Характеристика искусственных источников ультрафиолетового излучения.

Прибор ТКА-АВС (рисунок 39). Предназначен для измерения энергетической освещенности в ультрафиолетовой области спектра в мВт/м2. Прибор поочередно регистрирует участи спектра, разбитые согласно принятой классификации на зоны А (315-400 нм), В (280-315 нм), С (200-280 нм). Модель предназначена в основном для специалистов, работающих в области медицины и охраны труда, однако может с успехом использована и в области науки и техники для измерения параметров излучения в ультрафиолетовой области спектра.

Ее биодозы при профилактическом и лечебном облучении

Методы определения интенсивности ультрафиолетовой радиации и

Измерение ультрафиолетовой радиации производится или в энергетических единицах (1 мг-кал на 1 см² в мин), или в биологических редуцированных единицах-биодозах.

Энергетическая единица обусловливает возможность измерения ультрафиолетовой радиации независимо от источника излучения и от биологической реакции, а также позволяет сравнивать результаты измерения.

Система биологически редуцированных единиц эр и бакт обусловлена: первая – эритемным действием на кожу, вторая – бактерицидным действием.

Эр представляет собой эритемный поток излучения с длиной волны 296,7 нм и мощностью 1 Вт (радиация всех других длин волн пересчитывается по таблицам их относительной эффективности). Если такой поток падает на 1 м², то эритемная облученность будет соответствовать 1 эр/1 м²; меньшие величины: мэр/м² и мкэр/см².

Бакт представляет собой бактерицидный поток излучения с длиной волны 253,7 нм и мощность 1 Вт (радиация всех других длин волн пересчитывается по таблицам их относительной эффективности). Такой поток, падающий на 1 м², соответствует 1 бакту на 1 м² (1б/м²); единица в тысячу раз меньше – миллибакт на 1 м² (Мб/м²).

На практике значительно чаще используют производное Эр – мэр.

Для определения интенсивности ультрафиолетового излучения используются фотоэлектричесие(основаны на преобразовании энергии ультрафиолетового спектра в электрический ток), химические(регистрация степени разложения химических веществ при действии ультрафиолетовой радиации), биологические(регистрация реакций организма на воздействие ультрафиолетовой радиации) методы.

Рис. 38.Ультрафиолетметр УФМ-5

Ультрафиолетметры (уфиметры). С помощью данных приборов реализуется фотоэлектрический метод определения интенсивности ультрафиолетового излучения. В санитарной практике наиболее распространен прибор УФМ-5 (рисунок 38). Воспринимающей частью прибора являются 2 фотоэлемента – сурьмяно-цезиевый для регистрации эритемного ультрафиолетового излучения (290–340 нм) и магниевый – для измерения коротковолнового ультрафиолетового излучения (220–290 нм). Прибор снабжен счетчиком импульсов напряжения и переключателем диапазонов чувствительности, измеряет величину облученности и дозу (количество) облучения. Измерение ультрафиолетового излучения проводится по подсчету импульсов напряжения, подвергающегося облучению ультрафиолетовыми лучами.

Для измерения облученности определяют число импульсов счетчика за определенное время (30 с). Для измерения дозы подсчитывают количество импульсов за все время облучения. При измерении прибор устанавливают таким образом, чтобы воспринимающий фотоэлемент совпадал с плоскостью области облучения.

В зависимости от измеряемой области спектра открывают крышку одного из фотоэлементов. Выбирают наиболее чувствительный диапазон измерений. Включают питание прибора, отмечают время отсчета.

Через определенное время (30 с, 1 мин, 4 мин) отсчет заканчивают и вычисляют дозу или интенсивность облучения путем умножения числа импульсов счетчика на энергетическое значение одного импульса, указанное в паспорте прибора, при данном диапазоне чувствительности (значения импульсов дают в микроваттах на 1 см² для определения величины облученности и в микроваттах на 1 см²/с для вычисления дозы облучения).

Прибор ТКА-01/3 (рисунок 40). Предназначен для измерения энергетической освещенности от источников ультрафиолетового излучения в мВ/м² и освещенности от видимых источников света в люксах. Эта модель также показывает долю ультрафиолетового излучения к видимому свету. Эта величина определяется для предотвращения ущерба от действия света на картины, предметы старины и архивные материалы. Может использоваться для контроля интенсивности ультрафиолета при использовании его источников, в частности, в фотариях, а также с целью оценки освещенности и интенсивности ультрафиолета при проведении государственного санитарно-эпидемиологического надзора.

