Какие диапазоны электромагнитного излучения относятся к оптическому

Какие диапазоны электромагнитного излучения относятся к оптическому

Для частот, более низких, чем частоты оптического диапазона, нельзя построить оптические системы по законам геометрической оптики, а электромагнитное поле более высоких частот, как правило, либо проходит сквозь любое вещество, либо разрушает его.

Оптический диапазон состоит из следующих видов излучения: рентгеновское , ультрафиолетовое (УФ) , видимое , инфракрасное (ИК) . Если во времена Ньютона в оптический диапазон входило только видимое излучение, то с техническим прогрессом диапазон существенно расширился, причем рентгеновское излучение включено в оптический диапазон совсем недавно – примерно 20 лет назад. Не исключено дальнейшее расширение оптического диапазона.

На рис.1.1.1 показан участок шкалы электромагнитного излучения в длинах волн, соответствующий оптическому диапазону. Границы оптического диапазона, а также границы между его участками установлены на основе экспериментальных данных и не являются абсолютно точными.

Рис. 1.1.1. Оптический диапазон.

ОПТИ́ЧЕСКОЕ ИЗЛУЧЕ́НИЕ

ОПТИ́ЧЕСКОЕ ИЗЛУЧЕ́НИЕ, элек­тро­маг­нит­ные вол­ны, дли­ны ко­то­рых за­клю­че­ны ус­лов­но в диа­па­зо­не от еди­ниц нм до де­ся­тых до­лей мм (диа­па­зон час­тот ок. 3·10 17 –3·10 11 Гц со­от­вет­ст­вен­но). Кро­ме вос­при­ни­мае­мо­го че­ло­ве­че­ским гла­зом ви­ди­мо­го из­лу­че­ния , к О. и. от­но­сят ин­фра­крас­ное из­лу­че­ние и ульт­ра­фио­ле­то­вое из­лу­че­ние, ме­то­ды ис­сле­до­ва­ния ко­то­рых ха­рак­те­ри­зу­ют­ся зна­чит. сте­пе­нью общ­но­сти. В оп­тич. диа­па­зо­не от­чёт­ли­во про­яв­ля­ют­ся од­но­вре­мен­но вол­но­вые и кор­пус­ку­ляр­ные свой­ст­ва элек­тро­маг­нит­но­го из­лу­че­ния. Вол­но­вые свой­ст­ва О. и. по­зво­ля­ют по­нять та­кие яв­ле­ния, как ди­фрак­ция, ин­тер­фе­рен­ция, по­ля­ри­за­ция све­та. В то же вре­мя про­цес­сы фо­то­элек­трон­ной эмис­сии, те­п­ло­во­го из­лу­че­ния не­воз­мож­но объ­яс­нить, не при­вле­кая пред­став­ле­ния об О. и. как о по­то­ке час­тиц – фо­то­нов . Эту двой­ст­вен­ность при­ро­ды О. и. объ­яс­ня­ет кван­то­вая ме­ха­ни­ка (см. Кор­пус­ку­ляр­но-вол­но­вой дуа­лизм ).

Оптическая область спектра электромагнитного излучения

Длина волны l электромагнитных волн изменяется в весьма широких пределах: при современном уровне техники можно полу­чить и обеспечить регистрацию электромагнитных волн в интер­вале длин волн от нескольких тысяч метров до тысячных долей нанометра. Как известно, длина волны связана с частотой соотно­шением l = c/v ,где с == 300 000 км/с — скорость света в вакууме, следовательно, каждой длине волны соответствует определенная частота колебаний. Соответственно электромагнитные колебания охватывают широкий диапазон частот: от нескольких колебаний в секунду до 1022 Гц. В радиотехнике электромагнитные колеба­ния принято характеризовать частотой колебаний, а в оптике- длиной волны.

Видимый свет, или видимая область спектра, занимает на шкале узкий участок от l = 380 . 400 нм (фиолетовый свет) до l = 760 . 780 нм (красный свет). За пределами видимой об­ласти, действующей на человеческий глаз и вызывающей непо­средственно зрительные ощущения, расположены невидимые электромагнитные излучения с более короткой длиной волны (l < 400 нм) - ультрафиолетовое излучение (УФ-излучение) - и с более длинной (l >780 нм) — инфракрасное излучение (ИК-излучение).

