Разработка обучающей подсистемы для лабораторного исследования характеристик замкнутых систем автоматического управления в среде Интернет

Рис. 2.2. Последовательность формирования эпитаксиально-планарной структуры со скрытым n+-слоем: а--исходная пластина; б--вскрытие окон под диффузию скрытого слоя; в--диффузия n+-примеси, окисление поверхности; г--стравливание окисла, подготовка поверхности, д-- эпитаксиальное наращивание n-слоя, окисление поверхности; е -- готовая структура после разделительной диффузии, формирования базовых и эмиттерных областей, а также межсоединений

Таблица 2.3. Транзистор на основе МДП-структуры

	С помощью плазмохимического осаждения и фотолитографии положим диэлектрич. Маску.
	С помощью ВТД внедряем атомы ионирующего элемента и удаляем диэлектрик.
	Используя высокую температуру окисления положим диэлектрическую маску.
	С помощью магнетронного распыления и фотолитографии наносим тонкое металлическое покрытие.

Эпитаксия.

Эпитаксия - это процесс осаждения атомарного кремния на монокристалическую кремниевую пластину, при котором получают пленку, являющуюся продолжением структуры пластины. Практическое значение имеет случай, когда легированная эпитаксиальная пленка выращивается на легированной пластине, т.е. когда одновременно с атомами кремния в росте кристалла принимают участие и атомы легирующего элемента. При различных видах примеси в пластине и в выращиваемой пленке на границе их раздела образуется p-n переход. Таким образом, в эпитаксиально-планарных структурах тонкий эпитаксиальный слой (2-10 мкм) содержит элементы ИМС, а подложка толщиной -500мкм играет конструкционную роль.

В зависимости от агрегатного состояния источника атомов полупроводника и примеси для растущей пленки различают эпитаксию из газовой, жидкой и твердой фаз. Промышленное применение нашли газофазная (ГФЭ) и жидкофазная (ЖФЭ) эпитаксии.

При ГФЭ атомы кремния и примеси выделяются на пластине в результате химических реакций из соединений кремния и легирующего элемента. Для совершенства структуры важно прежде всего, чтобы в достройке участвовали одиночные атомы, а не их группы.

Основные условия, обеспечивающие совершенство структуры эпитаксиального слоя, следующие:

Химические реакции выделения атомов кремния и примеси должны быть гетерогенными (выделение атомов происходит непосредственно на пластине) , исключающими образование агломератов (групп атомов);

Необходимы высокая температура пластины и ограниченная скорость осаждения атомов, обеспечивающие высокую подвижность адсорбированных атомов на пластине.

С поверхности пластины должны быть устранены механические повреждения и различного рода загрязнения.

Гетерогенную реакцию, протекающую на границе газообразной и твердой фаз, можно условно представить в виде следующих стадий:

· Перенос веществ, участвующих в реакции, к поверхности пластины;

· Адсорбция поверхностью реагирующих веществ;

· Реакции на поверхности пластины;

· Десорбция молекул побочных продуктов;

· Перенос побочных продуктов в основной поток газа;

· Занятие атомами узлов кристаллической решетки.

Такая схема реализуется в установках с непрерывной подачей рабочей смеси через реактор (метод открытой трубы).

Фотолитография.

Как следует из схемы, перенос рисунка фотошаблона в поверхностный слой пластины происходит в три стадии: экспонирование фотослоя через фотошаблон и образование скрытого изображения; проявление и задублирование рисунка, т.е. формирование защитной фотомаски; травление поверхностного слоя пластины на незащищенных участках.

Рис. 2.3. Последовательность операций при фотолитографии

На каждой стадии процесса действуют факторы, искажающие исходный рисунок фотошаблона. Так при экспонировании имеют место явления дифракции, преломления и отражения света, приводящие к изменению размеров элементов рисунка и размытости их краев. На этапе проявления и задублирования искажения размеров обусловлены набуханием фотослоя и усадкой фотомаски при последующей тепловой обработке. При травлении главным фактором является боковое подтравливание под маску. Условия, в которых проходит обработка на различных стадиях, изменяются как от пластины к пластине, так и в пределах одной групповой пластины, что приводит к разбросу размеров элементов рисунка.

Если наименьшие по размерам элементы рисунка соизмеримы с этими погрешностями, то их нельзя воспроизвести на пластине достаточно четко. Таким образом, для воспроизводимости переноса элементов рисунка малых размеров с фотошаблона на пластину фотолитографический процесс должен обладать соответствующей разрешающей способностью. Ее оценивают максимальным числом линий, раздельно воспроизводимых в пределах 1 мм:

где amin - ширина линии (мкм) . На практике разрешающую способность часто характеризуют просто значением amin.

Диффузия.

Целью проведения диффузии (за исключением особых случаев) является внедрение атомов легирующего элемента в кристаллическую решетку полупроводника для образования области с противоположным по отношению к исходной области типом электропроводности. При этом вновь образованная область оказывается ограниченной p-n переходом. Количество введенной примеси должно быть достаточным для компенсации влияния примеси в исходном материале и для создания избытка примеси, обеспечивающего электропроводность противоположного типа. Значение проводимости диффузионной области определяется концентрацией избыточной (нескомпенсированной) примеси.

Так как скорость процесса диффузии очень мала, концентрация введенной примеси монотонно убывает в направлении от поверхности, через которую проходит диффузия, в глубь кристалла. Переход образуется на глубине Xпер, где

концентрация введенной примеси оказывается равной концентрации исходной примеси Nисх.

В качестве легирующих примесей выбирают элементы, имеющие достаточно высокую скорость диффузии и хорошую растворимость в полупроводнике при температуре диффузии. Для получения диффузионных областей с дырочной электропроводимостью в кремнии используют элементы-акцепторы B, ln, Ga, во внешних электронных оболочках которых не достает одного валентного электрона для создания ковалентной связи с атомом четырехвалентного кремния. Для обеспечения электронной электропроводимости можно использовать P, As, Sb, т.е. элементы, имеющие избыточный валентный электрон по сравнению с кремнием.

