非游离辐射讲解分析

非游离辐射讲解分析纲要

04雷射

01非游离辐射的范围

03红外线

02紫外线

05电磁场何谓非游离辐射非游离辐射不同于游离辐射来自于放射性核种的蜕变，它不会造成受暴露物质的组成原子产生游离效应。为能量低于10电子伏特(eV)，也就是说频率小于2.41015

赫兹(Hz)，波长大于124nm的电磁辐射波段。电磁辐射光谱非游离辐射的种类非游离辐射包括:紫外线(ultraviolet,UV)可见光(visiblelight)红外线(infrared,IR)雷射(laser):包括紫外线、可见光和红外线三种波段微波(microwave)射频(radiofrequency)或无线电波非常低频及极低频电磁场(verylowfrequencyandextremelylowfrequencyelectricandmagneticfields,VLFandELF)紫外线(Ultraviolet,UV)(1)为非游离辐射中频率最高的辐射(或能量)的辐射。来源:主要为太阳光波长范围:100nm~400nm由波长范围大小，区分为三种紫外线:UVA(近紫外线)波长范围:315nm~400nm可穿透空气、石英、玻璃和水UVB(中紫外线)波长范围:280nm~315nm可穿透空气和石英，但无法穿透玻璃UVC(远紫外线)波长范围:100nm~280nm对所有介质的穿透力极低，为大气的臭氧层吸收，鲜少到达地表。紫外线(Ultraviolet,UV)(2)测量单位:光度(irradiance)或称为powerdensity依国家制单位(InternationalSystem,SI,units)为瓦特/平方公尺(W/m2)或微瓦特/平方公分(mW/cm2)。辐射暴露(radiantexposure)光生物反应的能量剂量(energydose)，单位为焦耳/平方公尺(J/m2)或微焦耳/平方公分(mJ/cm2)。光谱光度(spectralirradiance)某一小段波长的光度除以一段波长范围，W/m3或W/m2/nm。紫外线(Ultraviolet,UV)(3)据估计，当臭氧减少10%时，将使波长小于300nm的紫外线到达地球的量增加一倍，但对于UVA波段的紫外线，并没有显著影响。所谓光化性的紫外线(actinicultraviolet)是指能导致化学反应的紫外线，包括波长小于320nm的紫外线。由以人体模型所做的紫外线剂量测定研究指出，人体最大日照部位包括:足尖、肩膀和耳朵、后颈部、和接近鼻子、颧骨和下嘴唇区域。紫外线(Ultraviolet,UV)(4)在UVB产生日晒灼伤的有效性研究上发现，约60%接受上午10时到下午2时的日照，波长300nm的紫外线在上午9时和下午3时的太阳光度，相对于正午而言减低10倍。在瑞典的研究指出，对室外、室内和室内外混合的工人的UVB年暴露剂量分别为6、2和1kJ/m2(20%)。由反射而来的UV，对于考虑眼睛所遭受的剂量相当重要。大多数的物质并不反射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。人为的UV反射面如不光亮的铝、含金属氧化物的白漆涂面、灰色的沥青铺面、浅色的水泥人行道等。人为的紫外线来源(1)水银灯低压灯泡放射253.7nm的UV，主要用途为杀菌。中高压灯泡放射365nm的UV，主要用途为curing及区域照明，如健身防和停车场。为带青色的光线，近距离直视会导致UV伤害。典型的区域照明水银灯泡会有两层包封，内层包封的材质为石英，外层包封为UV的不透明物质如硼硅酸盐所制，倘若外层包封破裂而仍继续使用，则可能因为小于350nm的UV增加，而造成健康危害。日光灯日光灯照明和皮肤癌的相关曾经被调查，国际辐射保护协会(InternationalRadiationProtectionAssociation,IRPA)认为日光灯照明并不是黑色素皮肤癌(melanomaskincancer)的成因。在非黑色素皮肤癌(nonmelanomaskincancer)发生率的模式研究发现，对于无压克力屏蔽的灯管可测得UVA、B和C，有压克力屏蔽的灯管则测不到UV。人为的紫外线来源(2)白热光源钨丝灯泡因为温度从不超过3000K，仅放射少量UV。玻璃包封减少UV的放射，高温白热光源如卤素灯UV，以石英包封增加UV的放射。氢氧焰和氧炔焰亦为产生UV的白热光源。电焊产生高强度的UV，决定UV放射的因子包括:电弧电流、遮蔽气体、电极线圈材质、基质金属和接合形态(jointgeometry)。一些较具UV危害性的电焊制程包括:用铝或铁合金的氩金属电弧电焊(argon-shieldedgas-metalarcwelding,GMAW)和用铁合金的氦钨电弧电焊(helium-shieldedgastungstenarcwelding,GTAW)。人为的紫外线来源(3)计算机显示器由于电子束和黄磷涂装的荧幕作用，使得计算机显示器产生低量的UVA。据研究，在距离荧幕一公尺的UVA光度，小于1.810-4