Из общего спектра условно выделяют оптический диапазон, к которому относят электромагнитные колебания от l=0,01 нм (гамма-излучение) до l = 10-3нм (ИК-излучение).

Положение излучения в спектре определяет его длина волны, которую измеряют в километрах, метрах и сантиметрах в области радиоволн; в миллиметрах, микрометрах и нанометрах — в ближ­ней инфракрасной, видимой и ультрафиолетовой областях спектра;

в ангстремах — в области рентгеновского излучения, гамма-из­лучения и космических лучей.

Видимый свет, или видимая область спектра, занимает на шкале узкий участок от l = 380 . 400 нм (фиолетовый свет) до l = 760 . 780 нм (красный свет). За пределами видимой об­ласти, действующей на человеческий глаз и вызывающей непо­средственно зрительные ощущения, расположены невидимые электромагнитные излучения с более короткой длиной волны (l < 400 нм) — ультрафиолетовое излучение (УФ-излучение) — и с более длинной (l >780 нм) — инфракрасное излучение (ИК-излучение).

Из общего спектра условно выделяют оптический диапазон, к которому относят электромагнитные колебания от l=0,01 нм (гамма-излучение) до l = 10-3нм (ИК-излучение).

Положение излучения в спектре определяет его длина волны, которую измеряют в километрах, метрах и сантиметрах в области радиоволн; в миллиметрах, микрометрах и нанометрах — в ближ­ней инфракрасной, видимой и ультрафиолетовой областях спектра;

в ангстремах — в области рентгеновского излучения, гамма-из­лучения и космических лучей.

К УФ-области примыкает участок рентгеновского излучения, охватывающий диапазон l = 0,01 . 0,1 нм. За ними расположена область гамма-излучения с l < 0,1 нм. Области рентгеновских и гамма-излучений частично перекрываются.

Рентгеновское излучение возникает в специальных трубках, а гамма-излучение испускается радиоактивными ядрами некото­рых элементов. Ниже представлено разделение спектра оптического диапазона на отдельные области.

Охрана труда и БЖД

Охрана труда и безопасность жизнедеятельности

Электромагнитные поля и излучения оптического диапазона
Неионизирующие электромагнитные поля и излучения

К излучениям оптического диапазона относятся:

— излучения видимой области спектра (человек имеет к ним наибольшую чувствительность);

— ультрафиолетовые (УФ) излучения;

— излучения инфракрасного (ИК) спектра;

— лазерные излучения (ЛИ).

Излучения видимой области спектра. Видимое (световое) излучение — это электромагнитные колебания с длиной волны 0,78—0,4 мкм.

Источником видимого светового излучения, широко распространенным на железнодорожном транспорте, является электродуговая сварка, применяемая при ремонте подвижного состава. Она дает световой поток большой энергии с присутствием УФ спектра излучения.

При высоких уровнях энергии это излучение может представлять опасность для глаз и кожи. Световой импульс большой энергии приводит к временному ослеплению или ожогам сетчатки глаз. Пульсации яркого света ухудшают зрение, вызывают сужение полей зрения, снижают работоспособность, оказывают негативное влияние на центральную нервную систему. При остром повреждении кожи световым импульсом большой энергии наблюдаются ожоги открытых участков тела, резкое расширение капилляров, усиление пигментации кожи.

Защита от действий видимого светового излучения. К средствам защиты от действия видимого светового излучения относятся в первую очередь индивидуальные средства: защитные очки, щитки, шлемы, защитная одежда (комбинезоны, халаты и т.д.).

Электромагнитные излучения инфракрасного диапазона (ЭМИ ИК). Тепловое, или инфракрасное, излучение представляет собой часть электромагнитных излучений с длиной волны от 0,780 до 1000 мкм, энергия которых при поглощении веществом вызывает тепловой эффект. В производственных помещениях гигиеническое значение имеет более узкий диапазон от 0,78 до 70 мкм.

