Источники и использование инфракрасного излучения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

Введение

Источники и использование  инфракрасного излучения

Биологическое действие инфракрасного  излучения

Защита  от инфракрасных излучений

Заключение

Список  литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Инфракрасное  излучение  или инфракрасные лучи, это электромагнитное излучение, занимающее спектральную область  между красным  концом видимого света (с длиной волны 0,74 мкм) и коротковолновым  радиоизлучением (1-2 мм).

Инфракрасное  излучение  также называют «тепловым» излучением, так как инфракрасное излучение от нагретых предметов  воспринимается кожей человека как  ощущение тепла. При этом длины волн, излучаемые телом, зависят от температуры  нагревания: чем выше температура, тем  короче длина волны и выше интенсивность  излучения.

Спектр  инфракрасного  излучения, так же как и спектр видимого и ультрафиолетового излучений, может состоять из отдельных линий, полос или быть непрерывным в  зависимости от природы источника  инфракрасного излучения.

В зависимости от длины волны изменяется проникающая способность инфракрасного  излучения. Наибольшую проникающую  способность имеет коротковолновое  инфракрасное излучение (0,76-1,4 мкм), которое  проникает в ткани человека на глубину в несколько сантиметров. Инфракрасные лучи длинноволнового  диапазона (9-420 мкм) задерживаются в  поверхностных слоях кожи.

Цель  данной работы- определить, какое влияние излучение оказывает  на человека и какие существуют способы  защиты от изучения.

 

 

 

 

 

 

 

1. Источники  и использование инфракрасного излучения

 

Мощным  источником И. и. является Солнце, около 50% излучения  которого лежит в  инфракрасной области. Значительная доля (от 70 до 80%) энергии  излучения ламп накаливания с  вольфрамовой нитью  приходится на И. и. При фотографировании в темноте и в некоторых  приборах ночного наблюдения лампы  для подсветки снабжаются инфракрасным светофильтром, который пропускает только инфракрасное излучение. Мощным источником инфракрасного излучения. является угольная электрическая дуга с температурой ~ 3900 К, излучение которой близко к излучению чёрного тела, а также различные газоразрядные лампы (импульсные и непрерывного горения).

производственных условиях выделение тепла возможно от:

плавильных, нагревательных печей и других термических устройств;

остывания нагретых или  расплавленных металлов;

перехода в тепло  механической энергии, затрачиваемой  на привод основного технологического оборудования;

перехода электрической  энергии в тепловую и т.п.

Около 60% тепловой энергии  распространяется в окружающей среде путём инфракрасного  излучения. Лучистая энергия, проходя  почти без потерь пространство, снова  превращается в тепловую. Тепловое излучение не оказывает непосредственного воздействия на окружающий воздух, свободно пронизывая его.

Производственные  источники  лучистой теплоты по характеру  излучения  можно разделить на четыре группы:

с температурой излучающей поверхности до 500oС (наружная поверхность  печей и др.); их спектр содержит инфракрасные лучи с длиной волны 1,9-3,7 мкм;

с температурой поверхности  от 500 до 1300oС (открытое пламя, расплавленный  чугун и др.); их спектр содержит преимущественно  инфракрасные лучи с длиной волны 1,9-3,7 мкм;

с температурой от 1300 до 1800oС (расплавленная сталь и др.); их спектр содержит как инфракрасные лучи вплоть до коротких с длиной волны 1,2-1,9 мкм, так и видимые большой яркости;

с температурой выше 1800oС (пламя электродуговых печей, сварочных  аппаратов и др.); их спектр излучения  содержит, наряду с инфракрасными  и видимыми, ультрафиолетовые лучи.

