Valutazione mediante calcoli

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1 Valutazione mediante calcoli

2 Esposizione radiante: integrale nel tempo della Radianza, espressa in Joule per unità di area irradiata (J/m 2 ) Definizioni delle grandezze radiometriche Potenza radiante: potenza emessa, trasmessa o ricevuta sotto forma di radiazione, espressa in watt (W) Irradianza o densità di potenza: la potenza radiante incidente per unità di area su una superficie, espressa in watt per unità di area (W/m 2 ) Radianza: potenza radiante emessa per unità di area e che si propaga nell unità di angolo solido, espressa in watt per unità di area irradiata per steradianti (W/m 2 sr)

3 Queste grandezze non sono facili da misurare e richiedono una complessa e articolata elaborazione partendo dai dati sperimentali.

4 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)

5 La potenza radiante è il rateo con cui l energia passa attraverso un dato posto nello spazio. Si misura in watts (W) dove 1 watt è uguale ad 1 joule al secondo. Il termine potenza può essere riferito alla potenza di un fascio di radiazione ottica. In tal caso è spesso definita come potenza emessa in continuo (CW =continous wave). Ad esempio, un laser con emissione continua di 1 mw emette fotoni con una energia totale di 1 mj ogni secondo.

6 La potenza può anche essere riferita a sorgenti pulsate. Ad esempio se un laser emette un impulso discreto che contiene 1 mj di energia in 1 ms, la sua potenza sarà pari a 1 W. Ma se lo stesso impulso di energia è stato emesso in 1 µs allora la sua potenza è pari a 1000 W. Viene rappresentata con il simbolo φ (phi)

7 La irradianza definisce il rateo con cuil 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. Si calcola dividendo la potenza del fascio per l area cioè in W/m 2 o sottomultipli (mw/cm 2 - µw/ cm 2 ). Si esprime con il simbolo E.

8 La radianza è una grandezza utilizzata per descrivere quanto un fascio di radiazione ottica è concentrato. Può essere calcolata dividendo l irradianza (in W/m 2 ) ad una data posizione dalla sorgente per l angolo solido con cui la si osserva da quella posizione. Si misura in W/(m 2 sr). Il simbolo che la esprime è L.

9 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/m 2 ) per il tempo complessivo della esposizione in secondi.

10 La esposizione radiante consente quindi di quantificare l effetto dell esposizione integrata nel tempo ed il conseguente rischio. Si misura quindi in J/m 2. Il simbolo che la esprime è H.

11 Radiazioni Ottiche Artificiali (ROA) 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/m 2 ) [H] = Esposizione radiante (J/m 2 ) [L] = Radianza (W/m 2 sr)

12 Le grandezze radiometriche servono quindi a descrivere la distribuzione spaziale e temporale della radiazione ottica e a confrontarsi con i limiti di esposizione definiti dalla Legge. Alcune di esse possono essere indicate dal fabbricante della sorgente.

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14 Ω

15 Angolo solido 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 r 2 della stessa Si misura in steradianti [sr] Ω = A r 2 Ω Courtesy of A.M. Vandelli

16 I limiti di esposizione

17 I limiti di esposizione

18 I limiti di esposizione

19 I limiti di esposizione

20 I limiti di esposizione

21 I limiti di esposizione Alcuni di essi sono espressi in termini efficaci. Quindi: Irradianza efficace E eff Esposizione radiante efficace H eff Radianza efficace L R

22 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 si seguenti fattori adimensionali:

23 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

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

25 Fattori adimensionali

26 Fattori adimensionali 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

27 Fattori adimensionali B(λ) ponderazione spettrale: tiene conto della dipendenza dalla lunghezza d onda della lesione fotochimica provocata all occhio dalla radiazione di luce blu

28 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.

29 Fattori geometrici 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!

30 Fattori geometrici Per calcolarla devo misurare la lunghezza e la larghezza apparente della sorgente ovvero le sue dimensioni reali moltiplicate per il coseno dell angolo da cui la sto osservando. Se sono 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.

31 Fattori geometrici Esempio: lampada fluorescente Dimensioni reali: lunghezza 153 cm, larghezza 2 cm Se osservo lungo l asse perpendicolare al tubo fluorescente il cosθ = 1, quindi le dimensioni reali coincidono con quelle apparenti che sono date da: Dimensione media: ( )/2 = 77,5 cm

32 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 mrad la sorgente può essere considerata puntiforme.

33 Fattori geometrici

34 Nel caso del tubo fluorescente. Se mi pongo 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.

35 alcolo adesso la superficie S della orgente per trovare l angolo solido ω he serve per calcolare dall irradianza a radianza tramite la relazione L = E/ ω. S = 153 cm x 2 cm = 306 cm 2 oiché mi trovo ad una distanza d = 100 cm alla sorgente, l angolo solido ω sarà S/d 2 ssia 306/10000 = 0,0306 sr (steradianti)

36 l tubo fluoresecente per illuminazione mette radiazione visibile e UV (in uanto lampada a scarica). Emette adiazioni IR non significative. Quindi ovremo cercare i limiti appropriati. saminando la tabella 1.1 dell allegato XXVII troviamo che i limiti pertinenti ono: a) b) d)

37 upponiamo di avere misurato i eguenti dati radiometrici: rradianza efficace Eeff = 600 µw/m 2 rradianza UVA E UVA =120 mw/ m 2 rradianza efficace E B = 561 mw/m 2

38 imite a) = Heff = 30 Jm 2 rradianza efficace Eeff = 600 µw/m 2 esata S (λ). misurata e ell ipotesi di esposizione continua per 8 ore, ssia secondi, ad una irradianza efficace di,0006 Wm 2 da UVA-UVB-UVC ( nm), risulta s x 0,0006 Wm 2 = 17,28 Jm 2 Siamo quindi a poco più del 50% del limite per effetti sull occhio e la cute.

39 Limite b) = H UVA = 10 4 Jm 2 Irradianza UVA E UVA =120 mw/ m 2 misurata e NON pesata! Nell ipotesi di esposizione continuativa di 8 ore, ossia s, si ha: s x 0,12 W/m 2 = 3, Jm 2 Ossia circa il 33% del limite per la generazione della cataratta.

40 Limite d) = L B = 100 W/m 2 sr (cioè RADIANZA) per danno fotochimico retinico! Irradianza efficace E B = 561 mw/m 2 misurata e pesata B(λ). Convertiamo l irradianza in radianza invocando l angolo solido ω = S/d 2 = 306/10000 = 0,0306 sr. Da cui: (561 mw/m 2 ) / 0,0306 sr = (0,561 W m 2 ) / 0,0306 sr = 18,3 W/m 2 sr Cioè meno del 20 % del limite

41 n realtà andrebbe valutato anche il confronto con il limite ) = L R = 280 kw /m 2 sr per la valutazione del danno termico etinico. potizzando di avere misurato una rradianza efficace E R = 843 mw/m 2 misurata e pesata R(λ). onvertiamo l irradianza in radianza invocando l angolo olido ω = S/d 2 = 306/10000 = 0,0306 sr. a cui: (7843 mw/m 2 ) / 0,0306 sr = (7,483 W m 2 ) / 0,0306 sr = 244,5 W/m 2 sr Cioè meno del 0,1 % del limite per danno termico retinico!

42 Abbiamo capito che le lampade fluorescenti GLS sono sorgenti giustificate!

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52 Grazie per l attenzione!

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