ing. Domenico Mannelli www.mannelli.info

1. ing. Domenico Mannelli www.mannelli.info

2. Il 26 Aprile 2010 è entrato pienamente in vigore, e quindi sanzionabile, il Capo V del Titolo VIII del DLgs. 81/2008 sulla prevenzione del "Rischio da esposizione alle radiazioni ottiche artificiali".

3. COSA SONO LE ROA? • Con il termine radiazioni ottiche si intende la porzione di spettro elettromagnetico fra 100 nm e 1 mm; a lunghezze d’onda inferiori a 100 nm abbiamo le radiazioni ionizzanti oltre la lunghezza d’onda di 1 mm (corrispondente alla frequenza di 300 GHz) si parla di campi elettromagnetici

4. RADIOMETRIA La radiometria studia il trasferimento di energia radiante tramite un insieme di grandezze fisiche

5. Grandezze e unità in ottica RADIOMETRIA Grandezze legate alla energia FOTOMETRIA Grandezze legate alla vista

6. Grandezze radiometriche Grandezze fotometriche Intensità radiante W/sr Intensità luminosa Candela (cd) Potenza radiante (Flusso radiante) W Energia radiante J Energia luminosa lumens Radianza W sr -1 m-2 Luminanza Nit [cd m-2] Emettenza W m-2 Irradiamento W m-2 Emettenza luminosa (illuminanza) lux(lx) [cdsr m-2] Illuminamento lux (lx) [cdsr m-2] RADIOMETRIA E FOTOMETRIA Misurano l’intera potenza radiante e le grandezze derivate Misurano la parte della potenza radiante percepita come luce Potenza luminosa lumen (lm) [cd sr] Candela (S.I.): intensità luminosa in una data direzione di una sorgente monocromatica con frequenza 5401012 Hz e con intensità radiante in quella direzione di 1/683 W sr–1 (ovvero emette un totale di 4lumen)

7. Angoli • Angolo piano: è il rapporto tra la lunghezza dell’arco sotteso da due raggi ed il raggio della circonferenza • Il cerchio ha 2p radianti • L’angolo solido ω è una regione conica di spazio ed è definito dal rapporto tra l’area della superficie A racchiusa sulla sfera ed il quadrato del raggio r2 della stessa • Si misura in steradianti [sr] • La sfera ha 4p radianti

8. Grandezze radiometriche Possiamo distinguere in grandezze radiometriche totali e grandezze radiometrichespettrali. Nei valori totali si considera la quantità di energia a prescindere dalla lunghezza d’onda. Le grandezze spettrali invece sono funzioni della lunghezza d’onda. Le grandezze totali perdono una dimensione m-1 Es.: Radianza spettraleLe(l) [Watt⋅sr-1⋅m-3] Radianza [Watt⋅sr-1⋅m-2]

9. Grandezze radiometriche Possono essere divise in due classi 1. Quelle che descrivono la sorgente emettitrice (φ, L) 2. Quelle che descrivono la superficie irradiata (E, H)

10. Energia radiante Flusso radiante Intensità radiante Radianza

11. ENERGIA RADIANTE è l'energia totale emessa da una sorgente, Qe. Si misura in Joule (J). Energia radiante spettrale: Qe(λ) [Joule⋅m-1] Tutte le grandezze spettrali hanno in più una dimensione m-1

12. FLUSSO RADIANTE (POTENZA RADIANTE) è l'energia irraggiata da una sorgente per unità di tempo. Se Q rappresenta l'energia allora:  L'unità di misura del flusso Fe è il Watt (W) Flusso radiante spettrale: [Watt⋅m-1]

13. FLUSSO(POTENZA) RADIANTE Se il flusso è lo stesso in tutte le direzioni, la sorgente è isotropa. Certe sorgenti emettono diversamente in diverse direzioni, in altre sorgenti il flusso radiante può essere convogliato in una direzione preferenziale mediante delle ottiche opportune (come nei fari di un’auto). Il flusso radiante ha però un valore che è caratteristico della sorgente e dipende solo dalla potenza erogata, non dalla sua distribuzione spaziale.