Рис. 39. Прибор ТКА-АВС

Рис. 40.Прибор ТКА-01/3

Другие приборы для измерения интенсивности ультрафиолетового излучения. До недавнего времени для этих целей наиболее широко применялись дозиметр ДАУ-81 и спектрорадиометр ОРП с насадками для измерения облученности в спектральных областях УФ-А, УФ-В, УФ-С. Эти приборы имели ряд существенных недостатков, что приводило к большим погрешностям в результате замеров.

К настоящему времени Всероссийским научно-исследовательским институтом оптико-физических измерений (ВНИИОФИ) Госстандарта РФ разработаны малогабаритные переносные цифровые приборы для измерения энергетических характеристик УФИ. Технические характеристики серии этих приборов, которые получили название Аргус, представлены в таблице 27. По принципу действия и устройству эти приборы близки к приборам ТКА-АВС и ТКА-01/3. На рисунке 41 представлен внешний вид прибора Аргус-3.

Таблица 27

Основные характеристики приборов серии «Аргус»

Название прибора	Назначение	Спектральный диапазон, мкм	Динамический диапазон, Вт/м2	Погрешность, %
Аргус 03	Неселективный радиометр	0,25-10,0	1-2000
Аргус 04	Радиометр УФ-А	0,315-0,400	0,01-20
Аргус 05	Радиометр УФ-В	0,280-0,315	0,01-20
Аргус 06	Радиометр УФ-С	0,200-0,280	0,001-2

Указанные характеристики приборов соответствуют требованиям и рекомендациям евростандартов. Приборы аттестуются и поверяются во ВНИИОФИ с выдачей свидетельств по форме, установленной Госстандартом РФ.

Рис. 41.Радиометр неселективный Аргус-03

Радиометр неселективный Аргус-03предназначен для измерения энергетической освещенности в диапазоне от 1 до 2000 Вт/м2 в спектральном диапазоне от 1,1 до 20,0 мкм. Принцип работы основан на преобразовании потока излучения, создаваемого источниками, в непрерывный электрический сигнал, пропорциональный энергетической освещенности, который затем преобразуется аналого-цифровым преобразователем в цифровой код, индуцируемый на цифровом табло индикаторного блока. Прибор может быть использован в организациях охраны труда, при проведении госсанэпиднадзора и т. д.

Для профилактики ультрафиолетовой недостаточности следует рекомендовать максимальное использование естественной солнечной радиации. Однако часто для этого приходится прибегать к облучению искусственными источниками ультрафиолетового излучения. В наибольшей степени ультрафиолетовая недостаточность проявляется зимой. Потребность в дополнительном искусственном ультрафиолетовом облучении людей зависит от светового климата местности, в которой они проживают (в северных районах период облучения должен быть более длительным, в южных — более коротким).

Следует иметь в виду, что интенсивное ультрафиолетовое облучение противопоказано при активной форме туберкулеза, резко выраженном атеросклерозе, заболеваниях сердечно-сосудистой системы, печени, почек, щитовидной железы, злокачественных новообразованиях.

По характеру биологического действия ультрафиолетовую часть спектра условно разделяют на три области: А, В, С.

В длинноволновой области А (320—400 нм) лучи вызывают преимущественно загар. В средневолновой области В (280—320 нм) они проявляют витаминообразующее действие, что позволяет применять этот вид излучения в качестве лечебного и профилактического средства. При действии этой части ультрафиолетового излучения в коже человека провитамин 7,8-дегидрохолестерин переходит в активную форму — витамин D₃. В коротковолновой области С (200—280 нм) излучение оказывает преимущественно бактерицидное действие, в основе которого лежит нарушение жизнедеятельности микробных клеток, возникающее благодаря фотохимическому расщеплению белковых компонентов.

В настоящее время практически применяется три типа искусственных источников ультрафиолетового излучения.