Источниками ИК-излучений являются нагретые до высокой температуры плавильные печи, расплавленный металл, газосветные лампы, ртутные выпрямители и другое производственное оборудование.

Воздействие на человека. Тепловое излучение поглощается тканями человеческого тела, вызывая их нагревание. Интенсивное и длительное тепловое облучение может привести к ожогам, перегреву тела, нарушению деятельности сердечнососудистой и нервной систем, заболеванию глаз. К острым нарушениям органа зрения относится ожог и помутнение роговицы и хрусталика.

Наиболее биологически активно коротковолновое ИК-излучение. Оно способно глубоко проникать в ткани организма, интенсивно поглощаться водой, содержащейся в тканях, приводить к ожогам и перегреву тела.

Кроме органов зрения, наиболее поражаемым у человека является кожный покров. При остром повреждении кожи возможны ожоги, резкое расширение капилляров, усиление пигментации кожи, при хроническом облучении изменение пигментации может быть стойким, может появиться красный цвет лица у рабочих (стеклодувов, сталеваров и др.).

Излучение ИК-диапазона может приводить к нарушению обменных процессов, особенно к изменениям в сердечной мышце с развитием атеросклероза.

Защита от воздействия ИК-излучения. При интенсивности теплового излучения свыше нормативной предусматриваются технические меры защиты — теплоизоляция, экранирование (теплоотражающие и теплопоглощающие экраны), воздушное душирование, вентиляция; организационные меры защиты — применение защитной одежды, установление специальных режимов труда и отдыха.

Ультрафиолетовое излучение. Ультрафиолетовое излучение (УФИ) — это спектр ЭМИ с длиной волны от 0,2 до 0,4 мкм.

Источники УФИ могут быть естественного и искусственного (техногенного) происхождения. Источником естественного происхождения является одна из составляющих потока солнечного излучения. Источниками искусственного происхождения являются лампы дневного света, электросварочные дуги, автогенное пламя, плазмотроны, ртутно-кварцевые горелки. Все это оборудование широко используют на объектах железнодорожного транспорта.

Воздействие ультрафиолетового излучения на работника. УФИ естественного происхождения — жизненно необходимый фактор, оказывающий благотворное, стимулирующее действие на организм. При длительном недостатке солнечного света возникают нарушения физиологического равновесия организма, развивается «световое голодание» (ослабляются защитные иммунобиологические реакции организма, обостряются хронические заболевания, появляются функциональные расстройства нервной системы).

УФИ техногенного происхождения оказывает на организм человека, как правило, негативное воздействие. УФИ обладают способностью развивать в организме не свойственные для него фотохимические реакции, вызывать люминесценцию (свечение), изменять газовый состав воздуха производственных помещений (ионизировать воздух). В воздухе образуются озон и оксиды азота. Эти газы обладают значительной биологической активностью, высокой токсичностью и могут оказывать вредное воздействие на организм человека, особенно в плохо проветриваемых помещениях.

Наиболее подвержены действию УФИ органы зрения и кожа. Острые поражения глаз проявляются ощущением постороннего тела или песка в глазах, светобоязнью, слезоточением. Роговица и хрусталик глаза, повреждаясь, теряют прозрачность. При повреждении сетчатки происходит необратимое нарушение зрения, так как клетки сетчатки не восстанавливаются.

Кожные поражения протекают в виде острых воспалительных процессов, иногда с отеками и образованием пузырей. Хронические (постоянные) изменения кожных покровов могут вызвать развитие злокачественных новообразований. Кожные поражения могут сопровождаться повышением температуры, ознобом, головными болями.

В то же время малые дозы УФИ оказывают благоприятное стимулирующее действие на организм. Повышаются тонус, активность ферментов и уровень иммунитета, увеличивается секреция ряда гормонов. Нормализуется артериальное давление, снижается уровень холестерина в крови, нормализуются все виды обмена и как следствие увеличивается работоспособность. УФИ обладает выраженным бактерицидным (обеззараживающим) действием.

Защита от УФИ. Мерами защиты от повышенной инсоляции (облучения УФ лучами) являются защитные экраны различных типов.

Они представляют собой разнообразные преграды, загораживающие, рассеивающие или отводящие излучения.