ИК (инфракрасные) диоды  и фотодиоды  повсеместно применяются  в пультах  дистанционного управления, системах автоматики, охранных системах и т. п. Они не отвлекают внимание человека в силу своей невидимости. Инфракрасные излучатели применяют в промышленности для сушки лакокрасочных поверхностей. Инфракрасный метод сушки имеет  существенные преимущества перед традиционным, конвекционным методом. В первую очередь это, безусловно, экономический эффект. Скорость и затрачиваемая энергия при инфракрасной сушке меньше тех же показателей при традиционных методах. Положительным побочным эффектом так же является стерилизация пищевых продуктов, увеличение стойкости к коррозии покрываемых красками поверхностей. Недостатком же является существенно большая неравномерность нагрева, что в ряде технологических процессов совершенно неприемлемо. Особенностью применения ИК-излучения в пищевой промышленности является возможность проникновения электромагнитной волны в такие капиллярно-пористые продукты, как зерно, крупа, мука и т. п. на глубину до 7 мм. Эта величина зависит от характера поверхности, структуры, свойств материала и частотной характеристики излучения. Электромагнитная волна определённого частотного диапазона оказывает не только термическое, но и биологическое воздействие на продукт, способствует ускорению биохимических превращений в биологических полимерах (крахмал, белок, липиды). Конвейерные сушильные транспортёры с успехом могут использоваться при закладке зерна в зернохранилища и в мукомольной промышленности.

Кроме того, в последнее  время инфракрасное излучение все  чаще начинают применять  для обогрева помещений и уличных  пространств. Инфракрасные обогреватели используются для организации дополнительного  или основного отопления в  помещениях (домах, квартирах, офисах и т.п.), а так же для локального обогрева уличного пространства (уличные кафе, беседки, веранды).

Инфракрасное излучение  находит широкое применение в  научных исследованиях, при решении  большого числа практических задач, в военном деле и пр. Исследование спектров испускания и поглощения в инфракрасной области используется при изучении структуры электронной оболочки атомов, для определения структуры молекул, а также для качественного и количественного анализа смесей веществ сложного молекулярного состава, например моторного топлива.

Благодаря различию коэффициентов  рассеяния, отражения и пропускания  тел  в видимом и Инфракрасное излучение  фотография, полученная в  Инфракрасное излучение,  обладает рядом особенностей по сравнению  с обычной фотографией. Например, на инфракрасных снимках часто видны детали, невидимые на обычной фотографии.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Биологическое  действие инфракрасного  излучения

 

Воздействие инфракрасного  излучения может  быть общим и  локальным. При длинноволновом излучении повышается температура  поверхности тела, а при коротковолновом - изменяется температура лёгких, головного  мозга, почек и некоторых других органов человека.

Значительное  изменение  общей температуры  тела (1,5-2oС) происходит при облучении  инфракрасными лучами большой интенсивности. Воздействуя на мозговую ткань, коротковолновое  излучение вызывает "солнечный  удар". Человек при этом ощущает  головную боль, головокружение, учащение пульса и дыхания, потемнение в глазах, нарушение координации движений, возможна потеря сознания. При интенсивном  облучении головы происходит отёк оболочек и тканей мозга, проявляются симптомы менингита и энцефалита.

При воздействии на глаза  наибольшую опасность представляет коротковолновое  излучение. Возможное последствие  воздействия инфракрасного излучения  на глаза - появление инфракрасной катаракты.

Тепловая  радиация повышает температуру окружающей среды, ухудшает её микроклимат, что  может привести к перегреву организма.

Однако, инфракрасное излучение оказывает и положительное влияние на организм и широко используется в медицине.

Инфракрасное (ИК) излучение  для лечения болезней начали использоваться очень давно. Еще Гиппократ описывал способ применения горящих углей, нагретого  песка, соли, железа  для обработки ран, язв, повреждений от холода и т.д. Античные и средневековые врачи применяли их для лечения туберкулеза, ушибов, последствий обморожения и т.д. 

Медики XIX века в качестве инфракрасных нагревателей начали использовать электрические лампы накаливания и применять их при заболеваниях лимфатической системы, суставов, грудной клетки (плевриты), органов брюшной полости, печени и желчного пузыря. Инфракрасные нагреватели нашли применение в качестве средства для  активизации обмена в парализованных органах, ускорения окисления, воздействующего на общий обмен веществ, стимулирования эндокринных желез, исправления последствий неправильного питания (ожирение), заживления ран и т.д. 

Позже было разработано  различное  медицинское оборудование, принцип  действия которого был основан  на инфракрасном излучении: для  создания испарины, солнечных ванн, загара.