1. Эритемные люминесцентные лампы ПЭ(ЭУВ) — источники ультрафиолетового излучения в областях А и В. Максимум излучения лампы — область В (313 нм). Применяются для профилактического и лечебного облучения людей.

Изготавливается лампа ЭУВ из специального стекла (увиолевого), хорошо пропускающего УФ-излучение. Внутри трубка лампы покрыта люминофором (фосфат кальция, активированный таллием) и заполнена дозированным количеством ртути с инертным газом при давлении в несколько гектопаскалей. Лампы ЭУВ выпускаются мощностью 15 Вт (ЭУВ-15), 30 Вт (ЭУВ-30; ЛЭ-30; ЛЭР-30), 40 Вт (ЛЭР-40). Средний срок службы 1000 ч. Эритемные лампы включаются в электросеть при наличии специальных приборов — дросселя и стартера.

Для ламп ЭУВ разработана специальная арматура двух видов:

а) комбинированные светильники ШЭЛ-1, ШЭЛ-2, ШЭП-1, в которых, кроме ламп ЭУВ, включают и осветительные люминесцентные лампы (включение эритемных и осветительных ламп может производиться раздельно);

б) облучатели ОЭ-1-15 и ОЭО-2-30, которые предназначены только для ламп ЭУВ.

2. Прямые ртутно-кварцевые лампы ПРК (ДРТ—дуговые ртутно-кварцевые лампы) являются мощными источниками излучения в ультрафиолетовых областях А, В, С и видимой части спектра. Максимум излучения ламп ПРК находится в ультрафиолетовых частях спектра области В (25% всего излучения) и С (15% излучения). В связи с этим лампы ПРК применяют как для облучения людей профилактическими и лечебными дозами, так и для обеззараживания объектов внешней среды (воздуха, воды и т, д.).

Применять лампы ПРК для облучения людей следует с особой осторожностью, так как под влиянием короткой части спектра (области С) могут возникнуть ожоги слизистой оболочки глаз (фотоофтальмия), произойти изменения в составе крови и т. п. Время облучения и расстояние до лампы строго дозируют, глаза облучаемых лиц и персонала защищают темными очками.

Лампы ПРК изготовляют из кварцевого стекла и заполняют дозированным количеством ртути и аргона. По мощности они делятся на несколько типов: ПРК-2 (375 Вт), ПРК-4 (220 Вт), ПРК-7 (1000 Вт). Средний срок службы их 800 ч.

Для ламп ПРК разработаны два типа облучателей: а) облучатель ртутно-кварцевый маячного типа большой (для ламп ПРК-7), стойка которого имеет постоянную высоту (ОМУ); б) облучатель ртутно-кварцевый маячного типа малый (для ламп ПРК-2 и ПРК-4), стойка которого может быть различной высоты.

3. Бактерицидные лампы из увиолевого стекла БУВ(ДБ) являются источниками ультрафиолетового излучения в области С. Максимум излучения ламп БУВ 254 нм. Лампы применяют только для обеззараживаний объектов внешней среды: воздуха, воды, различных предметов (посуда, игрушки). Облучение людей прямыми лучами от этих ламп не допускается. В случае облучения людей могут возникнуть такие же неблагоприятные явления, как при переоблучении лампами ПРК (фотоофтальмия и др.).

Лампы БУВ изготовляют из увиолевого стекла и заполняют аргоном с дозированным количеством ртути при низком давлении. Производят лампы мощностью 15 Вт (БУВ-15), 30 Вт (БУВ-30, ДБ-30-1), 60 Вт (БУВ-60, ДБ-60), 30 Вт с повышенной плотностью тока (БУВ-30-И).

Для этих ламп разработана специальная экранирующая аппаратура, направляющая лучи так, чтобы они не могли попасть в глаза стоящему человеку. Для установки этих ламп существует настенная, потолочная или передвижная арматура (облучатели ОБН-160, ОБП-300, ОБП-450), а также комбинированные облучатели, предназначенные для осветительных люминесцентных ламп и ламп типа БУВ.

Существует два вида облучательных установок: установки длительного действия и кратковременного действия. В первых установках обычное искусственное освещение внутри помещения насыщается ультрафиолетовыми лучами с помощью источников УФ-излучения. Находящиеся в помещении люди облучаются в течение всего времени пребывания в нем УФ-потоком небольшой интенсивности (светооблучательные установки). Установки кратковременного действия оборудуют в специальных помещениях, называемых фотариями. Дозирование УФ-облучения производится в биодозах.