W/m2。由计算机显示器所放射的UVA，远小于由日光透过玻璃进入室内的量。UVB贡献极少的显示器总UV放射，在距离50公分的光度为1.010-5

W/m2。医学及牙医医学上UV主要用于光治疗(phototherapy)、光化学治疗(photo-chemo-therapy)、晒成褐色，消毒和灭菌。有研究指出，光治疗的人员暴露于超过暴露标准的UVB和UVC。6J/m2

的UV每日中位剂量(mediandailydose)，被使用于光治疗操作人员死于UV诱发的非黑色素皮肤癌的风险。假定40年的工作生命，光治疗操作人员死于皮肤癌的机会比非暴露的人多25%。由牙医的leakycuringtool所造成的300~400nm间的UV暴露约为0.04mW/m2，300nm的暴露为0.003~0.004mW/m2。人为的紫外线来源(4)实验室低压水银灯用于控制实验室内的细菌、病毒、酵母菌和霉菌的产生，造成UV的暴露。主要的UV灯波长有253.7和300nm。健身房中的日照灯或亭(tanninglamps/booths)健身房中的日照灯或亭是一个重要的UV发生源，一般在日照床表面的UV光度，因为灯泡老化和不佳的配置，因而光度在5.7~22W/m2范围内变化。灯泡应该在使用前使其老化10小时，以减少UV和不相等的UV暴露剂量。使用UVA灯泡作人工日照晒黑，可能使全身性红斑性狼疮(systemiclupuserythematosus)恶化及造成皮肤炎。紫外线和物质的作用机制---吸收UV和生物体组织的作用机制为热和光化学效应，这些机制涉及分子中吸收结构色素基(chromophore)的非随机UV吸收。最重要的分子吸收结构为含非饱和的双键的有机化合物，包括核酸和蛋白质，其他如酵素和荷尔蒙亦相当重要。在任何光化学变化发生前，必有UV光的吸收。然后吸光分子被活化，产生热或造成相同或不同波长光放射，或导致次级反应，造成原始分子结构的改变。核酸的次级反应为pyrimidine水解物的形成、DNA-proteincrosslinks、prrimidineadducts、pyrimidinedimerization和DNA断裂。Dimerization为最重要的反应，它造成两个相同结构的分子形成一个小的聚合物(polymer)，这个聚合物也许干扰DNA的合成和复制。紫外线的生物效应UV的主要的危害标的器官或系统(targetorgansystem)为皮肤、免疫系统和眼睛。生物效应和频率有密切关系，因此定义出几个作用波段(actionspectrum)，来描述暴露剂量和生理反应的关系。作用波段为对生物效应阈值的倒数，通常表达生物效应效能(biologicalefficacy)经由对UV波段以生物效应最有效波长作常态化，如对皮肤以297nm、对眼睛以270~280nm。UV诱发灵长类眼角膜炎的作用波段紫外线对皮肤的危害(1)表皮为皮肤阻隔光线的主要结构，表皮的主要色素基包括:最外层角质层(stratumcorneum)的蛋白质胺基酸和最内层的核酸。UV穿透组织的深度和波长、色素沉积状况和组织厚度有关。波长小于297nm的UV为表皮所吸收，波长大于297nm的UV穿透至真皮。UV对不同肤色的人种穿透深度不同，白人>印地安人>黑人。穿透力和组织厚度成指数衰减。StratumCorneum皮肤的结构紫外线对皮肤的危害(2)急性效应皮肤发红(erythema)血管舒张、血管渗透性增加、血流及细胞排出物增加、。250nmUV产生最大效应，297nm其次。最低皮肤发红剂量(minimalerythemadose,MED)是使皮肤产生可看得到的发红现象所需的最低UV剂量。皮肤较黑的人有较高的MED。在UV暴露后，表皮增厚和黑色素沉积，以增加皮肤的保护。光敏感(photosensitization)在特定化化学物质存在下，皮肤对UV的不正常反应，通常发生在脸部、手臂和手。这些反应在本质上可能是光毒性(phototoxic)或光过敏(photoallergic)。光毒性物质有:煤焦油、古龙水、口红、化妆品和防晒油。光过敏物包括:水杨酰氨基苯、抗生素、六氯苯、化妆品和古龙水。紫外线对皮肤的危害(3)慢性效应皮肤老化特征为皮肤的结缔组织遭受破坏而减少弹性。免疫系统的影响可能为局部或全身反应，包括压抑对化学物质的接触性过敏，及在实验动物诱发恶性肿瘤的成长。皮肤癌所有底部和上皮细胞癌均为非黑色素皮肤癌(nonmelanomaskincancer，NMSC)，主要和UVB的暴露有关。黑色素瘤为在表皮内管制皮肤色素产生的细胞(mlanocytes)变化为肿瘤细胞。紫外线对眼睛的危害角膜炎和结膜炎角膜和结膜的肿胀现象，最有效波长在270~280nm。通常症状在过度暴露UV6~12小时后发生。主要症状为疼痛、睑痉挛、流泪、结膜充血、畏光、视力模糊和眼睛抓伤感觉。白内障最有效波长为290~310nm，在300nm附近为高峰。流行病学研究显示白内障的发生和环境UV的强度有关。UVA(315~400nm)没有任何保护的眼睛，对暴露时间持续1000秒以下者，其暴露不应该超过1.0J/cm2