14. INTENSITÀ RADIANTE è il flusso radiante per unità di angolo solido in una data direzione, considerando la sorgente come origine delle coordinate: Si misura in W/sr. Intensità radiante spettrale: [Watt⋅/sr⋅m]

15. RADIANZA L [Watt⋅sr-1⋅m-3] E' la quantità di energia emessa da una superficie nell’unità di tempo (= Flusso Radiante) per unità di angolo solido (= Intensità radiante) e per unità di superficie: – dAarea della sorgente emittente – cosӨ dipende dall’angolo che la sorgente ha rispetto al ricettore – dω dipende dalla dimensione del ricettore (pupilla, sensore) e dalla distanza La radianza è una grandezza utilizzata per descrivere quanto un fascio di radiazione ottica è concentrato. Può essere calcolata dividendo l’irradianza (in W/m2) ad una data posizione dalla sorgente per l’angolo solido con cui la si osserva da quella posizione.

16. Qe(λ) Energia radiante Flusso radiante Intensità radiante Radianza Grandezza con Valore Limite

17. GRANDEZZE RADIOMETRICHE Irradianza: è definita come il flusso radiante per superficie di rilevazione unitaria si misura in W/m2. L’Irradianzache cade su una superficie varia con il coseno dell’angolo di incidenza La irradianza definisce il rateo con cui l’energia arriva, nell’unità di superficie, in un dato luogo. Essa quindi dipende dalla potenza radiante e dall’area che il fascio intercetta sulla superficie che attraversa. Irradianzaspettrale

18. Irradianza

19. ESPOSIZIONE RADIANTE H • La esposizione radiante descrive quanta energia, per unità di superficie, è arrivata in un dato luogo rispetto alla posizione della sorgente. • Può essere calcolata moltiplicando l’irradianza (in W/m2) per il tempo complessivo della esposizione in secondi. • La esposizione radiante consente quindi di quantificare l’effetto dell’esposizione integrata nel tempo ed il conseguente rischio. • Si misura in J/m2 . Il simbolo che la esprime è “H”.

20. LIMITI DI ESPOSIZIONE Il rispetto dei limiti di esposizione garantisce i lavoratori esposti a ROA dagli effetti nocivi sugli occhi e sulla cute. I limiti sono definiti per: [E] = Irradianza (W/m2) [H] = Esposizione radiante (J/m2) [L] = Radianza (W/m2sr)

22. I LIMITI DI ESPOSIZIONE Alcuni di essi sono espressi in termini “efficaci”. Quindi: • Irradianza efficace Eeff • Esposizione radiante efficace Heff • Radianza efficace LR

23. I LIMITI DI ESPOSIZIONE • Il termine “efficace” si riferisce alle grandezze radiometriche “pesate” per gli effetti biologici che generano alle diverse lunghezze d’onda. • Per fare ciò sono definiti alcuni fattori adimensionali

24. FATTORI ADIMENSIONALI S(λ) fattore di peso spettrale: tiene conto della dipendenza dalla lunghezza d’onda degli effetti sulla salute delle radiazioni UV sull’occhio e sulla cute R(λ) fattore di peso spettrale: tiene conto della dipendenza dalla lunghezza d’onda delle lesioni termiche provocate sull’occhio dalle radiazioni visibili e IRA B(λ) ponderazione spettrale: tiene conto della dipendenza dalla lunghezza d’onda della lesione fotochimica provocata all’occhio dalla radiazione di luce blu

25. FATTORI GEOMETRICI Se la sorgente emette nel visibile o nel IR, per potere calcolare correttamente le grandezze di interesse deve essere valutato se una sorgente è omogenea o no o se è composta da più sorgenti singole messe insieme. Nel primo caso si deve sempre considerare la DIMENSIONE della parte di sorgente più luminosa. Nel secondo caso ogni singola sorgente deve essere trattata come una sorgente singola che contribuisce con la sua quota parte alla grandezza misurata. Quindi la prima cosa che occorre è la Z = dimensione media della sorgente

26. FATTORI GEOMETRICI • Per calcolarla occorre misurare la lunghezza e la larghezza apparente della sorgente ovvero le sue dimensioni reali moltiplicate per il coseno dell’angolo da cui la si sta osservando. Se si è di fronte alla sorgente le dimensioni apparenti coincideranno con quelle reali. • Z è la media delle due dimensioni. • Per sorgenti circolari l’area apparente A della sorgente sarà l’area reale per il coseno dell’angolo di osservazione rispetto alla normale alla superficie; • Per quelle lineari l’area apparente sarà il prodotto delle due dimensioni lineari apparenti.