Исследования  ученых показали, что наиболее полезное воздействие (при умеренной мощности) на организм человека оказывает именно длинноволновое инфракрасное излучение, особенно та его часть, которая примыкает  к среднему поддиапазону - так называемые "Лучи Жизни" (длина волны 5 - 15 мкм)

Исследователи отмечают, что инфракрасное излучение улучшает циркуляцию крови, а вызванная инфракрасными  лучами гиперемия оказывает болеутоляющее действие. Также замечено, что хирургическое вмешательство, проведенное при инфракрасном излучении, обладает некоторыми преимуществами - легче переносятся послеоперационные боли, быстрее происходит регенерация клеток. К тому же инфракрасные лучи позволяют избежать внутреннего охлаждения в случае открытой брюшной полости. При этом понижается вероятность операционного шока и его последствий.

Инфракрасное  излучение  также позволяет ослабить действие ядохимикатов, g-излучения, способствуя  повышению неспецифического иммунитета.  

Установлено что процедуры  воздействия  инфракрасного излучения  ускоряют  процесс выздоровления  больных  гриппом и могут служить  мерой  профилактики простудных заболеваний.  

Преимущество терапии  с использованием  инфракрасного излучения перед  другими тепловыми методами лечения  в более глубоком прогревании.  Кроме того, отсутствует контакт  между источником тепла и органом,  чем устраняется раздражение  тканей и их загрязнение, что  особенно важно при открытых  повреждениях. Возможно также инфракрасное  облучение через тонкие повязки,  так как оно проникает через  обычные перевязочные материалы.  

Также широкое применение инфракрасное  излучение нашло  в косметологии  для проведения процедур, связанных  с уходом за кожей лица и  тела.

 

3. Защита  от  инфракрасных излучений

 

Средства  защиты от инфракрасных излучений по своему назначению подразделяют на устройства: оградительные; герметизирующие; теплоизолирующие; для вентиляции воздуха; автоматического  контроля и сигнализации; дистанционного управления; знаки безопасности.

Оградительные устройства подразделяют:

в зависимости от вида материала на: непрозрачные, полупрозрачные и прозрачные;

по способу крепления  на объекте на: съемные и встроенные;

по принципу действия на: теплоотражающие, теплоотводящие, теплопоглощающие и комбинированные.

Примечание. Примеры  некоторых характеристик конструкций  оградительных устройств, применяемых  для защиты от ИК-излучений, указаны  в справочном приложении. 

Теплоотражающие оградительные устройства в зависимости  от вида охладителя подразделяют на: газообразные и газожидкостные.

Теплоотводящие  оградительные  устройства, в зависимости  от вида охладителя, подразделяются на: газообразные, газожидкостные, жидкостные.

Теплоизоляция горячих поверхностей (оборудования, сосудов, трубопроводов и т. д.) снижает  температуру излучающей поверхности и уменьшает общее выделение теплоты, в том числе ее лучистую часть, излучаемую в инфракрасном диапазоне ЭМИ. Для теплоизоляции применяют материалы с низкой теплопроводностью.

Основным путем оздоровления труда в горячих цехах, где  ИКИ — основной компонент микроклимата, является изменение технологических  процессов в направлении ограничения  источников тепловыделений и уменьшении времени контакта работающих с ними. Дистанционное управление процессом увеличивает расстояние между рабочим и источником тепла и излучения, что снижает интенсивность влияющей на человека радиации. Важное значение имеют теплоизоляция поверхности оборудования; устройство защитных экранов, покрытых теплоизоляционными материалами, ограждающих рабочих от лучистого и конвекционного тепла, водяные и воздушные завесы; укрытие поверхности нагревательных печей полыми экранами с циркулирующей в них проточной водой снижает температуру воздуха на рабочем месте и полностью устраняет ИКИ.

По действующим санитарным нормам температура нагретых поверхностей оборудования и ограждений на рабочих  местах не должна превышать 45° С.

Для снижения интенсивности  излучений от наружных поверхностей применяется водное охлаждение. При этом температура наружной поверхности не превышает температуры отходящей воды (35...40° С).

Расход воды на охлаждение, кг/ч:

,

где Ф — тепловой поток, Дж/с; с — удельная теплоемкость воды, Дж/(кг °С); — разность температур отводя щей и поступающей воды, °С.