。对暴露时间持续1000秒以上者，总暴露光度不可超过1.0mW/cm2。没有任何保护的眼睛或皮肤的暴露，不可超出下表所列的数值。UVB和UVC没有任何保护的眼睛或皮肤的暴露，不可超出下表所列的数值，其暴露时间(以秒计算)可依下列公式计算:紫外线的暴露恕限值ACGIH的UV暴露恕限值ACGIH的UV暴露恕限值图示工程控制隔离或封闭涂漆连结锁(interlock)和警报个人保护装备眼睛防护镜皮肤穿着防UV的衣服涂抹防晒油对ActinicUV仅有0.003%穿透的布料UV暴露控制(1)UV暴露控制(2)皮肤防晒系数(Sunprotectionfactor,SPF)有防护对无防护下UVB造成皮肤发红所需的剂量的比值。常见的皮肤保养品的防晒系数为15。行政控制防护设备采购前的审核限制特别敏感工人的接触增加到发生源的距离和减低暴露时间警告标志和标示紫外线指数(UVIndex)紫外线指数(UVIndex)是对隔天中午时间，对特定地区到达地球的可能伤害皮肤UV量的预测，这个指数是对中午时间在考虑云层的影响下，估计紫外线暴露值。晴朗的天空UV100%穿透些许云层UV89%穿透零碎云层UV73%穿透阴暗的天空UV32%穿透红外线的频率恰巧和分子的振动和转动一致，当它和物质作用时，导致化合物在红外线某特定范围光谱明显的吸收。所有红外线放射体所放射的红外线能量为这些物体的黑体温度和放射系数(emissivity)有关，此放射系数为一个0到1的修正因子。大多数的红外线放射源放射一个宽带波长，其最大能量波长可由下式计算:红外线(Infrared,IR)(1)红外线(Infrared,IR)(2)红外线光谱范围在0.8~1000m之间，通常整个光谱范围被分为三个区段:近红外线(nearinfrared,IRA):波长在0.8~1.4m之间中红外线(middleinfrared,IRB):波长在1.4~3m之间远红外线(farinfrared,IRC:波长在3~1000m之间红外线在工业上的应用包括:涂漆、釉料、瓷釉、黏着剂、油墨和表面处理的干燥和烘烤金属零件加热装配布料、纸张、皮革、肉类、蔬菜、陶器和砂模的干燥红外线的危害(1)眼睛影响角膜(cornea)和较深层的组织如水晶体(lens)和玻璃状液(vitreoushumor)，红外线对眼睛的穿透和波长有关系，在0.8~1.2m波长的红外线大约有50%穿透到眼睛的深层组织。暴露到高强度的红外线会使眼睛产生疼痛和上皮细胞烧伤，不过这些效应会受眨眼反应所影响。低强度长时间的暴露可能加热虹膜和水晶体。红外线所导致的白内障已在吹玻璃工人和熔炉工人发现，主要起因于对水晶体和其附近的组织加热。视网膜对近红外线(760~1400nm)至为敏感，其伤害可能和因加热组织造成蛋白质和其他大分子变性。红外线的危害(2)皮肤红外线危害的次要目标器官。主要的效应包括造成微血管扩张及色素沉积。当红外线造成皮肤温度升高至45°C时，会到达皮肤疼痛阈值。保护角膜和水晶体为了避免角膜的热伤害和可能的延迟效应，在热环境的红外线暴露时间大于1000秒的情形，应限制光度最高为10mW/cm2；对于暴露时间小于1000秒的情况，光度限制依下列公式计算:为保护视网膜，IRA(700nm<<1400nm)的光度肉眼所能正视的数值，在暴露时间大于10秒时，其值如下:红外线的暴露恕限值雷射的英文名称LASER是由下列5个字的开头字母所组成:LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation，意思为经由(原子)激发的所产生的强烈光线放射。产生雷射的元件主要包括:一个光学空腔、一个帮浦系统和一些适当的物质。下图为典型的雷射腔。雷射(Laser)(1)雷射的描述单位雷射可以在脉冲或连续波两种主要形式下操作。对于脉冲式雷射的输出以J/cm2