27. FATTORI GEOMETRICI Esempio: lampada fluorescente Dimensioni reali: lunghezza 153 cm, larghezza 2 cm Se si osserva lungo l’asse perpendicolare al tubo fluorescente il cosθ = 1, quindi le dimensioni reali coincidono con quelle apparenti che sono date da: Dimensione media: (153 + 2)/2 = 77,5 cm

28. FATTORI GEOMETRICI • Un altro fattore geometrico determinante è α ossia l’angolo sotteso dalla sorgente. • Esso rappresenta la dimensione della sorgente che forma l’immagine sulla retina. Se è α < di 11 mradla sorgente può essere considerata puntiforme.

29. FATTORI GEOMETRICI Nel caso del tubo fluorescente. Se ci si pone a d = 100 cm di distanza per misurare l’irradianza avrò α = Z/d ossia α = 77,5/ 100 = 0,775 rad che è la dimensione apparente della sorgente a quella distanza dall’osservatore. 77,5 cm

30. FATTORI GEOMETRICI Si calcola adesso la superficie S della sorgente per trovare l’angolo solido ω che serve per calcolare dall’irradianza la radianza tramite la relazione L = E/ ω. S = 153 cm x 2 cm = 306 cm2 Poiché mi trovo ad una distanza d = 100 cm dalla sorgente, l’angolo solido ω sarà S/d2 Ossia 306/10000 = 0,0306 sr (steradianti)

31. FATTORI GEOMETRICI • Il tubo fluoresecente per illuminazione emette radiazione visibile e UV (in quanto lampada a scarica). Emette radiazioni IR non significative. Quindi dovremo cercare i limiti appropriati. • Esaminando la tabella 1.1 dell’allegato XXXVII troviamo che i limiti pertinenti sono: • a) b) d)

32. FATTORI GEOMETRICI Supponiamo di avere misurato i seguenti dati radiometrici: Irradianza efficace Eeff = 600 μW/m2 Irradianza UVA EUVA =120 mW/ m2 Irradianza efficace (luce blu) EB = 561 mW/m2

33. FATTORI GEOMETRICI Limite a) = Heff = 30 Jm2 Irradianza efficace Eeff = 600 μW/m2 misurata e pesata S (λ). Nell’ipotesi di esposizione continua per 8 ore, ossia 28800 secondi, ad una irradianza efficace di 0,0006 Wm2 da UVA-UVB-UVC (180-400 nm), risulta Esposizione radiante = 28800 s x 0,0006 W/m2 = 17,28 Jm2 Siamo quindi a poco più del 50% del limite per effetti sull’occhio e la cute.

34. FATTORI GEOMETRICI Limite b) = HUVA = 104 J/m2 Irradianza UVA EUVA =120 mW/ m2 misurata e non pesata Nell’ipotesi di esposizione continuativa di 8 ore, ossia 28800 s, si ha: Esposizione radiante = 28800 s x 0,12 W/m2 = 3,456 103 J/m2 Ossia circa il 33% del limite per la generazione della cataratta.

35. FATTORI GEOMETRICI Limite d) = LB = 100 W/m2sr (cioè RADIANZA) Irradianza efficace EB = 561 mW/m2 misurata e pesata B(λ). Convertiamo l’irradianza in radianza invocando l’angolo solido ω = S/d2 = 306/10000 = 0,0306 sr . Da cui: (561 mW/m2 ) / 0,0306 sr = (0,561 W m2 ) / 0,0306 sr = 18,3 W/m2sr Cioè meno del 20 % del limite per danno fotochimico retinico

36. FATTORI GEOMETRICI Verifichiamo anche il confronto con il limite g) = LR = 280 kW /m2sr per la valutazione del danno termico retinico. Ipotizzando di avere misurato una radianza efficace ER = 7843 mW/m2 misurata e pesata R(λ). Convertiamo l’irradianza in radianza invocando l’angolo solido ω = S/d2 = 306/10000 = 0,0306 sr . Da cui: (7843 mW/m2 ) / 0,0306 sr = (7,483 W m2 ) / 0,0306 sr = 244,5 W/m2sr Cioè meno del 0,1 % del limite per danno termico retinico

37. VALUTAZIONE DEI DIVERSI RISCHI GENERATI DALLA NORMALE ILLUMINAZIONE DA UFFICIO CON TUBI FLUORESCENTI, OSSERVATA DALLA DISTANZA DI 50 CM • La normale illuminazione degli uffici ottenuta con • lampade fluorescenti non presenta pertanto rischi dal punto di vista dell’esposizione a radiazioni ottiche. • Fonte Frigerio Fondazione Salvatore Maugeri Pavia

38. perché RADIAZIONI “OTTICHE”? • La definizione “ottiche” deriva dal fatto che, in questo intervallo di lunghezza d’onda, si applicano le leggi dell’ottica classica, a prescindere dalla capacità del cervello umano di rivelare la radiazione come “visibile”.

39. SPECCHI • La radiazione infrarossa a 800 nm viene riflessa e focalizzata con sistemi di lenti e specchi non molto diversi da quelli comunemente noti anche se non è visibile all’occhio umano. • Tuttavia, i materiali che si comportano da lenti e specchi a frequenze molto lontane da quelle del visibile, possono essere molto diversi da quelli che ci si attende, il che comporta qualche problema a livello di prevenzione, in particolare nel campo dei laser.

40. TIPOLOGIA ROA • ROA NON COERENTI qualsiasi radiazione ottica diversa dalla radiazione laser • INFRAROSSI, VISIBILI,ULTRAVIOLETTI • ROA COERENTI • LASER amplificazione di luce mediante emissione stimolata di radiazione

43. ARTICOLO 181 - VALUTAZIONE DEI RISCHI FISICI • esecuzione secondo norme di buona tecnica e buone prassi. • programmata ed effettuata, con cadenza almeno quadriennale, da personale qualificato nell’ambito del servizio di prevenzione e protezione in possesso di specifiche conoscenze in materia • può includere una giustificazione del datore di lavoro secondo cui la natura e l'entità dei rischi non rendono necessaria una valutazione dei rischi più dettagliata.

44. “Quali sono le condizioni nelle quali la valutazione del rischio può concludersi con la “giustificazione” secondo cui la natura e l’entità dei rischi non rendono necessaria una valutazione più dettagliata ? • Sono giustificabili tutte le apparecchiature che emettono radiazione ottica non coerente classificate nella categoria 0 secondo lo standard UNI EN 12198:2009, così come le lampade e i sistemi di lampade, anche a LED, classificate nel gruppo “Esente” dalla norma CEI EN 62471:2009 . • Esempio di sorgenti di gruppo “Esente” sono l’illuminazione standard per uso domestico e di ufficio, i monitor dei computer, i display, le fotocopiatrici, le lampade e i cartelli di segnalazione luminosa. Sorgenti analoghe, anche in assenza della suddetta classificazione, nelle corrette condizioni di impiego si possono “giustificare”.Tutte le sorgenti che emettono radiazione laser classificate nelle classi 1 e 2 secondo lo standard IEC 60825-1 sono giustificabili. Per le altre sorgenti occorrerà effettuare una valutazione del rischio più approfondita.

45. Principali sorgenti ROA non coerenti delle quali si dovrebbe approfondire la valutazione del rischio

46. Principali sorgenti ROA non coerenti delle quali si dovrebbe approfondire la valutazione del rischio

47. DIRETTIVA MACCHINE • Il DLgs. 27/01/2010 n.17 prevede che se una macchina emette radiazioni non ionizzanti (quindi comprese anche le ROA) che possono nuocere all’operatore o alle persone esposte, soprattutto se portatrici di dispositivi medici impiantati (per le ROA: il cristallino artificiale), il costruttore deve riportare nel manuale di istruzioni le relative informazioni.

48. LE MACCHINE la norma UNI EN 12198:2009 consente al fabbricante di assegnare alla macchina una categoria in funzione del livello di emissione di radiazioni secondo i valori riportati nella appendice B della suddetta norma. Sono contemplate tre categorie di emissione

49. LAMPADE E I SISTEMI DI LAMPADE • Le lampade e i sistemi di lampade sono classificati in 4 gruppi secondo lo standard CEI EN 62471:2009. Gruppo Stima del Rischio Esente Nessun rischio fotobiologico Gruppo 1 Nessun rischio fotobiologico nelle normali condizioni di impiego Gruppo 2 Non presenta rischio in condizioni di riflesso naturale Gruppo 3 Pericoloso anche per esposizioni momentanee

50. RADIAZIONI LASER • Quando una macchina emette radiazioni che possono nuocere all’operatore o alle persone esposte, soprattutto se portatrici di dispositivi medici impiantati (per le ROA: il cristallino artificiale), il costruttore deve riportare nel manuale di istruzioni le relative informazioni. • Ogni qual volta si utilizzino apparecchiature che emettono radiazioni laser, i fabbricanti sono tenuti a fornire informazioni: classificazione, targhettatura e indicazione dei requisiti di sicurezza. • Le norme armonizzate che trattano dei requisiti generali di sicurezza delle macchine laser e dei laser portatili sono le UNI EN ISO 11553-1 e UNI EN ISO 11553-2 del 2009