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radiazioni ottiche artificiali roa
ing. Domenico Mannelli www.mannelli.info Le radiazioni ottiche 2/59 2010 COSA SONO LE ROA? Con il termine radiazioni ottiche si intende la porzione di spettro elettromagnetico fra 100 nm e 1 mm; 3/59 2010 RADIOMETRIA La radiometria studia il trasferimento di energia radiante tramite un insieme di grandezze fisiche 4/59 2010 Grandezze e unità in ottica RADIOMETRIA Grandezze legate alla energia 5/59 FOTOMETRIA Grandezze legate alla vista 2010 RADIOMETRIA E FOTOMETRIA Misurano l’intera potenza radiante e le grandezze derivate 6/59 Grandezze radiometriche Grandezze fotometriche Intensità radiante W/sr Intensità luminosa Candela (cd) Potenza radiante (Flusso radiante) W Energia radiante J Potenza luminosa lumen (lm) [cd sr] Misurano la parte della potenza radiante percepita come luce Energia luminosa lumen s Radianza W sr -1 m-2 Luminanza Nit [cd m-2] Emettenza W m-2 Emettenza luminosa (illuminanza) lux (lx) [cd sr m-2] Irradiamento W m-2 Illuminamento lux (lx) [cd sr m-2] Candela (S.I.): intensità luminosa in una data direzione di una sorgente monocromatica con frequenza 5401012 Hz e con intensità radiante in quella direzione di 1/683 W sr –1 (ovvero 2010 emette un totale di 4lumen) 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 r 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 4 radianti 7/59 A 2 r 2010 Grandezze radiometriche Possiamo distinguere in grandezze radiometriche totali e grandezze radiometriche spettrali. 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 spettrale Radianza 8/59 Le(l) [Watt⋅sr-1⋅m-3] [Watt⋅sr-1⋅m-2] 2010 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) 9/59 2010 Energia radiante Flusso radiante Intensità radiante Radianza 10/15 2010 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 11/59 2010 FLUSSO RADIANTE (POTENZA RADIANTE) è l'energia irraggiata da una sorgente per unità di tempo. Se Q rappresenta l'energia allora: dQe Fe dt L'unità di misura del flusso Fe è il Watt (W) dQe l Flusso radiante spettrale: 2010 Fe 12/79 dt [Watt⋅m-1] 12/15 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. 2010 13/15 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. 2 d Qe Ie = dtdω Intensità radiante spettrale: [Watt⋅/sr⋅m] 2 d Qe (λ) Ie = dtdω 2010 14/79 14/15 RADIANZA [Watt⋅sr L -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: d3Qe (λ) Le (λ)= dtdωdAcosθ – dA area 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. 15/59 2010 Qe(λ) Energia radiante dQe l Fe dt Flusso radiante Intensità radiante Radianza 2010 d 2 Qe (λ) Ie (λ)= dtdω d3Qe (λ) Le (λ)= dtdωdAcosθ Grandezza con Valore Limite 16 GRANDEZZE RADIOMETRICHE Irradianza: è definita come il flusso radiante per superficie di rilevazione unitaria si misura in W/m2. dF E e dA con il coseno dell’angolo di L’Irradianza che cade su una superficie varia 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. Irradianza spettrale 2010 dF e (λ) E e (λ)= dA 17/79 17/15 Irradianza 2010 E e (λ)= dF e (λ) dA 18 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 (inW/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”. 19/59 2010 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/m2 sr) 20/59 2010 21/59 2010 I LIMITI DI ESPOSIZIONE Alcuni di essi sono espressi in termini “efficaci”. Quindi: • Irradianza efficace Eeff • Esposizione radiante efficace Heff • Radianza efficace LR 22/59 2010 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 23/59 2010 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 24/59 2010 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 25/59 2010 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. 26/59 2010 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 27/59 2010 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. 28/59 2010 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. 