Наиболее распространенный и эффективный способ защиты от излучения  — экранирование источников излучений. Экраны применяют как для экранирования  источников излучения, так и для  защиты рабочих мест от инфракрасного  излучения.

По принципу действия экраны подразделяются на теплоотражающие, теплопоглощающие, теплопроводящие. Это  деление условно, так как любой  экран обладает способностью отражать, поглощать или отводить тепло. Принадлежность экрана к той или иной группе зависит от того, какое свойство отражено в нем наиболее сильно.

В зависимости от возможности  наблюдения за рабочим процессом  экраны можно разделить на три  типа: I — непрозрачные, II — полупрозрачные и III —прозрачные.

Кратность ослабления светового  потока защитным экраном

,

где — плотность теплового потока между параллельными плоскостями 1 и 2, e — степень черноты материала (табл. 4).

;

 — плотность теплового потока между экраном и плоскостью 2; С0 — коэффициент излучения абсолютно черного тела (5,67 Вт/(м2×К4)):

.

Кратность снижения температуры  излучающей поверхности

 

.

Коэффициент пропускания  теплового потока

.

Коэффициент эффективности  экрана

.

Таблица 4. Степень черноты e полного излучения различных  материалов

Материал	t °С	e
Алюминий  полированный  окисленный при температуре 600° С	225... 575 200...600	0,039...0,057 0,11. ..0,19
Сталь  листовая шлифовальная  окисленная шероховатая  оцинкованная блестящая  оцинкованная окисленная  луженая блестящая	940...1100 40.. .370 28 24 25	0,52...0,61 0,94...0,97 0,228 0,276 0,043...0,064
Чугун  шероховатый сильноокисленный  расплавленный	40...250 1300...1400	0,95 0,29
Золото полированное	225...625	0,018...0,035
Медь полированная	115	0,023
Асбестовый картон	24	0,96
Кирпич  динасовый шероховатый  шамотный глазурованный  магнезитовый  силлиманитовый  красный шероховатый	1000 1100 1500 1500 20	0,8 0,75 0,39 0,29 0,93

 

При t1 > 400° С можно допустить

 

.

 

При равенстве степеней черноты всех участвующих в теплообмене  поверхностей т = 2.

В случае установки n экранов и при разных степенях черноты источника излучения и экрана

 

.

 

Если , то

 

.

 

При заданной температуре  экрана требуемое число экранов

 

.

 

Экран, отражая часть  теплового потока обратно на источник излучения, повышает температуру последнего. Это повышение описывается эмпирической формулой

 

 

 

где — температура неэкранированной поверхности.

Полупрозрачные экраны. К полупрозрачным экранам относятся  металлические сетки с размером ячейки 3...3,5 мм, цепные завесы, армированное стальной сеткой стекло. Сетки применяют при интенсивности облучения 0,35... 1,05 кВт/м2, и их коэффициент эффективности порядка 0,67. Цепные завесы применяются при интенсивности облучения 0,7.. .4,9 кВт/м2. Коэффициент эффективности цепных завес зависит от толщины цепей. С целью повышения эффективности защитных свойств применяют завесы водяной пленкой и устраивают двойные экраны. Армированное стекло применяют при тех же интенсивностях облучения, что и цепные завесы, и имеют такой же коэффициент эффективности. Увеличение эффективности достигается орошением водяной пленки и устройством двойного экрана.

Прозрачные экраны. Для  прозрачных экранов используют силикатное, кварцевое или органическое стекло, тонкие (до 2 нм) металлические пленки на стекле, воду в слое или дисперсном состоянии.

Коэффициент пропускания  воды в различных участках спектра  в значительной степени зависит  от толщины слоя воды. Тонкие водяные  пленки начинают заметно поглощать  излучение с длиной волны более 1,9 мкм и значительно поглощают  волны длиной более 3,2 мкм. Поэтому они пригодны для экранирования источников с температурой до 800° С. При толщине слоя воды 15...20 мм полностью поглощаются излучения с длиной волны более 1 мкм, поэтому такой слой води эффективно защищает от теплового излучения источников с температурой до 1800° С. Экраны в виде водяной пленки, стекающей по стеклу, более устойчивы по сравнению со свободными завесами: они имеют более высокий коэффициент эффективности (порядка 0,9) и могут применяться при интенсивностях облучения 1750 Вт/м2.

