為熱和光化學(xué)效應(yīng)，這些機制涉及分子中吸收結(jié)構(gòu)色素基(chromophore)的非隨機UV吸收。最重要的分子吸收結(jié)構(gòu)為含非飽和的雙鍵的有機化合物，包括核酸和蛋白質(zhì)，其他如酵素和荷爾蒙亦相當(dāng)重要。在任何光化學(xué)變化發(fā)生前，必有UV光的吸收。然后吸光分子被活化，產(chǎn)生熱或造成相同或不同波長光放射，或?qū)е麓渭壏磻?yīng)，造成原始分子結(jié)構(gòu)的改變。核酸的次級反應(yīng)為pyrimidine水解物的形成、DNA-proteincrosslinks、prrimidineadducts、pyrimidinedimerization和DNA斷裂。Dimerization為最重要的反應(yīng)，它造成兩個相同結(jié)構(gòu)的分子形成一個小的聚合物(polymer)，這個聚合物也許干擾DNA的合成和復(fù)制。紫外線的生物效應(yīng)UV的主要的危害標(biāo)的器官或系統(tǒng)(targetorgansystem)為皮膚、免疫系統(tǒng)和眼睛。生物效應(yīng)和頻率有密切關(guān)系，因此定義出幾個作用波段(actionspectrum)，來描述暴露劑量和生理反應(yīng)的關(guān)系。作用波段為對生物效應(yīng)閾值的倒數(shù)，通常表達(dá)生物效應(yīng)效能(biologicalefficacy)經(jīng)由對UV波段以生物效應(yīng)最有效波長作常態(tài)化，如對皮膚以297nm、對眼睛以270~280nm。UV誘發(fā)靈長類眼角膜炎的作用波段紫外線對皮膚的危害(1)表皮為皮膚阻隔光線的主要結(jié)構(gòu)，表皮的主要色素基包括:最外層角質(zhì)層(stratumcorneum)的蛋白質(zhì)胺基酸和最內(nèi)層的核酸。UV穿透組織的深度和波長、色素沉積狀況和組織厚度有關(guān)。波長小于297nm的UV為表皮所吸收，波長大于297nm的UV穿透至真皮。UV對不同膚色的人種穿透深度不同，白人>印地安人>黑人。穿透力和組織厚度成指數(shù)衰減。StratumCorneum皮膚的結(jié)構(gòu)紫外線對皮膚的危害(2)急性效應(yīng)皮膚發(fā)紅(erythema)血管舒張、血管滲透性增加、血流及細(xì)胞排出物增加、。250nmUV產(chǎn)生最大效應(yīng)，297nm其次。最低皮膚發(fā)紅劑量(minimalerythemadose,MED)是使皮膚產(chǎn)生可看得到的發(fā)紅現(xiàn)象所需的最低UV劑量。皮膚較黑的人有較高的MED。在UV暴露后，表皮增厚和黑色素沉積，以增加皮膚的保護(hù)。光敏感(photosensitization)在特定化化學(xué)物質(zhì)存在下，皮膚對UV的不正常反應(yīng)，通常發(fā)生在臉部、手臂和手。這些反應(yīng)在本質(zhì)上可能是光毒性(phototoxic)或光過敏(photoallergic)。光毒性物質(zhì)有:煤焦油、古龍水、口紅、化妝品和防曬油。光過敏物包括:水楊酰氨基苯、抗生素、六氯苯、化妝品和古龍水。紫外線對皮膚的危害(3)慢性效應(yīng)皮膚老化特征為皮膚的結(jié)締組織遭受破壞而減少彈性。免疫系統(tǒng)的影響可能為局部或全身反應(yīng)，包括壓抑對化學(xué)物質(zhì)的接觸性過敏，及在實驗動物誘發(fā)惡性腫瘤的成長。皮膚癌所有底部和上皮細(xì)胞癌均為非黑色素皮膚癌(nonmelanomaskincancer，NMSC)，主要和UVB的暴露有關(guān)。黑色素瘤為在表皮內(nèi)管制皮膚色素產(chǎn)生的細(xì)胞(mlanocytes)變化為腫瘤細(xì)胞。紫外線對眼睛的危害角膜炎和結(jié)膜炎角膜和結(jié)膜的腫脹現(xiàn)象，最有效波長在270~280nm。通常癥狀在過度暴露UV6~12小時后發(fā)生。主要癥狀為疼痛、瞼痙攣、流淚、結(jié)膜充血、畏光、視力模糊和眼睛抓傷感覺。白內(nèi)障最有效波長為290~310nm，在300nm附近為高峰。流行病學(xué)研究顯示白內(nèi)障的發(fā)生和環(huán)境UV的強度有關(guān)。UVA(315~400nm)沒有任何保護(hù)的眼睛，對暴露時間持續(xù)1000秒以下者，其暴露不應(yīng)該超過1.0J/cm2