Определение биодозы. Пороговой эритемной дозой, или биодозой, называется количество облучения, которое вызывает едва заметное покраснение (эритему) на коже незагорелого человека спустя 6—10 ч после облучения. Эта пороговая эритемная доза непостоянна. Она зависит от пола, возраста, состояния здоровья и других индивидуальных особенностей.

Биодоза устанавливается экспериментально у каждого или выборочно у наиболее ослабленных лиц, которые будут подвергаться облучению. Определение биодозы проводится тем же источником искусственного УФ-излучения, который будет применен для профилактического облучения (лампы ЭУВ или ПРК).

Рис. 42. Биодозиметр Горбачева—Дальфельда

Определение биодозы профилактического и лечебного ультрафиолетового облучения с помощью биодозиметра. Данный метод относится к биологическим методам. Биодозиметр Горбачева—Дальфельда (рисунок 42) представляет собой пластинку из нержавеющей стали с шестью прямоугольными отверстиями. В приборе имеется задвижка, позволяющая открывать или закрывать указанные отверстия. С помощью тесемок, закрепленных на прорезиненной шторке, прикрепленной к биодозиметру, он закрепляется на внутренней стороне предплечья.

Затем открывается первое отверстие (при закрытых других) и облучается источником ультрафиолетового облучения и с расстояния, которые предполагаются для лечебного и профилактического облучения, в течение 3 мнут. Затем при указанных условиях облучаются другие отверстия в течение 2,5 минут, 2 минут, 1,5 минут, 1 минуты и 0,5 минуты. Через 6 часов, в течение которых биодозиметр остается закрепленным, просматривают все облученные отверстия и отмечают эритемные реакции (покраснения) на соответствующих участках кожи. Например, участок кожи, который облучался 0,5 минуты остался без изменений (какой-либо эритемной реакции). На всех других участках кожи отмечена эритемная реакция. Лечебная биодоза при данных условиях, таким образом, будет 1 мин или 60 с. На практике в качестве лечебной дозы принимают также в зависимости от состояния пациента 0,6-0,8 биодозы. Профилактическая доза составляет 1/8–1/10 от лечебной дозы: 60 с : 8 = 7,5 с или 60 с : 10 = 6 с. При определении биодозы необходимо выполнять требования безопасности, в частности, при облучении участков кожи исследователь и обследуемый должны использовать защитные очки, а биодозиметр запрещается использовать без защитной прорезиненной шторки. При УФ-недостаточности здоровым людям необходимо ежедневно получать 1/10—3/4 биодозы.

Щавелевокислый метод определения биодозы. Данный метод относится к химическим методам определения и интенсивности ультрафиолетовой радиации, и биодозы. Метод основан на том, что щавелевая кислота в присутствии нитрата уранила разлагается под влиянием ультрафиолетовой радиации. Об интенсивности ультрафиолетовой радиации (в относительных единицах) судят по количеству разложившейся щавелевой кислоты.

Для определения интенсивности ультрафиолетовой радиации в чашку Петри наливают 70 мл реактива Б (щавелевая кислота – 6,3 г, нитрат уранила – 0,502 г на 1000 мл воды, для волн длиной 290–350 нм) и помещают ее на 30 минут под эритемную лампу.

По окончание экспозиции переносят в колбу 20 мл «облученного» раствора реактива Б, добавляют 20 мл водного раствора H₂SO₄ (60 мл H₂SO₄ на 1000 мл воды) для подкисления титруемых растворов, доливают 70 мл горячей дистиллированной воды и оттитровывают 0,1 н. раствором KMnO₄ до слабо-розового окрашивания. Для контрольного определения количества щавелевой кислоты и раствора Б берут 20 мл «необлученного» раствора, добавляют 20 мл H₂SO₄, 70 мл горячей дистиллированной воды и оттитровывают 0,1 н. раствором KMnO₄.