Средствами индивидуальной защиты глаз и кожи являются специальные очки со стеклами, содержащими оксид свинца, но даже обычные стекла пропускают не все УФИ. При электросварочных работах обязательно применение светозащитных щитков. Для защиты кожи служит специальная одежда, которая изготавливается из поплина и имеет длинные рукава и капюшон, а также защитные кремы.

Средством защиты служит регламентированное время нахождения человека в зоне действия УФ излучения (экспозиция).

Для профилактики отравлений оксидами азота и озоном, сопутствующих УФИ, помещения должны быть оборудованы местной или общеобменной вентиляцией, а при производстве сварочных работ в замкнутых объемах подают свежий воздух непосредственно под щиток или шлем работника.

Лазерное излучение. Лазерное излучение (ЛИ) представляет собой особый вид ЭМИ оптического диапазона с длиной волны 0,1— 1000 мкм. Отличие лазерного излучения от других видов ЭМИ заключается в том, что источник изучения испускает электромагнитные волны строго в одной фазе, одной длины волны и с острой направленностью луча.

Основным источником ЛИ является лазер (оптический квантовый генератор).

На объектах железнодорожного транспорта внедряются лазерные установки для высокоточной механической обработки поверхностей из тугоплавких материалов и материалов высокой твердости, для их сверления, точной сварки. В электронных платах приборов автоматики и устройствах СЦБ с помощью лазеров прошивают высокоточные отверстия диаметром в сотые доли толщины человеческого волоса.

В медицине с помощью лазеров проводят операции на глазах, сосудах, нервных волокнах.

Воздействие ЛИ на организм человека. Лазерное излучение действует избирательно на различные органы. Негативный эффект воздействия ЛИ на ткани организма усиливается при неоднократных воздействиях и при комбинациях с другими негативными производственными факторами.

Результатом локального (местного) воздействия могут быть ожоги разной степени тяжести (от легкого покраснения до поверхностного обугливания), особенно на пигментированных участках (родимые пятна, места с сильным загаром).

ЛИ способно проникать через ткани тела на значительную глубину. При фокусировке луча внутри организма возможно поражение внутренних органов даже на значительном удалении от поверхности тела.

При непрерывном режиме воздействия ЛИ преобладают в основном тепловые эффекты, следствием которых являются свертывания белка, а при больших мощностях — испарение биоткани.

Наиболее чувствительным к ЛИ органом является глаз. Расстройства могут быть от небольших нарушений до полной потери зрения. Роговица и хрусталик повреждаются и теряют прозрачность. Нагрев хрусталика приводит к образованию катаракты (помутнения). При повреждении сетчатки происходит необратимое нарушение зрения.

Общее воздействие ЛИ может привести к функциональным нарушениям нервной, сердечнососудистой систем, желез внутренней секреции, артериального давления, увеличению утомляемости, снижению работоспособности. Опасность представляет не только прямое, но и отраженное и рассеянное ЛИ.

При работе лазерных установок появляются сопутствующие негативные факторы (высокое напряжение, шум, аэрозоли и химические вещества в зоне действия луча). На фоне постоянного шума от лазерной установки возникают еще и звуковые импульсы с высоким уровнем интенсивности. Например, при обработке поверхности детали они возникают тогда, когда световая энергия переходит в механическую.

Защита от лазерного излучения. В целях исключения облучения работающих с лазерами применяется ограждение зоны действия ЛИ либо экранирование пучка излучения. Лазеры, представляющие повышенную опасность, размещаются в изолированных помещениях и снабжаются дистанционным управлением.

К индивидуальным средствам защиты при работе с лазерами относятся специальные очки, щитки, маски, обеспечивающие снижение облучения глаз до безопасного уровня. Работающие с лазерами подлежат предварительным и периодическим (один раз в год) медицинским осмотрам с участием терапевта, невропатолога, окулиста.

Гигиеническое нормирование лазерного излучения регламентировано «Санитарными нормами и правилами устройства и эксплуатации лазеров» СанПиН 5804-91. В этом документе установлены различные ПДУ для глаз (роговицы и сетчатки) и кожи.