。對暴露時間持續(xù)1000秒以上者，總暴露光度不可超過1.0mW/cm2。沒有任何保護(hù)的眼睛或皮膚的暴露，不可超出下表所列的數(shù)值。UVB和UVC沒有任何保護(hù)的眼睛或皮膚的暴露，不可超出下表所列的數(shù)值，其暴露時間(以秒計算)可依下列公式計算:紫外線的暴露恕限值A(chǔ)CGIH的UV暴露恕限值A(chǔ)CGIH的UV暴露恕限值圖示工程控制隔離或封閉涂漆連結(jié)鎖(interlock)和警報個人保護(hù)裝備眼睛防護(hù)鏡皮膚穿著防UV的衣服涂抹防曬油對ActinicUV僅有0.003%穿透的布料UV暴露控制(1)UV暴露控制(2)皮膚防曬系數(shù)(Sunprotectionfactor,SPF)有防護(hù)對無防護(hù)下UVB造成皮膚發(fā)紅所需的劑量的比值。常見的皮膚保養(yǎng)品的防曬系數(shù)為15。行政控制防護(hù)設(shè)備采購前的審核限制特別敏感工人的接觸增加到發(fā)生源的距離和減低暴露時間警告標(biāo)志和標(biāo)示紫外線指數(shù)(UVIndex)紫外線指數(shù)(UVIndex)是對隔天中午時間，對特定地區(qū)到達(dá)地球的可能傷害皮膚UV量的預(yù)測，這個指數(shù)是對中午時間在考慮云層的影響下，估計紫外線暴露值。晴朗的天空UV100%穿透些許云層UV89%穿透零碎云層UV73%穿透陰暗的天空UV32%穿透紅外線的頻率恰巧和分子的振動和轉(zhuǎn)動一致，當(dāng)它和物質(zhì)作用時，導(dǎo)致化合物在紅外線某特定范圍光譜明顯的吸收。所有紅外線放射體所放射的紅外線能量為這些物體的黑體溫度和放射系數(shù)(emissivity)有關(guān)，此放射系數(shù)為一個0到1的修正因子。大多數(shù)的紅外線放射源放射一個寬帶波長，其最大能量波長可由下式計算:紅外線(Infrared,IR)(1)紅外線(Infrared,IR)(2)紅外線光譜范圍在0.8~1000m之間，通常整個光譜范圍被分為三個區(qū)段:近紅外線(nearinfrared,IRA):波長在0.8~1.4m之間中紅外線(middleinfrared,IRB):波長在1.4~3m之間遠(yuǎn)紅外線(farinfrared,IRC:波長在3~1000m之間紅外線在工業(yè)上的應(yīng)用包括:涂漆、釉料、瓷釉、黏著劑、油墨和表面處理的干燥和烘烤金屬零件加熱裝配布料、紙張、皮革、肉類、蔬菜、陶器和砂模的干燥紅外線的危害(1)眼睛影響角膜(cornea)和較深層的組織如水晶體(lens)和玻璃狀液(vitreoushumor)，紅外線對眼睛的穿透和波長有關(guān)系，在0.8~1.2m波長的紅外線大約有50%穿透到眼睛的深層組織。暴露到高強度的紅外線會使眼睛產(chǎn)生疼痛和上皮細(xì)胞燒傷，不過這些效應(yīng)會受眨眼反應(yīng)所影響。低強度長時間的暴露可能加熱虹膜和水晶體。紅外線所導(dǎo)致的白內(nèi)障已在吹玻璃工人和熔爐工人發(fā)現(xiàn)，主要起因于對水晶體和其附近的組織加熱。視網(wǎng)膜對近紅外線(760~1400nm)至為敏感，其傷害可能和因加熱組織造成蛋白質(zhì)和其他大分子變性。紅外線的危害(2)皮膚紅外線危害的次要目標(biāo)器官。主要的效應(yīng)包括造成微血管擴張及色素沉積。當(dāng)紅外線造成皮膚溫度升高至45°C時，會到達(dá)皮膚疼痛閾值。保護(hù)角膜和水晶體為了避免角膜的熱傷害和可能的延遲效應(yīng)，在熱環(huán)境的紅外線暴露時間大于1000秒的情形，應(yīng)限制光度最高為10mW/cm2；對于暴露時間小于1000秒的情況，光度限制依下列公式計算:為保護(hù)視網(wǎng)膜，IRA(700nm<<1400nm)的光度肉眼所能正視的數(shù)值，在暴露時間大于10秒時，其值如下:紅外線的暴露恕限值雷射的英文名稱LASER是由下列5個字的開頭字母所組成:LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation，意思為經(jīng)由(原子)激發(fā)的所產(chǎn)生的強烈光線放射。產(chǎn)生雷射的元件主要包括:一個光學(xué)空腔、一個幫浦系統(tǒng)和一些適當(dāng)?shù)奈镔|(zhì)。下圖為典型的雷射腔。雷射(Laser)(1)雷射的描述單位雷射可以在脈沖或連續(xù)波兩種主要形式下操作。對于脈沖式雷射的輸出以J/cm2