Для определения интенсивности ультрафиолетовой радиации в относительных единицах (1 мг разложившейся щавелевой кислоты на 1 см²) расчет производят по формуле:

, где (40)

Y – количество разложившейся щавелевой кислоты, мг/см²´ч;

М₁ – количество 0,1 н. раствора KMnO₄, пошедшего на титрование «необлученного» реактива Б, мл;

М₂ – количество 0,1 н. раствора KMnO₄, пошедшего на титрование «облученного» реактива Б, мл;

6,3 – коэффициент для пересчета количества разложившейся щавелевой кислоты с 20 мл реактива Б, взятых для титрования, на весь объем, подвергшийся облучению (70 мл);

S – площадь облучаемой поверхности чашки Петри (S = pR²), см²;

Данный метод позволяет приблизительно рассчитать величину биодозы, получаемую человеком от источника ультрафиолетового излучения. При этом учитывается эритемный эквивалент (ЭЭ), показывающий, какому количеству разложившейся щавелевой кислоты соответствует одна биодоза. ЭЭ солнечной радиации не постоянен, зависит от высоты стояния солнца над горизонтом, прозрачности атмосферы и других факторов.

Для перерасчета количества щавелевой кислоты на биодозы, пользуются формулой:

, где (41)

Б – число биодоз ультрафиолетового излучения;

а – количество разложившейся щавелевой кислоты, мг/см²;

ЭЭ – эритемный эквивалент солнечной ультрафиолетовой радиации или искусственного источника, мг/см² (для лампы ЭУВ-15, часто используемой для ультрафиолетового лечебного и профилактического облучения, он равен 0,0275 мг/см²).

Светооблучательные установки. Эритемными светооблучательными установками называются осветительные установки, в которых, помимо люминесцентных или обычных ламп накаливания, вмонтированы ультрафиолетовые эритемные люминесцентные лампы ЭУВ (ЛЭ).

Устройство эритемных светооблучательных установок рекомендуется в: а) детских учреждениях (ясли, детские сады, школы, детские дома); б) лечебно-профилактических учреждениях (больницы, санатории, дома отдыха); в) жилых домах (общежития, интернаты) севернее 60° северной широты; г) спортивных залах; д) производственных помещениях, лишенных естественного света.

Устройство светооблучательных установок в цехах химической промышленности и возможно только при отсутствии контакта рабочих с эозином, акридином, метиленовым синим и другими веществами, оказывающими фотосенсибилизирующее действие. Светооблучательные установки следует оборудовать лишь в помещениях с длительным пребыванием людей (классы, палаты, цеха и т. и.). В северных районах облучение рекомендуется производить с 1 октября по 1 апреля, в средних широтах (50—60° северной широты) с 1 ноября по 1 апреля, в южных (45—50° северной широты) с 1 декабря по 1 апреля.

Применение эритемных светооблучательных установок эффективно и перспективно. Они позволяют создать в помещениях своего рода солнечный свет, причем люди находятся в помещениях в обычном платье, открытыми остаются лицо, шея, руки. Облучатели располагают на потолке или на стенах на высоте около 2,5 м от пола. Длительность облучения определяется временем использования данного помещения. Например, в классах школ облучение производят в течение 4—6 ч, в детских садах 6—8 ч и т. п.

Расчет светооблучательных установок. Количество эритемных люминесцентных ламп в установке определяют следующим образом.

Вначале необходимо рассчитать эритемный поток всей установки (F) по формуле:

мэр, где (42)

5,4 — коэффициент запаса, учитывающий ряд технических показателей (старение ламп, неравномерность облучения);

S — площадь помещения, м²;

T — время работы установки, мин;

Н — доза профилактического ультрафиолетового облучения, (мэр×мин)/м².

Перевод дозы профилактического ультрафиолетового облучения, выраженного в биодозах, в специальные единицы [(мэр×мин)/м²)] производится исходя из того, что биодоза равна 5000 (мэр×мин)/м² [0,25 биодозы соответственно будет составлять 1250 (мэр×мин)/м², 0,1—500 (мэр×мин)/м² и т. п.].

Время облучения (t) назначается врачом с учетом длительности пребывания людей в помещении (не менее 4 и не более 8 ч).

Количество эритемных ламп (n) рассчитывают по формуле:

где (43)

F—эритемный поток установки, мэр;

F₁ — эритемный поток одной лампы, мэр.