29/59 2010 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) 30/59 2010 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) 31/59 2010 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 32/59 2010 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. 33/59 2010 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. 34/59 2010 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 35/59 2010 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 36/59 2010 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 37/59 2010 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”. 38/59 2010 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. 39/59 2010 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 40/59 2010 41/59 2010 SORGENTI INCOERENTI SORGENTI LASER • Applicazioni mediche e mediche per uso estetico • Applicazioni per solo uso estetico (depilazione) • Riscaldatori radianti • Forni di fusione metalli e vetro IR • Telecomunicazioni, informatica • Cementerie • Lavorazioni di materiali (taglio, saldatura, marcatura e incisione) • Lampade per riscaldamento a incandescenza • Metrologia e misure • Dispositivi militari per la visione notturna • Applicazioni nei laboratori di ricerca • Beni di consumo (lettori CD e “bar code”) e intrattenimento (laser per discoteche e concerti) • Sorgenti di illuminazione artificiale (lampade ad alogenuri metallici, al mercurio) VISIBI • Lampade per uso medico (fototerapia neonatale e dermatologica) / estetico LE • Luce pulsata —TPL (Intense Pulsed Light) • Saldatura • Sterilizzazione • Essiccazione inchiostri, vernici • Fotoincisione UV • Controlli difetti di fabbricazione • Lampade per uso medico (es.: fototerapia dermatologica) e/o estetico (abbronzatura) e/o di laboratorio • Luce pulsata —TPL 42/59 • Saldatura ad arco / al laser 2010 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. 43/59 2010 “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. 44/59 2010 Principali sorgenti ROA non coerenti delle quali si dovrebbe approfondire la valutazione del rischio Sorgente Possibilità di sovraesposizione Arco elettrico (saldatura elettrica) Molto elevata Le saldature ad arco elettrico (tranne quelle a gas) a prescindere dal metallo, possono superare i valori limite previsti per la radiazione UV per tempi di esposizione dell’ordine delle decine di secondi a distanza di un metro dall’arco. I lavoratori, le persone presenti e di passaggio possono essere sovraesposti in assenza di adeguati precauzioni tecnico-organizzative Lampade germicide per sterilizzazione e disinfezione Elevata Lampade per fotoindurimento di polimeri, fotoincisione, “curing” Media Gli UVC emessi dalle lampade sono utilizzati per sterilizzare aree di lavoro e locali in ospedali, industrie alimentari e laboratori Le sorgenti UV sono usualmente posizionate all’interno di apparecchiature, ma l’eventuale radiazione che può fuoriuscire attraverso aperture o fessure è in grado di superare i limiti in poche decine di secondi 45/59 Note 2010 Principali sorgenti ROA non coerenti delle quali si dovrebbe approfondire la valutazione del rischio Sorgente Possibilità di sovraesposizione Note Fari di veicoli Bassa (Elevata se Possibile sovraesposizione da luce blu per visione diretta visione diretta) protratta per più di 5-10 minuti: potenzialmente esposti i lavoratori delle officine di riparazione auto Lampade scialitiche da sala operatoria Bassa (Elevata se Per talune lampade i valori limite di esposizione per visione diretta) luce blu possono essere superati in 30 minuti in condizioni di visione diretta della sorgente Media – Elevata Le sorgenti utilizzate in ambito estetico per l’abbronzatura possono emettere sia UVA che UVB, i cui contributi relativi variano a seconda della loro tipologia Queste sorgenti superano i limiti per i lavoratori per esposizioni dell’ordine dei minuti. Lampade abbronzanti 46/59 2010 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. 47/59 2010 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 48/59 2010 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 49/59 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 2010 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 50/59 2010 AI FINI DELLA VALUTAZIONE DEL RISCHIO, È SEMPRE NECESSARIO MISURARE E/O CALCOLARE ? Secondo l’art.216 del D.Lgs.81/2008, nell’ambito della valutazione dei rischi il datore di lavoro valuta e, quando necessario, misura e/o calcola i livelli delle radiazioni ottiche a cui possono essere esposti i lavoratori. Essendo le misurazioni strumentali generalmente costose sia in termini economici che di tempo, è da preferire, quando possibile, la valutazione dei rischi che non richieda misurazioni. 51/59 Spettroradiometro Ocean Optics HR4000, utilizzato per le misure spettrali nel campo dell’UV-Visibile 2010 SEGNALETICA i luoghi di lavoro in cui i lavoratori potrebbero essere esposti a livelli di radiazioni ottiche che superino i valori limite di esposizione devono essere indicati con un'apposita segnaletica. Dette aree sono inoltre identificate e l'accesso alle stesse è limitato, laddove ciò sia tecnicamente possibile 52/59 2010 ARTICOLO 218 - SORVEGLIANZA SANITARIA 1. La sorveglianza sanitaria viene effettuata periodicamente, di norma una volta l'anno o con periodicità inferiore decisa dal medico competente con particolare riguardo ai lavoratori particolarmente sensibili al rischio, tenuto conto dei risultati della valutazione dei rischi trasmessi dal datore di lavoro. La sorveglianza sanitaria è effettuata con l’obiettivo di prevenire e scoprire tempestivamente effetti negativi per la salute, nonché prevenire effetti a lungo termine negativi per la salute e rischi di malattie croniche derivanti dall’esposizione a radiazioni ottiche. 2 . Fermo restando il rispetto di quanto stabilito dall'articolo 182 Disposizioni miranti ad eliminare o ridurre i rischi e di quanto previsto al comma 1, sono tempestivamente sottoposti a controllo medico i lavoratori per i quali è stata rilevata un'esposizione superiore ai valori limite di cui all'articolo 215. 53/59 2010 LINEE GUIDA ISPESL appare logico attivare gli accertamenti sanitari preventivi e periodici certamente per quei lavoratori che, sulla base dei risultati della valutazione del rischio, debbano indossare DPI degli occhi o della pelle in quanto altrimenti potrebbero risultare esposti a livelli superiori ai valori limite di legge (nonostante siano state adottate tutte le necessarie misure tecniche di prevenzione, mezzi di protezione collettiva nonché misure, metodi o procedimenti di riorganizzazione del lavoro). 54/59 2010 RADIAZIONE UV E LUCE BLU Nel caso delle esposizioni alla radiazione ultravioletta, il rispetto dei VLE non previene totalmente il rischio di effetti a lungo termine indotti dall’esposizione cronica, quali la fotocancerogenesi cutanea, il fotoinvecchiamento cutaneo e i danni oculari da esposizione cronica. Così anche il danno retinico di natura fotochimica, detto anche rischio da “luce blu” in quanto indotto prevalentemente dalla radiazione visibile blu (lunghezza d’onda compresa tra circa 380 e 490 nm), con massima efficacia tra i 440 e i 442 nm. 55/59 2010 LINEE GUIDA ISPESL Con specifico riferimento alla radiazione ultravioletta e alla luce blu, possono essere messi in atto interventi mirati di sorveglianza sanitaria finalizzata alla prevenzione dei danni a lungo termine quando le esposizioni, anche se inferiori ai valori limite, si possono protrarre nel tempo (mesi, anni) 56/59 2010 LINEE GUIDA ISPESL Ai fini della sorveglianza sanitaria devono essere cautelativamente considerati particolarmente sensibili al danno retinico di natura fotochimica i lavoratori che hanno subito un impianto IOL (Intra Ocular Lens; “cristallino artificiale”), in particolare se esposti a radiazioni tra 300 nm e 550 nm,. 57/59 2010 DPI Per la protezione di occhi e viso si utilizzano occhiali (con oculare doppio o singolo), maschere (del tipo a scatola o a coppa) e ripari facciali (per saldatura o altro uso) 58/59 2010 59/59 2010