表示，對于連續(xù)波式雷射的輸出則以W/cm2

表示。

雷射危害的生物機轉(zhuǎn)(1)雷射所造成的生物危害主要透過下列三個機轉(zhuǎn)熱燒傷雷射所誘發(fā)的組織傷害為熱效應(yīng)，組織的蛋白質(zhì)會因吸收熱而變性。在可見光和紅外光范圍的雷射(波長400-1400nm)進(jìn)入眼睛后會聚焦在視網(wǎng)膜上，而導(dǎo)致視網(wǎng)膜熱燒傷。眼睛的聚光強度放大效果大約為100,000;因此1mW/cm2

的光度進(jìn)入眼睛后，會造成視網(wǎng)膜暴露到100W/cm2

光度的暴露，此強度的能量足以造成視網(wǎng)膜組織燒傷。因為視網(wǎng)膜為不會再生的組織，這樣的傷害會造成永久的失能。光化學(xué)傷害不同于可見光雷射的熱效應(yīng)方式，紫外線和藍(lán)光的毫秒脈沖雷射可能傷害眼睛和皮膚組織以光化學(xué)反應(yīng)機制。其作用方式為刺激光接受器，提升細(xì)胞內(nèi)的活動兒而造成失能。雷射危害的生物機轉(zhuǎn)(2)熱音震效應(yīng)小于10s的脈沖雷射可在視網(wǎng)膜上誘發(fā)出一個震波，而造成視網(wǎng)膜產(chǎn)生一個永久破口。事實上這樣的音震傷害比熱燒傷更具傷害性，因為它會造成視網(wǎng)膜上較大面積的傷害，且它的效應(yīng)能量閾值明顯較低。雷射暴露的主要熱效應(yīng)和下列因素有關(guān):組織對特定雷射波長的吸收和散射系數(shù)大小所暴露雷射的強度暴露持續(xù)時間和重復(fù)的次數(shù)局部組織的血流程度受照射組織的大小視網(wǎng)膜視神經(jīng)角膜水晶體玻璃體虹膜眼睛的結(jié)構(gòu)雷射危害分類(1)雷射危害分類的目的為對雷射使用者提供一些警語和標(biāo)示，以告知其所使用裝置的雷射危害等級，及用作為定義控制測定和醫(yī)學(xué)調(diào)查的基礎(chǔ)。雷射危害等級雷射危害依其潛在的生物危害分為四個等級(I、II、III和IV):等級I沒有放射任何已知危害程度的雷射，這一個等級的雷射被認(rèn)為〝眼睛安全〞雷射。使用等級I的雷射產(chǎn)品或裝置，在操作和維修期間通常并不需要雷射危害防護(hù)裝置。雷射危害分類(2)等級

IIA當(dāng)暴露時間少于1000秒，不考慮為具慢性視覺危害(chronicviewinghazard)。但是當(dāng)暴露時間大于1000秒時，則認(rèn)為具危害性。這個等級僅適用于功率低于3.9W的可見光雷射。等級