Теплопоглощающие прозрачные экраны изготовляют из различных стекол (силикатных, кварцевых, органических), бесцветных или окрашенных. Для повышения эффективности применяется двойное остекление с вентилируемой воздушной прослойкой.

Органическое стекло применяют для защиты лица от теплового облучения в виде налобовых щитков. Эффективность стекол зависит от спектра излучения, т.е. стекло обладает узкополосными свойствами.

В последнее время  одним из методов предупреждения влияния лучистой энергии является охлаждение стен, пола и потолка и применение специальных экранов на рабочих местах.

Кроме мер, направленных на уменьшение интенсивности теплового  излучения на рабочих местах, предусматривают  также условия, при которых обеспечивается отдача тепла человека непосредственно на месте работы. Это осуществляется путем создания оазисов и душирования, с помощью которых непосредственно на рабочее место направляется воздушный поток определенной температуры и скорости в зависимости от категории работы, сезона года и интенсивности инфракрасной радиации согласно ГОСТ 12.1.005 — 98.

 

Список использованной литературы

 

1. Безопасность жизнедеятельности/Под  ред. Русака О.Н.— С.-Пб.: ЛТА, 1996.

2. Белов С.В. Безопасность  жизнедеятельности — наука о  выживании в техносфере. Материалы  НМС по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности». — М.: МГТУ, 1996.

3. Всероссийский мониторинг  социально-трудовой сферы 1995 г.  Статистический сборник.— Минтруд  РФ, М.: 1996.

4. Гигиена окружающей  среды./Под ред. Сидоренко Г.И.—  М.: Медицина, 1985.

5. Гигиена труда при воздействии электромагнитных полей./Под ред. Ковшило В.Е. — М.: Медицина, 1983.

6. Золотницкий Н.Д., Пчелиниев  В.А.. Охрана труда в строительстве.—  М.: Высшая школа, 1978.

7. Кукин П.П., Лапин  В.Л., Попов В.М., Марчевский Л.Э., Сердюк  Н.И. Основы радиационной безопасности в жизнедеятельности человека.— Курск, КГТУ, 1995.

8. Лапин В.Л., Попов  В.М., Рыжков Ф.Н., Томаков В.И. Безопасное  взаимодействие человека с техническими  системами.— Курск, КГТУ, 1995.

9. Лапин В.Л., Сердюк  Н.И. Охрана труда в литейном производстве. М.: Машиностроение, 1989.

10. Лапин В.Л., Сердюк  Н.И. Управление охраной труда  на предприятии.— М.: МИГЖ МАТИ, 1986.

11. Левочкин Н.Н. Инженерные  расчеты по охране труда. Изд-во  Красноярского ун-та, -1986.

12. Охрана труда в  машиностроении./Под ред. Юдина Б.Я., Белова С.В. М.: Машиностроение, 1983.

13. Охрана труда. Информационно-аналитический  бюллетень. Вып. 5.— М.: Минтруд  РФ, 1996.

14. Путин В.А., Сидоров  А.И., Хашковский А.В. Охрана труда,  ч. 1.—Челябинск, ЧТУ, 1983.

15. Рахманов Б.Н., Чистов Е.Д. Безопасность при эксплуатации лазерных установок.— М.: Машиностроение, 1981.

16. Саборно Р.В., Селедцов  В.Ф., Печковский В.И. Электробезопасность  на производстве. Методические указания.—  Киев: Вища Школа, 1978.

17. Справочная книга  по охране труда/Под ред. Русака О.Н., Шайдорова А.А.— Кишинев, Изд-во «Картя Молдовеняскэ», 1978.

18. Белов С.В., Козьяков  А.Ф., Партолин О.Ф. и др. Средства  защиты в машиностроении. Расчет  и проектирование. Справочник./Под  ред. Белова С.В.—М.: Машиностроение, 1989.

19. Титова Г.Н. Токсичность  химических веществ.— Л.: ЛТИ, 1983.

20. Толоконцев Н.А. Основы  общей промышленной токсикологии.—  М.: Медицина, 1978.

21. Юртов Е.В., Лейкин  Ю.Л. Химическая токсикология.—  М.: МХТИ, 1989.