Эритемный поток лампы ЭУВ-15 составляет 340 мэр, лампы ЭУВ-30—530 мэр.

Пример. Рассчитать количество ламп, необходимых для облучения здоровых школьников с целью профилактики ультрафиолетовой недостаточности. Доза облучения должна составить 0,5 биодозы, время облучения принимаем равным 4 ч (240 мин). Площадь класса равна 48 м .

Рассчитываем общий эритемный поток установки:

мэр

[Н — 0,5 биодозы = 2500 (мэр×мин)/м²].

Количество ламп ЭУВ-15, необходимых для создания этого зритемного потока, составит:

т. е. 8 ламп ЭУВ-15.

Облучательные установки — фотарии. Облучательные установки кратковременного действия (фотарии) наиболее целесообразно устраивать для тех контингентов людей, которые не имеют постоянного рабочего места или в тех случаях, когда имеются затруднения для устройства светооблучательных установок (большая высота помещений, разобщенность рабочих мест и т. д.). В фотариях люди облучаются интенсивным потоком УФ-излучения в течение нескольких, минут. Наиболее совершенными в настоящее время считаются фотарии кабинного и проходного (лабиринтного) типов, однако часто устраивают и фотарии маячного типа.

Фотарии кабинного типа (рисунок 43) состоят из двух или четырех одноместных смежных кабин, стенками которых служат вертикально расположенные лампы ЭУВ-30. Размер кабин 0,9´0,7 м при высоте 1,5 м. Фотарии из четырех смежных кабин оборудуются лампами ЭУВ-30. Лампы монтируются вертикально на расстоянии 160 мм друг от друга на высоте 0,5 м от пола.

Рис. 43. Фотарий кабинного типа с лампами ЭУВ

Рис. 44.Ультрафиолетовая установка для фотариев маячного типа с использованием лампы ПРК

Необходимое количество кабин (отдельно мужских и женских) определяют по формуле:

, где (44)

n - количество кабин;

N - количество людей, подлежащих облучению;

m - пропускная способность кабины, 20—22 чел/ч;

h - коэффициент, учитывающий время работы фотария (0,5).

При необходимости повысить пропускную способность фотария лучше устраивать фотарии проходного типа: прямолинейный или с поворотами (лабиринт) длиной до 30 м, шириной 1,2—1,5 м. В этом фотарии лампы ЭУВ-30 устанавливают вертикально на расстоянии 250 мм друг от друга на высоте 0,5 м от пола.

Пропускная способность определяется по формуле:

чел/ч, где (45)

m — пропускная способность фотария, чел/ч;

L — длина пути в фотарии, м;

d — расстояние между облучаемыми, 1—0,8 м;

t — продолжительность облучения, т. е. время прохождения по фотарию, мин.

В фотариях кабинного и проходного типов облучение проводится обычно по 2—3 мин ежедневно.

Фотарии маячного типа. Для оборудования такого фотария обычно используют лампу ПРК-7, устанавливаемую в центре помещения (рисунок 44). Облучаемые располагаются по кругу на расстоянии не менее 3 м от лампы. Расстояние между облучаемыми должно быть около 30—40 см.

Аналогичные фотарии маячного типа могут быть оборудованы лампами ПРК-2 или ПРК-4. При этом расстояние от лампы до облучаемых может быть сокращено до 1—2 м. Соответственно снижается и пропускная способность фотария. Обычно проводят 16—20 сеансов облучения с последующими двухмесячным перерывом, после которого цикл облучений повторяют. Облучение можно проводить ежедневно или через день, начиная с 0,5 биодозы и постепенно повывшая ее в зависимости от схемы облучения (таблица 28). Площадь, необходимую для устройства фотария маячного типа, расстояние до источника, продолжительность ежедневного облучения рассчитывают в каждом конкретном случае, пользуясь данными ориентировочной таблицы 29. При этом следует исходить из мощности лампы, имеющейся в наличии. Расстояние необходимо устанавливать так, чтобы время облучения было не меньше 4—5 мин и не больше 10—15 мин. Количество одновременно облучаемых людей будет зависеть от величины круга, по которому они располагаются (примерно по 0,8—1 м длины окружности на человека).

Таблица 28