表示，对于连续波式雷射的输出则以W/cm2

表示。

雷射危害的生物机转(1)雷射所造成的生物危害主要透过下列三个机转热烧伤雷射所诱发的组织伤害为热效应，组织的蛋白质会因吸收热而变性。在可见光和红外光范围的雷射(波长400-1400nm)进入眼睛后会聚焦在视网膜上，而导致视网膜热烧伤。眼睛的聚光强度放大效果大约为100,000;因此1mW/cm2

的光度进入眼睛后，会造成视网膜暴露到100W/cm2

光度的暴露，此强度的能量足以造成视网膜组织烧伤。因为视网膜为不会再生的组织，这样的伤害会造成永久的失能。光化学伤害不同于可见光雷射的热效应方式，紫外线和蓝光的毫秒脉冲雷射可能伤害眼睛和皮肤组织以光化学反应机制。其作用方式为刺激光接受器，提升细胞内的活动儿而造成失能。雷射危害的生物机转(2)热音震效应小于10s的脉冲雷射可在视网膜上诱发出一个震波，而造成视网膜产生一个永久破口。事实上这样的音震伤害比热烧伤更具伤害性，因为它会造成视网膜上较大面积的伤害，且它的效应能量阈值明显较低。雷射暴露的主要热效应和下列因素有关:组织对特定雷射波长的吸收和散射系数大小所暴露雷射的强度暴露持续时间和重复的次数局部组织的血流程度受照射组织的大小视网膜视神经角膜水晶体玻璃体虹膜眼睛的结构雷射危害分类(1)雷射危害分类的目的为对雷射使用者提供一些警语和标示，以告知其所使用装置的雷射危害等级，及用作为定义控制测定和医学调查的基础。雷射危害等级雷射危害依其潜在的生物危害分为四个等级(I、II、III和IV):等级I没有放射任何已知危害程度的雷射，这一个等级的雷射被认为〝眼睛安全〞雷射。使用等级I的雷射产品或装置，在操作和维修期间通常并不需要雷射危害防护装置。雷射危害分类(2)等级