II低功率可見光雷射(400~710nm)，其放射功率高于等級I雷射的功率，但不超過1mW。這個等級的雷射當(dāng)暴露時間大于0.25秒，被認(rèn)為具慢性視觀危害。人類對明亮光線的厭惡反應(yīng)，被認(rèn)為提供一些保護(hù)。僅需要一些特定的限制性控制。等級

IIIA這個等級的雷射會造成急性或慢性視覺危害，其危害程度依光度而定。通常指可見光雷射功率小于5mW。危害發(fā)生在眼睛暴露于激光束中，建議需要一些限制性控制。雷射危害分類(3)等級

IIIB直接照射具急性眼睛和皮膚危害，為中度功率的雷射(連續(xù)波:5-500mW,脈沖式:10J/cm2)這個等級的雷射不會導(dǎo)致火災(zāi)，但是有可能產(chǎn)生危害性的擴散反射(hazardousdiffusereflection)或稱間接照射危害，被建議采用特殊控制裝置。等級

IV直接照射或間接照射(scatteredlaserradiation)均具急性眼睛和皮膚危害為高功率雷射(連續(xù)波:500mW,脈沖式:10J/cm2)，具有潛在性火災(zāi)危害，需要重要的控制裝置和防護(hù)設(shè)施。雷射暴露限值可接近放射限值(accessibleemissionlimit,AEL)AEL定義為最大容許暴露值和限制孔徑的面積的乘積，對可見光和進(jìn)紅外線雷射的限制孔徑為7mm。最大容許暴露值(maximumpermissiblelimit,MPE)對于雷射暴露者的眼睛和或皮膚不會造成任何危害或生物效應(yīng)和變化的最大容許雷射光度。名義危害區(qū)域(nominalhazardzone,NHZ)名義危害區(qū)域指一個空間，在正常操作情況下，其內(nèi)的直接、反射或散射的雷射超過最大容許暴露值。在名義危害區(qū)域周邊外圍區(qū)域，其雷射暴露強度則低于最大容許暴露值。暴露時間對不同的雷射操作條件，不同的暴露時間的最大容許暴露值并不同，這些暴露時間的選定如下:0.25秒為人類對明亮光線刺激的厭惡時間，也就是說眨眼反射時間，這是人體對不期望的雷射暴露的第一線防衛(wèi)，這也是雷射等級II的制定觀念。

10秒代表眼睛對紅外線(主要為近紅外線暴露)雷射最壞情況的暴露時間，眼睛的自然運動情況不太可能大于10秒鐘。600秒代表觀測可見的擴張反射源，典型的最壞情況暴露時間，如定位工作時。30,000秒代表一個近似8小時工作的職業(yè)暴露時間(28,800)。控制測定和安全措施工程控制防護(hù)罩(protectivehousing)主開關(guān)控制光學(xué)觀測安全系統(tǒng)光束停止或衰減裝置雷射啟動警告系統(tǒng)防護(hù)罩連結(jié)鎖(interlock)裝置遙控連結(jié)鎖個人保護(hù)設(shè)備眼睛保護(hù)設(shè)備和防護(hù)衣行政和程序控制標(biāo)準(zhǔn)操作程序的建立定位程序的建立限制無關(guān)人員的進(jìn)出防護(hù)設(shè)備雷射控制區(qū)的標(biāo)示適當(dāng)?shù)睦咨湮：鏄?biāo)示包括:等級IIIA、等級IIIB和等級IV雷射需要標(biāo)示危險信號，格式為:白色背警,紅色雷射符號、黑色邊線和黑色文字。等級II或等級IIIA區(qū)域需要標(biāo)示小心的符號，格式為:黃色背景、黑色符號和文字。當(dāng)暫時的雷射控制區(qū)域建立時，需標(biāo)示注意的符號，格式為:白色背景、紅色雷射符號、藍(lán)框和黑色文字。這個標(biāo)示僅在雷射使用中貼出。雷射等級檢查如何決定雷射等級分類雷射產(chǎn)品是一個相當(dāng)復(fù)雜的過程，它涉及可接近放射限值(accessibleemissionlimit,AEL)的決定，雷射放射的測定，測定放射脈沖的特性，及標(biāo)準(zhǔn)制定機構(gòu)對雷射產(chǎn)品功能的評估。分類等級是制造商必須提供的一個必要明細(xì)，而且僅能標(biāo)示在產(chǎn)品的一個位置上，在雷射警告標(biāo)示的左下方，必須明白指出產(chǎn)