Атом примеси, проникший в глубь кристалла, способен генерировать свободный носитель заряда (электрон или дырку) только в том случае, если он займет место в узле кристаллической решетки. Высокая плотность вакансий в кремнии является поэтому обязательным условием получения высоколегированных диффузионных областей.

В качестве источников диффузии применяют различные соединения (ангидриды, галогениды, гидриды) легирующего элемента, обладающие достаточной летучестью и позволяющие обеспечить нужную концентрацию примеси. Такие соединения называют диффузантами.

В зависимости от состояния при температуре 20єС различают твердые, жидкие и газообразные диффузанты.

Общим недостатком твердых диффузантов (B2O3, P2O5) является трудность регулирования паров и, как следствие, пониженная воспроизводимость результатов диффузии. Кроме того, для их испарения требуется высокая и стабильная температура, что усложняет и удоражает оборудование. Обычно используют двухзонные диффузионные печи с камерой источника и камерой диффузии, каждая из которых имеет автономную систему нагрева и регулирования температуры.

При работе с жидкими диффузантами (BBr3, PBr3,) , обладающими высокой упругостью пара при невысоких температурах, применяют более простые, однозонные, печи.

Наиболее технологичны газообразные диффузанты (B2H6, PH3) , регулирование концентрации которых достигается наиболее простыми средствами.

Металлизация.

Металлизация - это нанесение на кремниевую пластину, на которой сформированы структуры, сплошной металлической пленки для получения качественных омических контактов с элементами ИМС, а также электропроводящего покрытия, надежно сцепляющегося с пленкой SiO2. Предварительно в окисной пленке методом фотолитографии создают окна под будущие электрические контакты металла с кремнием.

Фотолитография по металлической пленке обеспечивает требуемую конфигурацию проводников межсоединений, а также формирует по периферии кристалла контактные площадки, необходимые для присоединения ИМС к внешним выводам корпуса.

Металл, используемый для получения межсоединений, должен отвечать следующим требованиям:

· Иметь высокую проводимость с удельным поверхностным сопротивлением

· Обеспечивать нормальное функционирование межсоединений при плотностях тока

· Обеспечивать омические контакты с n- и p- областями кремния;

· Быть технологичным при нанесении, избирательном травлении и термообработке, а также при создании электрических соединений с внешними выводами корпуса;

· Не подвергаться коррозии, а также окислению, способному заметно повысить сопротивление контакта;

· Не образовывать химических соединений с кремнием, снижающих механическую прочность контактов и проводимость;

· Иметь высокую адгезию к пленке SiO2;

· Быть прочным, не подверженным механическим повреждениям (вмятинам, царапинам) и разрушению при циклических изменениях температуры.

Металл, который отвечал бы всем перечисленным требованиям подобрать нельзя. Наиболее полно им отвечает высоко чистый алюминий марки А99.

Алюминий имеет удельное сопротивление равное

Благодаря способности окисляться он имеет высокую адгезию к SiO2. В результате операции вжигания обеспечивают прочное сцепление Al с кремнием в контактных окнах. При этом алюминий способен восстанавливать кремний из окисла, следы которого могут быть на поверхности пластины, что обеспечивает в конечном счете хороший омический контакт с кремнием.

Периферийные контакты являются состовной частью рисунка межсоединений и служат для присоединения проводящих перемычек, соединяющих интегральную микросхему, заключенную в кристалле, с внешними выводами корпуса или контактными площадками. В полупроводниковых ИМС периферийные контакты не имеют дополнительных покрытий, их получают одновременно с проводниками межсоединений. Размеры и расположение периферийных контактов обусловлены технологическими требованиями, а также расположением выводов корпуса. Обычно их выполняют квадратными с размерами, обеспечивающими, во-первых, достаточную площадь контакта с перемычкой и, следовательно, прочность и надежность сварного соединения, а во-вторых, отсутствие влияния погрешности совмещения перемычки и контакта на площадь контактирования.

Окисление.

Общим для диэлектрических пленок различного назначения является требование технологичности, под которым понимают прежде всего совместимость процессов получения покрытия с изготовлением структуры ИМС в целом. Технологичными следует также считать процессы, осуществляймые при невысоких температурах нагрева пластины и обеспечивающие приемлемую для производства скорость роста пленки. Загрязнения пленки, ухудшающие электрические свойства, должны отсутствовать. Поэтому химическое и электрохимическое выращивание пленок в растворах и электролитах при производстве полупроводниковых ИМС находит ограниченное применение.

Эксплуатационным требованиям достаточно полно отвечает окись кремния, получаемая при нагревании его поверхности в присутствии кислорода (термическое окисление). Термически выращенный окисел кремния обладает наилучшими маскирующими свойствами и высокими электрическими параметрами. Склонность окиси кремния к стеклообразованию способствует получению безпористой пленки. Хорошая растворимость окиси в плавиковой кислоте позволяет эффективно использовать ее в качестве маски при селективном травлении кремния.

Процесс окисления выполняют в эпитаксиальных установках или в однозонных диффузионных печах со специальными газорапределительными устройствами. На практике разгонку примеси при диффузии совмещают с окислением поверхности подложек. Окисление поверхности после эпитаксии также выполняется на одной установке в едином цикле.

Различают несколько типов термического окисления:

Термическое окисление в сухом кислороде - обладает наименьшей скоростью окисления. Преимущество - высокое качество пленки и ее высокая плотность

Термическое окисление в атмосфере водяного пара - окисление кремния существенно ускоряется. Более высокая скорость роста пленки объясняется меньшим диаметром молекулы окислителя. Недостатком является необходимость использования герметичных и высокопрочных реакторов вместо технологичных проточных систем.

Термическое окисление в атмосфере влажного кислорода - компромисное решение, обеспечивающее комбинированный процесс.

3. Охрана труда

3.1 Негативное влияние ПК на организм человека

Любой производственный процесс, в том числе и работа с вычислительной техникой сопровождается появлением опасных и вредных производственных факторов, от которых пользователю персонального компьютера необходима защита. Поэтому очень важным на любом производстве является понятие «охраны труда».

Под термином «охрана труда» понимается система законодательных актов, социально-экономических, организационных, технических, гигиенических и лечебно-профилактических методов и средств, обеспечивающих безопасность, сохранение здоровья и работоспособности человека в процессе труда.

Электронно-вычислительная техника все шире входит во все сферы нашей жизни. Компьютер стал привычным не только в производственных цехах и научных лабораториях, но и в студенческих аудиториях и школьных классах.

Число специалистов, работающих с персональным компьютером, непрерывно растет. Ни экономические, ни научные достижения невозможны теперь без быстрой и четкой информационной связи и без специального обученного персонала.

В наши дни мало кто сомневается, что работа на персональном компьютере влияет на здоровье человека не самым лучшим образом. В то же время, мало у кого возникает мысль отказаться от работы с ПК ради спасения здоровья. Людям случалось не отказываться и от более вредных занятий, к тому же, пользы от ПК заметно больше чем вреда.

В настоящее время практически ни одно предприятия не обходиться без компьютера. Использование компьютерных технологий позволяет создавать базы данных, отчеты. Людям с ограниченными возможностями, инвалидам компьютер помогает получить образование, работать. С созданием всемирной сети Internet человек может получить практически любую информацию, сделать покупки и завести друзей, не выходя из дома. На многих крупных заводах всем производством управляют компьютерные программы.

Именно за компьютерными технологиями будущее. Исследования космоса и морских глубин будут доверены компьютерам. Современная наука шагает семимильными шагами, и кто знает, какое изобретение последует дальше.

Жить в современном мире и быть далеким от компьютеров невозможно, я думаю. Компьютер надолго вошел в нашу жизнь, и сможем ли мы существовать без него в будущем?

Всё больше становится людей, проводящих за компьютером по несколько часов ежедневно. Поэтому, всё важнее становится разобраться, как может пользователь снизить, а то и вовсе устранить, вред, причиняемый компьютером.

Негативное влияние компьютера на организм человека.

Компьютеры влияют на разные системы органов организма человека. Особенно опасно влияние электромагнитных излучений, ухудшение зрения, нарушение психики, особенно у подростков, заболевания мышц и суставов. Разберем подробнее эти нарушения, объясним их появление и меры борьбы с ними.

Основные вредные факторы, действующие на человека за компьютером:

* сидячее положение в течение длительного времени;

* воздействие электромагнитного излучения монитора;

* утомление глаз, нагрузка на зрение;

* перегрузка суставов кистей;

* стресс при потере информации.

Электромагнитное излучение.

Слово "радиация" (radiation) в документации к ПК означает всего лишь "излучение". Такое же, как у Солнца.

Электромагнитное излучение увидеть невозможно, а представить не каждому под силу, и потому нормальный человек его почти не опасается. Одним из наиболее распространенных источников электромагнитного излучения является компьютер. Наибольшее излучение не со стороны монитора, а со стороны задней стенки.

Изучение возможных последствий воздействия на организм человека находится еще в начале своего пути, однако имеется довольно много убедительных доказательств об их опасности для здоровья, особенно электромагнитных полей низкой частоты. Сложность проблемы заключается не только во влиянии на здоровье населения, но и на здоровье и интеллект будущих поколений. Идет возрастание врожденных аномалий.

Ухудшение зрения.

Многим пользователям ПК, обратившимся к грамотному окулисту с жалобами на "ухудшение зрения от работы за компьютером", всего лишь не хватало в организме витамина "А", который есть практически в любой аптеке. Симптомы отсутствия витамина "А" общеизвестны - это чрезмерная чувствительность к яркому свету и, особенно, ухудшение сумеречного зрения. Эти симптомы принято связывать с компьютером в основном из-за того, что компьютер (при неправильном использовании) повышает потребность глаз в витамине "А". Когда пользователь набивает большие объёмы текста не "вслепую", а глядя то на слабо освещённую клавиатуру, то на сильно освещённый монитор (пусть даже самый безопасный) , то для глаз пользователя это является большим испытанием. Зрачки постоянно то сужаются, то расширяются и не успевают настроиться под имеющееся количество света, поэтому и глаза вынуждены работать в "разогнанном" режиме. Попробуйте несколько раз подряд выйти из тёмного подъезда на солнечную улицу и тут же зайти обратно, сможете вы после этого что-то видеть? За компьютером нагрузка меньше и до определённого предела глаза способны её переносить без вреда, но им потребуется витамин "А". Когда витамин перестанет помогать, останется только учиться слепым методам набора текстами или прощаться со зрением, и никакие суперсовременные мониторы тут не помогут.

Значительно реже, но встречаются окулистам пациенты, зрение которых ухудшилось именно из-за компьютера. Обычная близорукость или дальнозоркость, реже - астигматизм. Тут работают те же принципы, что и при порче зрения чтением книг. Неправильное расстояние до монитора, неправильно установленная яркость (для текста она должна быть меньше, а для картинок и видео - больше) , нечёткое изображение, мелкие или трудно читаемые шрифты, слишком длинные или слишком короткие строки, неудобные для глаз цвета, мельтешащая анимация - вот основные причины ухудшения зрения от работы за компьютером. Здесь стоит помнить, что зрение портится далеко не сразу, иногда - годами. Если вы заметили, что ваши глаза слишком часто устают, то у вас ещё есть время, чтобы пройтись по вышеприведённому списку и спасти себя от очков.

Часто, окулисты сталкиваются с ухудшениями зрения, для которых они не находят никаких причин. Многие вообще не ищут, а сразу выписывают очки, но это непрофессионалы. Настоящие специалисты знают, что бывает временное ухудшение зрения, и могут его распознавать. Если не вдаваться в терминологию, то такой эффект является реакцией глаз на проблемы с позвоночником и нервной системой, о которых речь пойдёт дальше.

Сейчас, когда пользователями компьютеров становятся не только школьники, но и 5 - 6 летние дети, процесс формирования зрительного анализатора у которых не закончен, еще более актуально, чтобы обучение с использованием компьютеров соответствовало возрастным возможностям детей. Специальные многолетние исследования позволили определить оптимальную продолжительность непрерывных занятий для детей и подростков разного возраста. Эти исследования показали, что чем младше ребенок, тем раньше у него появляются признаки утомления. Так для детей 5-6 лет это время составляет 10-15 минут. Для детей в возрасте 7 - 15 лет непрерывная продолжительность компьютерных занятий составляет 20 минут, а для ребят постарше - не более получаса. Уже после не столь продолжительных занятий у детей и подростков появляются признаки зрительного и общего утомления. Симптомами зрительного утомления могут быть: покраснение глаз, зуд, боли, чувство тяжести, головные боли, потемнение в глазах, головокружение, двоение. Кроме того, могут возникнуть и более серьезные нарушения как снижение остроты зрения и нарушение аккомодации. В результате такой работы очень велик риск появления (и прогрессирования уже имеющейся) близорукости.

Мерцание изображения.

Экран CRT-монитора мигает некоторое количество раз ежесекундно. Чем выше частота этих "миганий" - тем меньше нагрузка на глаза. Каждый раз, когда производителям мониторов удавалось немного увеличить частоту мерцания монитора, это преподносилось как революционный прорыв в борьбе за сохранность глаз, однако реальный вред от мерцания недооценивался и недооценивается до сих пор.

Проблемы опорно-двигательного аппарата.

Рост среднего человека утром на два-три сантиметра больше, чем вечером, так как позвоночник за целый день стояче-сидячей жизни заметно сжимается. Если к тому же имеет место хоть незначительное искривление позвоночника, то неизбежно защемление основания нерва. Пользователям ПК легко понять, что произойдёт - нарушится интерфейс между мозгом и какой-то частью тела. Это похоже на случаи с плохим контактом в интерфейсном кабеле: устройство не обязательно сгорит, но «заглючит».

Характерные для геймеров боли в пояснице и в основании шеи запросто могут привести к болезням вен и суставов конечностей. "Синдром программиста" (боли между лопатками) представляет опасность для сердца и лёгких. Он обычно сопровождается спазмом трапециевидных мышц, которые в попытках спасти позвоночник пережимают артерии, идущие к мозгу (помните давящие боли затылке) . Чуть выше может защемиться нерв, идущий к лицу и среди прочего контролирующий глаза, именно так и появляется временное ухудшение зрения, которое не лечится очками, но проходит после работы с позвоночником на специальном тренажёре. Боли в середине спины, на стыке грудного и поясничного отделов, обещают пользователю гастрит, а то и язву желудка, но задолго до этого обеспечивают беспричинным "общим утомлением".

Самый лучший и эффективный совет борцам за здоровый позвоночник: раз в 40-45 минут сделайте перерыв. Встаньте, пройдитесь, подвигайтесь (как именно - вы почувствуете) потянитесь (наклоны особенно хороши) . Помогает не до конца, но очень сильно.

Влияние компьютера на мышцы и суставы.

Ухудшение зрения и умственное перенапряжение - это еще далеко не все осложнения, «даруемые» компьютером. Мало кто, проведя за клавиатурой энное количество часов, не испытывал боли в области шеи и позвоночника, онемение шеи, боли в плечах и пояснице, покалывания в ногах. Но бывают и более серьезные заболевания как остеохондроз или синдром запястного тоннеля.

Нельзя сказать, что синдром запястного канала (тоннеля) не проявлял себя раньше, но в последнее десятилетие, в основном в связи с распространением компьютерной техники и возросшей «эксплуатацией» руки, все больше людей в разных странах стали страдать от синдрома запястного канала. Только в США делается в год свыше 200 тыс. операций по этому поводу.

Группу риска составляют офисные сотрудники, много работающие на компьютере, кассиры, сборщики на конвейере, вязальщицы, дантисты, плотники, музыканты, упаковщицы, а также спортсмены, занимающиеся скалолазанием, гольфом, теннисом, горными лыжами. От длительных однообразных движений у них развивается переутомление мышц, нарушается местное кровообращение, развивается дистрофия, отек мягких тканей в запястном канале, что является пусковым механизмом развития заболевания.

Нагрузка на нервную систему.

Самым уязвимым местом пользователя ПК являются не глаза, как принято полагать, а нервы. Например, мерцание экрана, практически безвредное для глаз, сильно напрягает нервную систему. Шум вентиляторов медленно, но верно расшатывает нервы. Если к этому добавить вышеописанные проблемы с глазами и позвоночником, которые тоже нагружают нервную систему, то общая картина получится печальная.

Ещё одним фактором, влияющим на нервную систему пользователя ПК, является большой поток информации, который он вынужден воспринимать. Даже геймер или постоянный обитатель чатов прогоняют через себя очень много информации самого разного характера, а что уж говорить о программисте или дизайнере. При устном общении можно пропускать часть информационного потока "мимо ушей", что и делают люди, когда не справляются с объёмом информации. При письменно-визуальном общении при помощи ПК это делать сложнее. Также не стоит забывать мелькание рекламных банеров, музыку из колонок, и прочие "сопутствующие факторы".

Влияние компьютера на психику.

Работа на компьютере влияет, прежде всего, на психику детей и подростков, для которых общение с компьютером становиться одной из самых привлекательных видов отдыха. Это связано с тем, что современная компьютерная индустрия выпускает множество всевозможных остросюжетных игр: «стрелялок», «бродилок», «догонялок», «убивалок» - многие из которых отличаются агрессивностью и, порой, жестокостью. Но психика детей неустойчива, поэтому чрезмерное увлечение компьютерными играми может стать причиной очень тяжелых последствий - развивается повышенная возбудимость, у школьников снижается успеваемость, ребенок становиться капризным, перестает интересоваться, чем-либо кроме компьютера.

После продолжительных занятий за компьютером у детей и подростков появляются признаки общего утомления. Проявление утомления зависит от возраста и состояния организма. Важное значение следует придавать внешним признакам утомления: ребенок склоняет голову набок, опирается на спинку стула, задирает ноги, упираясь в край стола, часто разговаривает, переключает внимание на другие предметы.

С осторожностью следует подходить к компьютерным занятиям, если у ребенка имеются невротические расстройства или судорожные реакции, поскольку компьютер может усилить все эти отклонения в состоянии здоровья.

В заключении можно сказать, что сейчас строится много гипотез по поводу влияния компьютеров на разные системы органов. Есть даже предположения, что излучения вызывают раковые опухоли, но это научно пока не доказано. Пока. Но если это все таки докажут лет так через 10, тем, кто пренебрегал простыми правилами собственной безопасности, может уже ничего не помочь. Так что следует подумать о своем будущем.

Еще одна гипотеза, тоже пока не доказанная, компьютер влияет на строение хромосомного аппарата и приводит к мутациям. Если это так, то через 50 -100 лет на Земле не останется ни одного здорового человека.

Все эти предположения заставляют задуматься о том, что же будет дальше. И нужно ли просиживать лишний час перед светящимся экраном?

Вы можете заменить, починить пришедший в негодность компьютер, но с организмом такое не проходит. Поэтому, покупая очередной ПК, задумайтесь, что вам дороже и помимо производительности своего электронного помощника, позаботьтесь и о себе.

3.2 Методы и способы защиты пользователя от воздействия опасных и вредных факторов

Для защиты от вредных и опасных факторов имеющих место при работе с вычислительной техникой разработано много способов и методов. Рассмотрим некоторые из них, которые являются наиболее эффективными.

Защита от поражения электрическим током.

Основным способом защиты человека от поражения электрическим током для четырехпроводных трехфазных сетей до 1000 В с заземленной нейтралью является защитное зануление.

Защитное зануление - преднамеренное электрическое соединение металлических нетоковедущих частей электроустановки, могущих оказаться под напряжением, с нулевым защитным заземленным проводником (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Защитное зануление

НЗП - нулевой защитный проводник.

Принцип защиты пользователей при занулении заключается в отключении сети за счет тока короткого замыкания, который вызывает отключение ЭВМ от сети.

Рассчитаем Jном - ток отключения защитного автомата.

Ток короткого замыкания в данной схеме рассчитывается по формуле:

,

где: Jк.з - ток короткого замыкания [А]; Uф - фазовое напряжение [B]; rm - сопротивление обмотки трансформатора [Ом]; rнзп - сопротивление нулевого защитного проводника [Ом].

Uф = 220 В.

rm= 0,312 Ом (по паспорту).

,

где: - удельное сопротивление материала проводника [Ом*м]; l - длина проводника [м]; s - площадь поперечного сечения проводника [мм2].

Возьмем медный провод длиной =400 м, =150 м, =50 м с площадью поперечного сечения , рмедь= 0,0175 Ом*м.

Следовательно, 9,1.

По величине определим с каким необходимо включить в цепь питания ЭВМ автомат.

,

где: K - качество автомата.

Вывод: для отключения ЭВМ от сети в случае короткого замыкания или других неисправностей в цепь питания ЭВМ необходимо ставить автомат с Jном = 8 А [10].

Защита от рентгеновского излучения

Защита осуществляется тремя способами:

1. увеличение расстояния между оператором и источником (защита расстоянием);

2. сокращение продолжительности работы (защита временем) ;

3. экранирование источника излучения (защита экранами) . При этом используются специальные материалы, максимально ослабляющие уровень рентгеновского излучения [9].

Защита от излучения электромагнитных полей низких частот

Защита от электромагнитных излучений осуществляется следующими способами:

Ё время работы - не более 4 часов;

Ё расстояние - не менее 50 см от источника;

Ё экранирование;

Ё расстояние между мониторами - не менее 1,5 м;

Ё не работать сбоку от монитора ближе 1,2 м [6].

Защита от ультрафиолетового излучения

Для защиты от ультрафиолетового излучения (УФИ):

- защитный фильтр или специальные очки (толщина стекол 2мм, с добавлением свинцом) ;

- специальная одежда (из фланели) ;

- противосолнечные экраны;

- химические вещества (мази) , которые содержат ингридиенты, поглощающие УФИ;

- отражающие материалы (полированный алюминий).

Защита от статического электричества

Нормировочное значение статического электричества - 15 кВ/м.

Защита от статического электричества и вызванных им явлений осуществляется следующими способами:

Ё проветривание без присутствия пользователя;

Ё влажная уборка;

Ё отсутствие синтетических покрытий;

Ё нейтрализаторы статического электричества;

Ё подвижность воздуха в помещении не более 0,2 м/с;

Ё иметь контурное заземление [7].

Общие рекомендации при работе с вычислительной техникой

Для защиты от вредных факторов имеющих место при эксплуатации ЭВМ необходимо придерживаться следующих рекомендаций:

Ё правильно организовывать рабочие места;

Ё правильно организовать рабочее время оператора, соблюдая ограничения при работе с вычислительной техникой.

Требования к помещениям и организации рабочих мест.

Особые требования к помещениям, в которых эксплуатируются компьютеры:

Ё не допускается расположение рабочих мест в подвальных помещениях;

Ё площадь на одно рабочее место должна быть не меньше 6 кв. метров, а объем - не менее 20 куб. м.

Для повышения влажности воздуха в помещениях с компьютерами следует применять увлажнители воздуха, ежедневно заправляемые дистиллированной или прокипяченной питьевой водой. Перед началом и после каждого часа работы помещения должны быть проветрены.

Рекомендуемый микроклимат в помещениях при работе с ЭВМ:

Ё температура 19 - 21 °С;

Ё относительная влажность воздуха 55-62%.

В помещениях, где размещены шумные агрегаты вычислительных машин (матричные принтеры и тому подобное) , уровень шума не должен превышать 75 дБ, в обычных же помещениях, где стоят персональные машины, допускается максимум 65 дБ.

Помещения должны иметь естественное и искусственное освещение. Желательна ориентация оконных проемов на север или северо-восток. Оконные проемы должны иметь регулируемые жалюзи или занавеси, позволяющие полностью закрывать оконные проемы. Занавеси следует выбирать одноцветные, гармонирующие с цветом стен, выполненные из плотной ткани и шириной в два раза больше ширины оконного проема. Для дополнительного звукопоглощения занавеси следует подвешивать в складку на расстоянии 15-20 см от стены с оконными проемами.

Рабочие места по отношению к световым проемам должны располагаться так, чтобы естественный свет падал сбоку, преимущественно - слева.

Для устранения бликов на экране, также как чрезмерного перепада освещенности в поле зрения, необходимо удалять экраны от яркого дневного света.

Рабочие места должны располагаться от стен с оконными проемами на расстоянии не менее 1,5 м, от стен без оконных проемов на расстоянии не менее 1 м.

Поверхность пола в помещениях должна быть ровной, без выбоин, нескользкой, удобной для чистки и влажной уборки, обладать антистатическими свойствами.

Освещенность на рабочем месте с ЭВМ должна быть не менее:

Ё экрана - 200 лк;

Ё клавиатуры, документов и стола - 400 лк.

Для подсветки документов допускается установка светильников местного освещения, которые не должны создавать бликов на поверхности экрана и увеличивать его освещенность до уровня более 300 лк. Следует ограничивать прямые блики от источников освещения.

Освещенность дисплейных классов, рекомендуемая отраслевыми нормами, лежит в пределах 400 - 700 лк и мощностью ламп до 40 Вт.

В качестве источников света при искусственном освещении необходимо применять преимущественно люминесцентные лампы типа ЛБ цветовая температура (Тцв) излучения которых находится в диапазоне 3500-4200 ° K.

Допускается применение ламп накаливания в светильниках местного освещения. Для того чтобы избегать ослепления, необходимо устранять из поля зрения оператора источники света (лампы, естественный солнечный свет) , а также отражающие поверхности (например, поверхность блестящих полированных столов, светлые панели мебели) . При электрическом освещении упомянутые требования могут быть удовлетворены при выполнении следующих условий: освещение должно быть не прямым, для чего необходимо избегать на потолке зон чрезмерной освещенности. При этом освещенность должна быть равномерной, потолок должен быть плоским, матовым и однородным. Необходима также достаточная высота потолка для возможности регулировать высоту подвеса светильников.

При установке рабочих мест нужно учитывать, что мониторы должны располагаться на расстоянии не менее 2 метров друг от друга, если брать длины от задней поверхности одного до экрана другого, и 1,2 метра между их боковыми поверхностями. При выполнении творческой работы, требующей «значительного умственного напряжения или высокой концентрации внимания», между компьютерами должны быть установлены перегородки высотой 1,5 - 2 метра.

Дисплей должен поворачиваться по горизонтали и по вертикали в пределах 30 градусов и фиксироваться в заданном направлении. Дизайн должен предусматривать окраску корпуса в мягкие, спокойные тона с диффузным рассеиванием света. Корпус дисплея, клавиатура и другие блоки и устройства должны иметь матовую поверхность одного цвета с коэффициентом отражения 0,4-0,6 и не иметь блестящих деталей, способных создавать блики.

Рабочий стул должен быть подъемно-поворотным и регулируемым по высоте и углам наклона сиденья и спинки, а также расстоянию спинки от переднего края сиденья.

Экран монитора должен находиться от глаз пользователя на расстоянии 600 - 700 мм, но не ближе 500 мм. В помещениях ежедневно должна проводиться влажная уборка.

Рабочее место должно быть оборудовано подставкой для ног, шириной не менее 300 мм, глубину не менее 400 мм, регулировку по высоте в пределах 150 мм и по углу наклона опорной поверхности до 20 градусов. Клавиатуру следует располагать на поверхности стола на расстоянии 100 - 300 мм от края, обращенного к пользователю, или на специальной, регулируемой по высоте рабочей поверхности.

Требования к организации работы.

Для преподавателей вузов и учителей средних учебных заведений длительность работы в дисплейных классах устанавливается не более 4 часов в день. Для инженеров, обслуживающих компьютерную технику, - не более 6 часов в день. Для обычного пользователя продолжительность непрерывной работы за компьютером без перерыва не должна превышать 2 часов.

Необходимо делать 15-минутные перерывы каждые 2 часа, менять время от времени позу.

Для тех, у кого смена работы за компьютером 12 часов, установлено - в течение последних четырех часов каждый час должен прерываться 15-минутным перерывом.

При работе с ЭВМ в ночную смену, независимо от вида и категории работ, продолжительность регламентированных перерывов увеличивается на 60 минут. В случаях возникновения у работающих с ЭВМ зрительного дискомфорта и других неблагоприятных субъективных ощущений, несмотря на соблюдение санитарно-гигиенических, эргономических требований, режимов труда и отдыха следует применять индивидуальный подход в ограничении времени работ с ЭВМ и коррекцию длительности перерывов для отдыха или проводить смену деятельности на другую, не связанную с использованием ЭВМ.

Профессиональные пользователи обязаны проходить периодические медицинские осмотры. Женщины во время беременности и в период кормления ребенка грудью к работе за компьютером не допускаются.

Необходимо строго регламентировать время и условия работы с компьютером для сотрудников, страдающих заболеваниями опорно-двигательного аппарата, глаз и т. д.

Выбранные методы и способы защиты от опасных и вредных факторов обеспечивают защиту пользователей, работающих с вычислительной техникой.

4. Экологическая часть

4.1 Влияние УФИ на организм человека и способы защиты

Ультрафиолетовое излучение.

Естественным источником ультрафиолетового излучения (УФИ) является Солнце. Невидимые ультрафиолетовые (УФ) лучи появляются в источниках излучения с температурой выше 1500oС и достигают значительной интенсивности при температуре более 2000oС. Искусственными источниками УФИ являются газоразрядные источники света, электрические дуги (дуговые электропечи, сварочные работы) , лазеры и др.

Биологическое действие ультрафиолетового излучения.

Различают три участка спектра ультрафиолетового излучения, имеющего различное биологическое воздействие. Слабое биологическое воздействие имеет ультрафиолетовое излучение с длиной волны 0,39-0,315 мкм. Противорахитичным действием обладают УФ-лучи в диапазоне 0,315-0,28 мкм, а ультрафиолетовое излучение с длиной волны 0,28-0,2 мкм обладает способностью убивать микроорганизмы.

Для организма человека вредное влияние оказывает как недостаток ультрафиолетового излучения, так и его избыток. Воздействие на кожу больших доз УФ-излучения приводит к кожным заболеваниям (дерматитам) . Повышенные дозы УФ-излучения воздействуют и на центральную нервную систему, отклонения от нормы проявляются в виде тошноты, головной боли, повышенной утомляемости, повышения температуры тела и др.

Ультрафиолетовое излучение с длиной волны менее 0,32 мкм отрицательно влияет на сетчатку глаз, вызывая болезненные воспалительные процессы. Уже на ранней стадии этого заболевания человек ощущает боль и чувство песка в глазах. Заболевание сопровождается слезотечением, возможно поражение роговицы глаза и развитие светобоязни ("снежная" болезнь) . При прекращении воздействия ультрафиолетового излучения на глаза симптомы светобоязни обычно проходят через 2-3 дня.

Недостаток УФ-лучей опасен для человека, так как эти лучи являются стимулятором основных биологических процессов организма. Наиболее выраженное проявление "ультрафиолетовой недостаточности" - авитаминоз, при котором нарушается фосфорно-кальциевый обмен и процесс костеобразования, а также происходит снижение работоспособности и защитных свойств организма от заболеваний. Подобные проявления характерны для осенне-зимнего периода при значительном отсутствии естественной ультрафиолетовой радиации ("световое голодание").

В осенне-зимний период рекомендуется умеренное, под наблюдением медицинского персонала, искусственное ультрафиолетовое облучение эритемными люминесцентными лампами в специально оборудованных помещениях - фотариях. Искусственное облучение ртутнокварцевыми лампами нежелательно, так как их более интенсивное излучение трудно нормировать.

При оборудовании помещений источниками искусственного УФ-излучения необходимо руководствоваться "Указаниями по профилактике светового голодания у людей", утверждёнными Министерством здравоохранения СССР (N547-65) . Документом, регламентирующим допустимую интенсивность ультрафиолетового излучения на промышленных предприятиях, являются "Указания по проектированию и эксплуатации установок искусственного ультрафиолетового облучения на промышленных предприятиях".

Воздействие ультрафиолетового излучения на человека количественно оценивается эритемным действием, т.е. покраснением кожи, в дальнейшем приводящим к пигментации кожи (загару).

Оценка ультрафиолетового облучения производится по величине эритемной дозы. За единицу эритемной дозы принят 1 эр, равный 1Вт мощности УФ-излучения с длиной волны 0,297 мкм. Эритемная освещённость (облучённость) выражается в эр/м2. Для профилактики ультрафиолетового дефицита достаточно десятой части эритемной дозы, т.е. 60-90 мкэр·мин/см2.

Бактерицидное действие ультрафиолетового излучения, т.е. способность убивать микроорганизмы, зависит от длины волны. Так, например, УФ-лучи с длиной волны 0,344 мкм обладают бактерицидным эффектом в 1000 раз большим, чем ультрафиолетовые лучи с длиной волны 0,39 мкм. Максимальный бактерицидный эффект имеют лучи с длиной волны 0,254-0,257 мкм.

Оценка бактерицидного действия производится в единицах, называемых бактами (б) . Для обеспечения бактерицидного эффекта ультрафиолетового облучения достаточно примерно 50 мкб · мин/см2.

Защита от ультрафиолетового излучения.

Для защиты от избытка УФИ применяют противосолнечные экраны, которые могут быть химическими (химические вещества и покровные кремы, содержащие ингредиенты, поглощающие УФИ) и физическими (различные преграды, отражающие, поглощающие или рассеивающие лучи). Хорошим средством защиты является специальная одежда, изготовленная из тканей, наименее пропускающих УФИ (например, из поплина). Для защиты глаз в производственных условиях используют светофильтры (очки, шлемы) из тёмно-зелёного стекла. Полную защиту от УФИ всех длин волн обеспечивает флинтглаз (стекло, содержащее окись свинца) толщиной 2 мм.

При устройстве помещений необходимо учитывать, что отражающая способность различных отделочных материалов для УФИ другая, чем для видимого света. Хорошо отражают УФ-излучения полированный алюминий и медовая побелка, в то время как оксиды цинка и титана, краски на масляной основе - плохо.

4.2 Влияние радиоактивного излучения на организм человека

1. Введение: понятие радиоактивности, типы излучений.

Радиоактивность - способность некоторых атомных ядер самопроизвольно (спонтанно) превращаться в другие ядра с испусканием различных видов радиоактивных излучений и элементарных частиц.

Радиоактивность подразделяют на естественную (наблюдается у неустойчивых изотопов, существующих в природе) и искусственную (наблюдается у изотопов, полученных посредством ядерных реакций).

Радиоактивное излучение разделяют на три типа:

А) -излучение - отклоняется электрическим и магнитными полями, обладает высокой ионизирующей способностью и малой проникающей способностью; представляет собой поток ядер гелия; заряд -частицы равен +2е, а масса совпадает с массой ядра изотопа гелия 42Не.

Б) -излучение - отклоняется электрическим и магнитным полями; его ионизирующая способность значительно меньше (приблизительно на два порядка) , а проникающая способность гораздо больше, чем у -частиц; представляет собой поток быстрых электронов.

В) -излучение - не отклоняется электрическим и магнитными полями, обладает относительно слабой ионизирующей способностью и очень большой проникающей способностью; представляет собой коротковолновое электромагнитное излучение с чрезвычайно малой длиной волны < 10-10 м и вследствие этого - ярко выраженными корпускулярными свойствами, то есть является поток частиц - -квантов (фотонов).

Период полураспада Т1/2 - время, за которое исходное число радиоактивных ядер в среднем уменьшается вдвое.

2. Способы проникновения радиации на организм человека.

Основную часть облучения население земного шара получает от естественных источников радиации. Большинство из них таковы, что избежать облучения от них совершенно невозможно. Радиационный фон Земли складывается из излучения, обусловленного космическим излучением, и излучения от рассеянных в Земной коре, воздухе, воде, теле человека и других объектах внешней среды природных радионуклидов.

Таким образом, жизнь на Земле возникла и развивалась на фоне ионизирующей радиации. Поэтому биологическое действие её не является каким-то новым раздражителем в пределах естественного радиационного фона. Основной вклад в дозу облучения вносят 40К, 238U, 232Th вместе с продуктами распада урана и тория. В среднем доза фонового (внешнего и внутреннего) облучения человека составляет 1 мЗв/год. В отдельных районах с высоким содержанием природных радионуклидов это значение может достигать 10 мЗв и более. Считают, что часть наследственных изменений и мутаций у животных и растений связана с радиационным фоном.

В случае ядерного взрыва на местности возникает очаг ядерного поражения - территория, где факторами массового поражения людей являются световое излучение, проникающая радиация и радиоактивное заражение местности.

В результате поражающего действия светового излучения могут возникнуть массовые ожоги и поражения глаз. Для защиты пригодны различного рода укрытия, а на открытой местности - специальная одежда и очки.

Проникающая радиация представляет собой -лучи и поток нейтронов, исходящих из зоны ядерного взрыва. Они могут распространяться на тысячи метров, проникать в различные среды, вызывая ионизацию атомов и молекул. Проникая в ткани организма, -лучи и нейтроны нарушают биологические процессы и функции органов и тканей, в результате чего развивается лучевая болезнь.

Радиоактивное заражение местности создается за счет адсорбции радиоактивных атомов частицами грунта (так называемое радиоактивное облако, которое перемещается по направлению движения воздуха) . Основная опасность для людей на зараженной местности - внешнее --облучение и попадание продуктов ядерного взрыва внутрь организма и на кожные покровы.

Ядерные взрывы, выбросы радионуклидов предприятиями ядерной энергетики и широкое использование источников ионизирующих излучений в различных отраслях промышленности, сельском хозяйстве, медицине и научных исследованиях привели к глобальному повышению облучения населения Земли. К естественному облучению прибавились антропогенные источники внешнего и внутреннего облучения.

При ядерных взрывах в окружающую среду поступают радионуклиды деления, наведенной активности и неразделившаяся часть заряда (уран, плутоний) . Наведенная активность наступает при захвате нейтронов ядрами атомов элементов, находящихся в конструкции изделия, воздухе, почве и воде. По характеру излучения все радионуклиды деления и наведенной активности относят к - или ,-излучателям.

Выпадения подразделяются на местные и глобальные (тропосферные и стратосферные) . Местные выпадения, которые могут включать свыше 50% образовавшихся радиоактивных веществ при наземных взрывах, представляют собой крупные аэрозольные частицы, выпадающие на расстоянии около 100 км от места взрыва. Глобальные выпадения обусловлены мелкодисперсными аэрозольными частицами. Наибольшую потенциальную опасность в них представляют такие долгоживущие и биологически опасные радионуклиды как 137Cs и 90Sr.

Радионуклиды, выпавшие на поверхность земли, становятся источником длительного облучения.

Воздействие на человека радиоактивных выпадений включает внешнее -, -облучение за счёт радионуклидов, присутствующих в приземном воздухе и выпавших на поверхность земли, контактное в результате загрязнения кожных покровов и одежды и внутреннее от поступивших в организм радионуклидов с вдыхаемым воздухом и загрязнённой пищей и водой. Критическим радионуклидом в начальный период является радиоактивный йод, а в последующем 137Cs и 90Sr.

3. Воздействие радиационного излучения на живые организмы.

Существует несколько путей поступления радиоактивных веществ в организм: при вдыхании воздуха, загрязненного радиоактивными веществами, через зараженную пищу или воду, через кожу, а также при заражении открытых ран. Наиболее опасен первый путь, поскольку, во-первых, объем легочной вентиляции очень большой, а во-вторых, значения коэффициента усвоения в легких более высоки.

Излучения радиоактивных веществ оказывает очень сильное воздействие на все живые организмы. Даже сравнительно слабое излучение, которое при полном поглощении повышает температуру тела лишь на 0,001 °С, нарушает жизнедеятельность клеток.

При попадании радиоактивных веществ в организм любым путём они уже через несколько минут обнаруживаются в крови. Если поступление радиоактивных веществ было однократным, то концентрация их в крови вначале возрастает до максимуму, а затем в течение 15-20 суток снижается.

В основе повреждающего действия ионизирующих излучений лежит комплекс взаимосвязанных процессов. Ионизация и возбуждение атомов и молекул дают начало образованию высокоактивных радикалов, вступающих в последующем в реакции с различными биологическими структурами клеток. В повреждающем действии радиации важное значение имеют возможный разрыв связей в молекулах за счет непосредственного действия радиации и внутри- и межмолекулярной передачи энергии возбуждения. Физико-химические процессы, протекающие на начальных этапах, принято считать первичными - пусковыми. В последующем развитие лучевого поражения проявляется в нарушении обмена веществ с изменением соответствующих функций органов. Малодифференцированные, молодые и растущие клетки наиболее радиочувствительны.

Животные и растительные организмы характеризуются различной радиочувствительностью, причины которой до сих пор полностью ещё не выяснены. Как правило, наименее чувствительны одноклеточные растения, животные и бактерии, а наиболее чувствительны - млекопитающие животные и человек. Различие в чувствительности к радиации имеет место у отдельных особей одного и того же вида. Она зависит от физиологического состояния организма, условий его существования и индивидуальных особенностей. Более чувствительны к облучению новорожденные и старые особи. Различного рода заболевания, воздействие других вредных факторов отрицательно сказывается на течении радиационных повреждений.

Изменения, развивающиеся в органах и тканях облучённого организма, называют соматическими. Различают ранние соматические эффекты, для которых характерна чёткая дозовая зависимость, и поздние - к которым относят повышение риска развития опухолей (лейкозов) , укорочение продолжительности жизни и разного рода нарушения функции органов. Специфических новообразований, присущих только ионизирующей радиации, нет. Существует тесная связь между дозой, выходом опухолей и длительностью латентного периода. С уменьшением дозы частота опухолей падает, а латентный период увеличивается.

...