IIA当暴露时间少于1000秒，不考虑为具慢性视觉危害(chronicviewinghazard)。但是当暴露时间大于1000秒时，则认为具危害性。这个等级仅适用于功率低于3.9W的可见光雷射。等级

II低功率可见光雷射(400~710nm)，其放射功率高于等级I雷射的功率，但不超过1mW。这个等级的雷射当暴露时间大于0.25秒，被认为具慢性视观危害。人类对明亮光线的厌恶反应，被认为提供一些保护。仅需要一些特定的限制性控制。等级

IIIA这个等级的雷射会造成急性或慢性视觉危害，其危害程度依光度而定。通常指可见光雷射功率小于5mW。危害发生在眼睛暴露于激光束中，建议需要一些限制性控制。雷射危害分类(3)等级

IIIB直接照射具急性眼睛和皮肤危害，为中度功率的雷射(连续波:5-500mW,脉冲式:10J/cm2)这个等级的雷射不会导致火灾，但是有可能产生危害性的扩散反射(hazardousdiffusereflection)或称间接照射危害，被建议采用特殊控制装置。等级

IV直接照射或间接照射(scatteredlaserradiation)均具急性眼睛和皮肤危害为高功率雷射(连续波:500mW,脉冲式:10J/cm2)，具有潜在性火灾危害，需要重要的控制装置和防护设施。雷射暴露限值可接近放射限值(accessibleemissionlimit,AEL)AEL定义为最大容许暴露值和限制孔径的面积的乘积，对可见光和进红外线雷射的限制孔径为7mm。最大容许暴露值(maximumpermissiblelimit,MPE)对于雷射暴露者的眼睛和或皮肤不会造成任何危害或生物效应和变化的最大容许雷射光度。名义危害区域(nominalhazardzone,NHZ)名义危害区域指一个空间，在正常操作情况下，其内的直接、反射或散射的雷射超过最大容许暴露值。在名义危害区域周边外围区域，其雷射暴露强度则低于最大容许暴露值。暴露时间对不同的雷射操作条件，不同的暴露时间的最大容许暴露值并不同，这些暴露时间的选定如下:0.25秒为人类对明亮光线刺激的厌恶时间，也就是说眨眼反射时间，这是人体对不期望的雷射暴露的第一线防卫，这也是雷射等级II的制定观念。

10秒代表眼睛对红外线(主要为近红外线暴露)雷射最坏情况的暴露时间，眼睛的自然运动情况不太可能大于10秒钟。600秒代表观测可见的扩张反射源，典型的最坏情况暴露时间，如定位工作时。30,000秒代表一个近似8小时工作的职业暴露时间(28,800)。控制测定和安全措施工程控制防护罩(protectivehousing)主开关控制光学观测安全系统光束停止或衰减装置雷射启动警告系统防护罩连结锁(interlock)装置遥控连结锁个人保护设备眼睛保护设备和防护衣行政和程序控制标准操作程序的建立定位程序的建立限制无关人员的进出防护设备雷射控制区的标示适当的雷射危害警告标示包括:等级IIIA、等级IIIB和等级IV雷射需要标示危险信号，格式为:白色背警,红色雷射符号、黑色边线和黑色文字。等级II或等级IIIA区域需要标示小心的符号，格式为:黄色背景、黑色符号和文字。当暂时的雷射控制区域建立时，需标示注意的符号，格式为:白色背景、红色雷射符号、蓝框和黑色文字。这个标示仅在雷射使用中贴出。雷射等级检查如何决定雷射等级分类雷射产品是一个相当复杂的过程，它涉及可接近放射限值(accessibleemissionlimit,AEL)的决定，雷射放射的测定，测定放射脉冲的特性，及标准制定机构对雷射产品功能的评估。分类等级是制造商必须提供的一个必要明细，而且仅能标示在产品的一个位置上，在雷射警告标示的左下方，必须明白指出产