Алгоритм нахождения спектральной плотности потока энергии УФ-радиации

Чтобы определить эффективную энергетическую освещённость, создаваемую широкополосным источником излучения (таким, как Солнце), по сравнению с действием источника излучения с длиной волны 270 нм, обладающим максимальной эффективностью, используется следующая формула:

	(3)

Здесь:

Ø Y_λi – спектральная плотносто потока излучения;

Ø S_λi – относительная спектральная эффективность излучения;

Ø Δλ – интервал длин волн.

Алгоритм нахождения допустимого времени пребывания человека под воздействием Солнечной радиации

Допустимое время облучения УФИ можно определить, разделив 30 Дж/м² (предельно допустимая энергетическая доза облучения УФИ для λ = 270 нм) на эффективную энергетическую освещённость:

	(4)

Решение задачи

Используя конечные формулы (1)-(4) и беря данные из таблицы исходных данных, получаем таблицу искомых значений.

Таблица 2. Исходные данные

Таблица 3. Искомые значения

Таблица 4. Частотные и волновые диапазоны электро-магнитного излучения.

Выводы:

В ходе выполнения работы было рассчитано предельно допустимое время пребывания человека на солнце при заданных условиях, оно равно 2204 секунды.

Были построены графики зависимости предельно допустимого времени пребывания человека на солнце от толщины озонового слоя, от угла падения солнечных лучей, от интенсивности излучения Солнца в УФ-диапазоне (т. е. от длины волны излучения). Полученные графики показывают, что:

· Чем больше угол падения к нормали, тем дольше человек может находиться под воздействием Солнечной радиации. Это связано с тем, что с увеличением угла падения увеличивается и расстояние, которое солнечные лучи проходят в атмосфере, следовательно, они больше рассеиваются, встречают больше водяных паров, озона и других примесей. Также можем заметить, что математическая модель решения теряет свой смысл при углах падения выше 65 градусов. Однако, применив к математической модели физические ограничения, получаем, что при углах падения 90°≤γ≤270° допустимое время пребывания не стремится к бесконечности, как было бы без ограничений, а принимает постоянное значение. Математически это связано с тем, что на данном отрезке значение секанса (sec) близко к нулю; физически это объясняется тем, что при данном угле Солнце находится за горизонтом, а значит, интенсивность солнечных лучей не меняется.

· Чем толще озоновый слой, тем дольше человек может находиться под воздействием Солнечной радиации. Это объясняется тем, что озон является поглотителем жёстких ультрафиолетовых лучей. Однако и здесь математическая модель требует некоторых ограничений, т.к. без них допустимое время пребывания стремится к бесконечности, хотя фактически это не так: при достижении определённой толщины, озоновый слой поглотит всё жёсткое ультрафиолетовое излучение, и при дальнейшем наращивании толщины озонового слоя максимально допустимое время пребывания человека на солнце меняться не будет.

· Чем больше интенсивность Солнечных лучей, тем меньшее время человек может находиться под воздействием Солнечной радиации. Это объясняется тем, что с увеличением интенсивности пропорционально увеличивается пагубное воздействие УФ-радиации – ведь волны в этом диапазоне короткие, а коротковолновое излучение наиболее опасно для живых организмов.

Также было проведено сравнение предельно допустимого времени пребывания человека под воздействием УФ-радиации разных длин волн. Результаты показывают, что под воздействием излучения с меньшей длинной волны человек может безопасно провести меньшее время, так как при уменьшении длины волны увеличивается интенсивность излучения, что пагубно влияет на организм.

На толщину озонового слоя прямое влияние оказывают антропогенные факторы: различные хладагенты, самолётное топливо и прочие выбросы образуют большое количество свободных радикалов (например, фтора), которые связывают атомы кислорода и не позволяют им рекомбинировать в озон, то есть вместо реакции 3O → O­₃ протекает реакция O + F₂ → OF₂.

Для расчётов и построения графиков использовались следующие программы: Microsoft Word, Microsoft Excel, MathCAD.

Ответы на контрольные вопросы:

1. Каково биологической воздействие УФ радиации на человека?

При воздействии УФ излучения на кожу в размере, превышающем её способность к загару, появляются ожоги. Также ультрафиолетовое излучение может приводить к образованию мутаций, раку кожи, меланоме. При интенсивном воздействии на глаз может вызывать ожог роговицы.

2. Какова роль озонового слоя атмосферы в защите от УФР?

Озоновый слой поглощает жёсткое ультрафиолетовое излучение: под его воздействием молекулы озона распадаются на атомы кислорода, после чего вновь рекомбинируют в молекулу озона. Считается, что без озонового слоя жизнь на Земле никогда не смогла бы выбраться из океанов, и высокоразвитые формы жизни не смогли бы возникнуть.

3. Пороговые дозы облучения УФИ?

Пороговая доза облучения – минимальная доза воздействия радиации, после которой наблюдается какой-либо эффект (мутагенный и другие). Например, пороговая доза облучения УФИ для глаза человека составляет 4мДж/см² – при достижении этого порога начинается повреждение роговицы.

4. Источники разрушения озонового слоя?

К уменьшению концентрации озона в атмосфере ведёт совокупность факторов, главным из которых является гибель молекул озона в реакциях с различными антропогенными веществами, например: метан, соединения фтора, хлороводород, окиси азота, водород и др.

5. Какие факторы влияют на плотность потока солнечной УФ радиации на уровне Земли?

Наиболее существенное влияние оказывают такие факторы, как угол падения солнечных лучей, толщина озонового слоя в данном регионе, наличие облаков и толщина слоя облаков, влажность воздуха и другие.

Задача № 10

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: