Лазерное излучение и защита от него на производстве. Что такое лазерное излучение Контроль лазерных излучений

С целью обеспечения безопасности работ с лазерами при разработке проектов, планировок и размещении оборудования прежде всего должны быть предусмотрены меры по защите работающих от лазерных излучений, а также от других сопутствующих опасных и вредных производственных факторов.

Наличие того или иного неблагоприятного фактора зависит от типа и мощности лазеров, а также от условий их применения. Перечень опасных и вредных производственных факторов, которые могут присутствовать при эксплуатации лазеров I-IV классов, приведен в табл. 11.1.

Для защиты от лазерного излучения предусматриваются следующие меры.

Размещение лазерных установок разрешается только в специально оборудованных помещениях. Следует избегать размещения в одном помещении двух и более лазерных установок. В последнем случае для каждой установки отводят отдельный светонепроницаемый бокс. Двери помещений, в которых размещены лазерные установки III, IV классов, должны быть заперты на внутренние замки с блокирующими устройствами, исключающими доступ в помещения во время работы лазеров, а также иметь автоматически включающееся световое табло «Опасно, работает лазер!»

На дверях помещений, оборудовании, приборах и в других местах, где имеется лазерное излучение, должен быть знак лазерной опасности «Опасно. Лазерное излучение» по ГОСТ 12.4.026-2001.

Установку размещают таким образом, чтобы луч лазера был направлен на капитальную, неотражающую, огнестойкую стену, но не на окна, двери, некапитальные сооружения, способные пропускать излучение. Стены и потолки окрашивают матовой краской с малой отражающей способностью. Для фона мишени рекомендуется темная краска с высоким коэффициентом поглощения, а для окружающей площади – светлая. Предметы, находящиеся в помещении, за исключением специальной аппаратуры, не должны иметь зеркальных поверхностей. Если этого нельзя избежать, то такие поверхности драпируют материалом (черной байкой или другими подобными).

Следует избегать работ с лазерными установками при затемнении помещения. Естественное и искусственное освещение должно быть обильным, чтобы зрачок глаза всегда имел минимальные размеры. Никакие работы не должны производиться при недостаточном освещении.

Для предотвращения поражения прямым или зеркально отраженным лучом лазера предусматриваются ограждения, исключающие возможность выхода луча за пределы установки закрытого типа и возможность проникновения человека в зону прохождения луча; применяются блокировки или затворы для защиты глаз работающего на установке, в которой системы наблюдения совпадают с оптической системой.

Оградительные устройства – для защиты от лазерного излучения подразделяют:

По способу применения – стационарные и передвижные;

По конструкции – откидные, раздвижные, съемные;

По способу изготовления – сплошные, со смотровыми стеклами, с отверстием переменного диаметра;

По структурному признаку – простые, составные (комбинированные);

По виду применяемого материала – неорганические, органические, комбинированные;

По принципу ослабления – поглощающие, отражающие, комбинированные;

По степени ослабления – непрозрачные, частично прозрачные;

По конструктивному исполнению – бленды, диафрагмы, заглушки, затворы, кожухи, козырьки, колпаки, крышки, камеры, кабины, мишени, обтюраторы, перегородки, световоды, смотровые окна, ширмы, щитки, шторки, щиты, шторы, экраны.

При изготовлении экранирующих щитов, ширм, штор необходимо применять непрозрачные теплостойкие материалы. Если отсутствует опасность возникновения пожара от луча лазера, ограждения могут быть выполнены из плотной ткани.

Помещения, в которых при эксплуатации лазерных установок происходит образование вредных газов и аэрозолей, должны быть оборудованы общеобменной, а в необходимых случаях и местной вытяжной вентиляцией для удаления загрязненного воздуха с последующей его очисткой. В случае использования веществ I и II классов опасности должна быть предусмотрена аварийная вентиляция.

При работе лазеров на открытом месте следует обозначить зону повышенной плотности энергии излучения и оградить ее стойкими, непрозрачными экранами для исключения возможности выхода луча за пределы этой зоны. Следует избегать работы наружных установок при плохой погоде, так как туманы, снег, пыль усиливают рассеивание лучей.

Для оценки опасности действия лазерного излучения в производственных условиях следует произвести расчет лазерно опасной зоны.

Расчет границ лазерно опасной зоны

Достаточно надежным и простым методом определения границы лазерно опасной зоны может быть расчет плотности потока излучения (облученности) в различных точках пространства вокруг лазерных установок. При проведении такого расчета необходимо знать выходные характеристики лазерного излучения и коэффициент отражения (альбедо) излучения от мишени ρ. Наиболее важными характеристиками лазерного излучения, определяющими его воздействие на биологические объекты, являются: длина волны, диаметр и расходимость пучка, длительность и частота повторения импульсов, энергия (мощность) излучения. Как правило, эти параметры известны из паспортных данных лазерной установки с достаточной точностью.

При определении границ лазерно опасной зоны исходят из предположения, что воздействие на человека прямых и зеркально отраженных лучей исключено конструкцией установки.

Расчет лазерно опасной зоны начинают с определения границ зоны 1 , внутри которой источник излучения (отражающая поверхность) является для глаза протяженным, рис. 11.1.

Рис. 11.1. Схема к расчету лазерно опасной зоны:

I – граница зоны 1 ; II - граница лазерно опасной зоны; III - граница зоны, внутри которой

излучение представляет опасность для кожи; 1 – лазер; 2 - мишень

Отражающая поверхность будет протяженным источником в том случае, если она видна под углом большим или равным α min . Угол α min определяется из условия, когда поверхность с энергетической яркостью L е , равной ПДУ для диффузно отраженного излучения, создает на роговице глаза энергетическую освещенность, соответствующую ПДУ для коллимированного излучения, т.е.

, (11.6)

где Θ - угол между направлением визирования и нормалью к поверхности; - энергетическая освещенность на роговице глаза, равная ПДУ для коллимированного излучения.

Значения α min для различных длительностей экспозиций приведены в табл. 11.2.

Таблица 11.2.

Предельный угол видения протяженного источника

Угол видения отражающей поверхности α вычисляется по формуле:

, (11.7)

где S q – площадь пятна на отражающей поверхности; R – расстояние от поверхности до наблюдателя.

Подставив в формулу (11.7) выражение для α min (11.6), определим значение радиуса зоны 1 – R 1:

, (11.8)

где Е э " – энергетическая освещенность на роговице глаза, равная ПДУ для коллимированного излучения; L е ´ – энергетическая яркость поверхности, равная ПДУ для диффузионно отраженного излучения.

Граница лазерно опасной зоны определяется в каждом конкретном случае по следующей схеме:

1) рассчитывается угол видения отражающей поверхности по формуле (11.7);

2) полученное по формуле (11.7) значение угла α сравнивается с предельным углом видения протяженного источника α min , при этом могут возникнуть две ситуации:

а) угол видения отражающей поверхности меньше α min (точечный источник); в этом случае граница лазерно опасной зоны вычисляется по формуле:

(11.9)

б) угол видения отражающей поверхности больше α min (протяженный источник). В этом случае повреждение органов зрения определяется энергетической яркостью отражающей поверхности L е. Если энергетическая яркость диффузно отражающей поверхности меньше ПДУ, то источник является безопасным. Если энергетическая яркость равна ПДУ, то граница лазерно опасной зоны совпадает с границей зоны I (рис. 11.1), вычисляемой по формуле (11.8). И, наконец, если энергетическая яркость превышает ПДУ, то граница лазерно опасной зоны вычисляется по формуле (11.9).

Лазерное излучение может представлять также опасность для кожи. В этом случае опасность лазерного излучения определяется величиной облученности кожных покровов и не зависит от геометрических размеров источников излучения. Граница зоны, внутри которой необходимо использовать средства защиты кожи, вычисляется по формуле (11.9), в которую необходимо вместо ПДУ для глаз подставить значение ПДУ для кожи.

Расчет лазерно опасной зоны при длине волны излучения, находящейся вне интервала 0,4-1,4 мкм, проводится по формуле (11.9) независимо от геометрических размеров источника излучения.

Расчетный метод оценки границ лазерно опасной зоны является ориентировочным (рис. 11.1), так как он требует знаний энергетических характеристик лазерного излучения, коэффициента отражения излучения, закона отражения и не учитывает дополнительно отраженного от различных предметов (оптических элементов и т.п.) излучения. Более точным является экспериментальный метод, позволяющей по результатам измерений строить истинную картину поля излучения вокруг лазерных установок.

Меры защиты от других опасных и вредных факторов, возникающих при эксплуатации лазерных установок (см. табл. 11.1), выбирают с учетом требований, изложенных в соответствующих разделах данной книги.

Средства индивидуальной защиты

СИЗ от лазерного излучения включают в себя средства защиты глаз и лица (защитные очки, щитки, насадки), средства защиты рук, специальную одежду. При выборе СИЗ необходимо учитывать рабочую длину волны излучения и оптическую плотность светофильтра.

Оптическая плотность светофильтров, применяемых в защитных очках, щитках и насадках, должна удовлетворять требованиям:

, (11.10)

или (для диапазона 380 < λ £1400 нм)

, (11.11)

где , , , - максимальные значения энергетических параметров лазерного излучения в рабочей зоне; , , , - предельно допустимые уровни энергетических параметров при хроническом облучении.

Защитные очки предназначены для защиты глаз при определенной длине волны, что необходимо учитывать при их выборе. В качестве светофильтров рекомендуется применять стекла по ГОСТ 9411-91 «Стекло оптическое цветное. Технические условия». Отдельные марки стекол приведены в табл. 11.3.

В паспорте на очки должны быть указаны диапазоны длин волн, на которые рассчитаны эти очки, и оптическая плотность светофильтра.

Форма оправы защитных очков должна исключить возможность попадания излучения лазера внутрь очков через щели между оправой и лицом, а также обеспечивать широкое поле зрения. Целесообразно очки вмонтировать в маску или полумаску, защищающую лицо.

Защитные лицевые щитки применяются в тех случаях, когда лазерное излучение представляет опасность не только для глаз, но и для кожи лица.

При настройке резонаторов газовых лазеров, работающих в видимой области спектра, для защиты глаз следует применять защитные насадки (ЗН). Защитные насадки могут использоваться самостоятельно или в сочетании с оптическими устройствами, такими как диоптрийная трубка.

Одежда должна оставлять возможно меньше открытых частей тела. Она может быть обычной, предпочтительней халаты из непроницаемой ткани черного цвета. Руки защищают хлопчатобумажными перчатками.

Контроль лазерных излучений

Дозиметрический контроль лазерного излучения заключается в оценке тех характеристик лазерного излучения, которые определяют его способность вызывать биологические эффекты, и сопоставлении их с нормируемыми величинами.

Различают две формы дозиметрического контроля: предупредительный(оперативный) дозиметрический контроль и индивидуальный дозиметрический контроль.

Предупредительный дозиметрический контроль заключается в определении максимальных уровней энергетических параметров лазерного излучения в точках на границе рабочей зоны, он проводится в соответствии с регламентом, утвержденным администрацией предприятия, но не реже одного раза в год в порядке текущего санитарного надзора, а также в следующих случаях:

При приемке в эксплуатацию новых лазерных изделий II-IV классов;

При внесении изменений в конструкцию действующих лазерных изделий;

При изменении конструкции средств коллективной защиты;

При проведении экспериментальных и наладочных работ;

При аттестации рабочих мест;

При организации новых рабочих мест.

Предупредительный дозиметрический контроль проводят при работе лазера в режиме максимальной отдачи мощности (энергии), определенной в паспорте на изделие и конкретными условиями эксплуатации.

Индивидуальный дозиметрический контроль заключается в измерении уровней энергетических параметров излучения, воздействующего на глаза (кожу) конкретного работающего в течение рабочего дня, он проводится при работе на открытых лазерных установках (экспериментальных стендах), а также в тех случаях, когда не исключено случайное воздействие лазерного излучения на глаза и кожу.

Для проведения измерений применяются переносные дозиметры лазерного излучения, отвечающие требованиям ГОСТ 24469-80 «Средства измерений параметров лазерного излучения. Общие технические требования» и позволяющие определять облученность Е е и энергетическую экспозицию Н е в широком спектральном, динамическом, временном и частотном диапазонах.

При измерениях энергетических параметров лазерного излучения предел допускаемой погрешности дозиметров не должен превышать 30%.

Промышленностью выпускается ряд приборов, позволяющих измерять энергетические характеристики лазерного излучения, см. приложение 10. В зависимости от типа приемника излучения приборы подразделяются на колориметрические (цвет), пироэлектрические (появление электрических зарядов при изменении температуры), болометрические (изменение электрического сопротивления термочувствительных элементов), пондеромоторные (эффект давления света на тело) и фотоэлектрические (изменение проводимости).

Контрольные вопросы к разделу 11:

1. Что такое – лазер, и с какими его свойствами связано широкое применение в различных отраслях деятельности?

2. Как подразделяют лазеры по типу активной среды?

3. Какие параметры лазерного излучения относят к энергетическим?

4. Какие параметры лазерного излучения относят к временны́м?

5. Какие виды лазерного излучения существуют?

6. Как подразделяют лазеры по степени опасности генерируемого излучения?

7. Какие опасные и вредные факторы могут возникнуть при работе лазера?

8. Чем определяется биологическое воздействие лазерных излучений на организм человека?

9. От каких факторов зависит степень тяжести повреждения организма человека при воздействии лазерного излучения?

10. Что может случиться от попадания прямого или отраженного пучка лазерного излучения на кожные покровы или роговицу глаза человека?

11. Зависят ли предельно допустимые уровни (ПДУ) лазерного излучения от длины его волны?

12. Какие требования предъявляются к помещениям для размещения лазеров?

13. Какие требования предъявляются к освещению помещений, в которых проводятся работы с лазерами?

14. Как должен быть ориентирован лазерный луч при его использовании?

17. Какие средства индивидуальной защиты применяются при работе с лазерным излучением?

15. Какое стекло можно использовать для защитных от лазерного излучения очков?

16. В каких случаях проводится предупредительный дозиметрический контроль лазерного излучения?

17. С какой целью проводится индивидуальный дозиметрический контроль лазерного излучения?

Лазерное излучение – это вынужденное (посредством лазера) испускание атомами вещества порций-квантов электромагнитного излучения. Само слово «лазер» происходит от английского laser – аббревиатура словосочетания «усиление света с помощью вынужденного излучения». Следовательно, лазер (оптический квантовый генератор) это генератор электромагнитного излучения оптического диапазона, основанный на использовании вынужденного (стимулированного) излучения.

Лазерная установка включает активную (лазерную) среду с опти­ческим резонатором, источник энергии ее возбуждения и, как правило, систему охлаждения.

Лазерные установки используются при обработке металлов (резание, сверление, поверхностная закалка и др.), в хирургии, для целей локации, навигации, связи и пр. Наибольшее распространение в промышленности получили лазеры, генерирующие электромагнитные излучения с /ушной волны 0,33; 0,49; 0,63; 0,69; 1,06; 10,6 мкм (микро­метр).

Лазерное излучение характеризуют основные физические вели­чины:

• длина волны,мкм;
• энергетическая освещенность (плотность мощности), Вт/см2, – отношение потока излучения, падающего на рассматриваемый небольшой участок поверхности, к площади этого участка;
• энергетическая экспозиция, Дж/см2, – отношение энергии излучения, определяемой на рассматриваемом участке поверхности, к площади этого участка;
• длительность импульса, с;
• длительность воздействия, с, – срок воздействия лазерного излучения на человека в течение рабочей смены;
• частота повторения импульсов, Гц, – количество импульсов за 1 с.

Лазеры классифицированы по 4 классам опасности . Наиболее опасны лазеры четвертого класса.

При работе с лазерными установками на работника оказывает воз­действие прямое (непосредственно от лазера), рассеянное и отраженное лазерное излучение. Степень неблагоприятного воздействия зависит от параметров лазерного излучения, которое может привести к поражению глаз (сетчатки, роговицы, радужки, хрусталика), ожогам кожи, астеническим и вегетативно-сосудистым расстройствам.

Защита работников от лазерного излучения

Основными нормативными документами в области лазерной без­опасности, к которым относятся СанПиН 5804-91 «Санитарные нормы и правила устройства и эксплуатации лазеров», ГОСТ 12.1.040-83 «ССБТ. Лазерная безопасность. Общие требования», ГОСТ 12.1.031-81 «ССБТ. Лазеры. Методы дозиметрического контроля лазерного излучения», установлены методы и средства зашиты от поражения лазерным излучением.

Защита работников от лазерного излучения осуществляется организационно-техническими, санитарно-гигиеническими и лечебно-профилактическими методами и средствами:

К организационно-техническим методам защиты работников от лазерного излучения относятся:

• выбор, планировка и внутренняя отделка помещений;
• рациональное размещение лазерных установок и порядок их обслуживания;
• организация рабочего места;
• применение средств защиты (ограждения, защитные экраны, блокировки, автоматические затворы, кожухи, защитные очки, щитки, маски и другие средства коллективной и индивидуальной защиты);
• ограничение времени воздействия излучения;
• назначение и инструктаж лиц, ответственных за организацию и проведение работ на лазерных установках;
• ограничение допуска к проведению работ;
• организация надзора за режимом работ;
• обучение обслуживающего персонала безопасным методам и приемам выполнения работ с лазерными установками;
• четкая организация противоаварийных работ и регламентация порядка ведения работ в аварийных ситуациях;
• установка зоны лазерной безопасности.

Санитарно-гигиеническими и лечебно-профилактическими методами и средствами защиты работников от лазерного излучения являются:

• контроль за уровнями вредных и опасных факторов на рабочих местах (периодический дозиметрический контроль лазерного излучения);
• контроль за прохождением персоналом предварительных и периодических медицинских осмотров.

§ 6. Защита от лазерных излучений.

Лазером называется оптический квантовый генератор. Лазер является новейшим видом современной техники, получившим за десять лет своего существования широкое распространение. Лазер используют для сварки сложнейших приборов, выполнения точнейших измерений, обработки алмазных инструментов, уникальных гравировальных работ, выжигая на одном квадратном сантиметре до 600 линий, вместо пятидесяти штрихов при прежнем способе работ, и во многих других областях (рис. 59).

Рис. 59. Схема рубинового лазера :

1 - резонатор; 2 - кристалл рубина; 3 - лампа накачки; 4 - высоковольтный выпрямитель

Излучения лазера могут оказать на организм человека вредные воздействия, для предупреждения которых введены санитарно-гигиенические нормативы и разработаны мероприятия по защите.

Излучения лазера охватывают почти весь оптический диапазон электромагнитных волн - от ультрафиолетовой до дальней инфракрасной области спектра. Световой пучок излучения лазера очень узкий (угол расхождения меньше 1"), что позволяет получить большую плотность потока мощности на облучаемой поверхности. Плотность потока мощности, излучаемой лазером, достигает 10 11 -10 14 Вт/см 2 , тогда как испарение самых твердых материалов происходит при плотности потока мощности 10 9 Вт/см 2 . Такой мощный поток энергии, попадая на биологические ткани, может нанести им серьезные поражения. Облучение лучами лазера может нарушить деятельность центральной нервной и сердечно-сосудистой систем, повредить глаза, кожу и др. Облучение может стать причиной свертывания или распада крови, повышенной утомляемости, головной боли, расстройства сна.

В качестве внешних источников энергии в лазерах используются газоразрядные импульсные лампы, лампы непрерывного горения, СВЧ, сами по себе представляющие при эксплуатации разные виды опасности.

Характер и степень вредного действия на организм человека лучей лазера зависит от направленности луча, длины волны, мощности излучения, характера импульсов, их частоты. Энергия излучения лазера поглощается тканями организма, отчего в них возникает тепло. Способность поглощения энергии в разных тканях неодинакова. Жировые ткани энергии совершенно не поглощают. Глаза не имеют жировых прослоек, и поэтому облучение для них представляет наибольшую опасность.

Временные санитарные нормы при работе с оптическими квантовыми генераторами, утвержденные Министерством здравоохранения СССР, определили предельно допустимые уровни интенсивности облучения роговой оболочки глаза, обеспечивающие безопасность наиболее чувствительной к поражению части глаза-сетчатой оболочки. Эта предельно допустимая плотность потока мощности составляет для лазеров рубиновых 1.10 -8 -2.10 -8 Дж/см 2 , неодимовых 1.10 -7 - 2.10 -7 Дж/см 2 (оба в зависимости от импульсного режима), гелий-неонового 1.10 -6 Дж/см 2 (непрерывный режим). Средствами защиты от излучения лазеров являются оградительные устройства и знаки безопасности. Оградительные устройства и знаки запрещают нахождение людей в опасной зоне.

Помещения для установки лазеров предусматриваются отдельные, специально оборудованные. Установка размещается так, чтобы луч лазера был направлен на капитальную огнестойкую стену. Эта стена, а также и все поверхности в помещении должны иметь покрытия или окраску с малым коэффициентом отражения. Поверхности и детали оборудования не должны иметь блескости, отражающей падающие на них лучи. Освещение в помещении предусматривается с высоким уровнем освещенности, чтобы зрачок глаза имел минимальное расширение. Важное значение имеют автоматизация и дистанционное управление установкой.

Индивидуальными средствами защиты являются: защитные очки со светофильтрами, защитные щитки, халат и перчатки.

Контрольные измерения проводятся калориметрическими и фотометрическими методами с использованием соответствующей аппаратуры.

Оптические квантовые генераторы или лазеры находят все более широкое применение в промышленности. Их использование возможно благодаря таким уникальным свойствам, как монохроматичность и высокая плотность излучаемых колебаний, а также благодаря возможности формирования с помощью в генераторов очень узких пучков излучения с высокой концентрацией в них электромагнитной энергии.

Можно выделить два направления применения лазеров и отрасли. Первое направление связано о целенаправленным воздействием на обрабатываемое вещество (микросварка, термообработка, резка хрупких и твердых материалов, подгонка параметров микросхем и др.), второе направление находит все большее развитие в применении лазеров (измерение и контроль параметров изделий микроэлектроники, передача и обработка информации).

Диапазон длин волн, излучаемых лазерами, охватывает видимый спектр и распространяется в инфракрасную и ультрафиолетовую области. Чаще всего используются лазеры с длинами волн:0,49 - 0,51; 0,53 - 0,63; 0,694; 1,06; 10,6 мкм.

Действие лазерного излучения бывает: тепловым – заключается в том, что при (фокусировке излучения выделяется значительное количество тепле в небольшом объеме за короткий промежуток времени; энергетическим – определяется высоким градиентом электрического поля, который может вызвать поляризацию молекул, резонансные и другие эффекты, фотохимическим – проявляется и выцветании некоторых красителей; механическим – характеризуется возникновением колебаний типа ультразвуковых в облучаемом организме.

Основную опасность при эксплуатации лазера представляет прямое лазерное излучение. Из-за его большой интенсивности и малой расходимости луча возникает возможность получения высокой плотности излучения, достигающей иногда 1011 - 1014 Вт/см2, в то время, как для испарения самых твердых материалов достаточно 109 Вт/см2.

Излучение лазера, выходящее из резонатора, направляется через различные оптические элементы (фильтры, линзы, призмы, светоотделительные пластинки и т.д.) на какую-либо мишень. Все эти элементы в некоторой степени отражают или рассеивают излучение оптических квантовых генераторов. Зеркально-отраженное излучение опасно в той же мере, что и прямое. Кроме того, зеркально-отраженный луч лазера может многократно зеркально или диффузно отражаться от различных поверхностей.

Степень потенциальной опасности лазерного излучения зависит от мощности источника, длины волны, длительности импульса и чистоты его следования, окружающих условий, отражения и рассеяния излучения.

Кроме воздействия лазерного излучения возникают и другие опасные факторы.

Вредное влияние на глаза может оказать световая энергия от импульсных ламп накачки. Во время разряда лампа накачки излучает энергию, достигающую десятков килоджоулей. Кроме того, спектр излучения импульсных ламп содержит длинноволновые ультрафиолетовые лучи, которые могут дополнительно вызывать специфическую реакцию глаз.

К сопутствующим опасным факторам, возникающим при эксплуатации лазерных установок, можно отнести:

Высокое напряжение зарядных устройств, питающих батарею конденсаторов большей емкости. После разряда конденсаторов на лампы вспышки они могут сохранять электрический разряд высокого потенциала;

Загрязнение воздушной среды химическими веществами, образующимися при разрядке импульсных ламп накачки (озон, окислы азота), в результате испарения материала мишени при сварке, сверлении и других технологических операциях (окись углерода, свинец, ртуть, продукты термоокислительного разложения материала мишени, побочные продукты реакции лазера);

Интенсивный шум, возникающий в момент работы некоторых лазеров;

Рентгеновское излучение при фокусировании излучения лазера в газе в режиме модулирования добротности и образование сгустка высокоионизированной плазмы с плотностью электронов 1015 - 1020 см-3.

Биологические эффекты, возникающие при воздействии лазерного излучения на организм человека, делятся на две группы:

1) Первичные эффекты - органические изменения, возникающие непосредственно в облучаемых тканях;

2) Вторичные эффекты - неспецифические изменения, появляющиеся в организме в ответ на облучение.

Наиболее подвержен поражению лазерным излучениям глаз человека. Сфокусированный на сетчатке хрусталиком глаза лазерный луч будет иметь вид малого пятна с еще более плотной концентрацией энергии, чем падающее на глаз излучение. Поэтому попадание лазерного излучения в глаз опасно и может вызвать повреждение сетчатой и сосудистой оболочек с нарушением зрения. При малых плотностях энергии происходит кровоизлияние, а при больших - ожег, разрыв сетчатой оболочки, появление пузырьков глаза в стекловидном теле.

Излучение лазера, работающего в ультрафиолетовом и дальнем инфракрасном диапазоне длин волн, почти полностью будет поглощаться прозрачными средами глаза, содержащими большое количество жидкости. Вследствие этого их повреждения могу наступить при сравнительно небольших интенсивностях излучения, обычно эти повреждения имеют характер ожогов.

Лазерное излучение может вызвать также повреждение кожи и внутренних органов человека. Повреждение кожи лазерным излучением схоже с термическим ожегом. На степень повреждения влияют как входные характеристики лазеров, так и цвет, и степень пигментации кожи. Интенсивность излучения, которая вызывает повреждение кожи, намного выше интенсивности, приводящей к повреждению глаза. Кроме ожегов кожи лазерное излучение способно вызвать повреждения внутренних органов, даже в тех случаях, когда на теле возникают относительно слабые поверхностные повреждения. Эти повреждения имеют характер отеков, кровоизлияний, омертвления тканей, свертывания и распада крови. В ряде случаев имеет место воздействие как прямого, так и зеркально отраженного лазерного излучения на отдельные органы человека, а также диффузно отраженного излучения на весь организм человека. Результатом такого воздействия оказываются различные функциональные изменения центральной нервной системы, сердечно-сосудистой системы, эндокринных желез, физическое утомление и др.

В соответствии с “Санитарными нормами и правилами устройства и эксплуатации лазеров” лазеры подразделяются по степени опасности генерируемого ими излучения на четыре класса.

К лазерам класса I относятся лазеры, выходное излучение которых не представляет опасности для глаз и кожи.

К лазерам класса II относятся лазеры, выходное излучение которых представляет опасность при облучении глаз прямыми или зеркально отраженным излучением.

У лазеров класса III выходное излучение представляет опасность при облучении глаз прямым, зеркально и диффузно отраженным излучением на расстоянии десяти сантиметров от диффузно отражающей поверхности и при облучении кожи прямым и зеркально отраженным излучением.

Лазеры класса IV представляют опасность при облучении кожи диффузно отраженным излучением на расстоянии десяти сантиметров от отражающей поверхности.

Классификация технологических лазерных установок проводится измерением уровней лазерного излучения в рабочей зоне и сравнением их с предельно-допустимым уровнем (ПДУ).

Кроме прямого лазерного излучения на организм человека при эксплуатации лазеров различных классов могут воздействовать сопутствующие опасные и вредные производственные факторы (табл.3.1).

Таблица 3.1.

Сопутствующие опасные и вредные производственные факторы при эксплуатации лазеров

* Знак “+” означает наличие вредного фактора, знак “-” - его отсутствие.

При разработке и монтаже лазерных установок необходимо знать интенсивность облучения для определения зоны безопасности и обеспечения необходимой защиты.

Энергетическую экспозицию, освещенность лазерного излучения H,E Вт/см2 (Дж/см2) на расстоянии R от источника при условии равномерного распределения энергии в пятне можно определить по формуле

где P - мощность энергии излучения, Вт (Дж); q - угол расхождения луча;
;d - коэффициент ослабления излучения лазера воздушной средой.

Во многих случаях необходимо знать, какой интенсивностью обладает в данной точке пространства отраженный луч (от объекта, стен помещения и т.п.). В условиях диффузного отражения энергетическую экспозицию, освещенность в заданной точке можно определить по формуле

(в которую при необходимости добавляется сомножитель
)

Где P n - энергия (мощность), падающая на отраженную поверхность, Дж (Вт); К о - коэффициент отражения поверхности; b - угол между нормалью к поверхности и направлением на глаз; K n - коэффициент, учитывающий размер пятна; если
(- радиус пятна), то
.

Для определения безопасного расстояния R приведенные формулы преобразуются заменой H на допустимые значения Н пду .

Министерством Здравоохранения СССР утверждены в 1981г “Санитарные нормы и правила устройства и эксплуатации лазеров”, в которых установлены ПДУ облучения роговой оболочки сетчатки глаз и кожи.

На ПДУ влияют следующие параметры:

Длина волны лазерного излучения l;

Длительность импульса t;

Частота повторения импульса f;

Длительность воздействия t;

Угол расхождения луча: для лабораторных условий берется равным 20`, для полевых условий при
(где R - расстояние от глаза до излучателя; d - диаметр пучка на выходе генератора) принят I¢;

Диаметр зрачка глаза: при работе в дневных условиях принимается равным четырем миллиметрам, а в ночных - восьми миллиметрам.

Для лазеров с моноимпульсным и непрерывным режимом излучения нормируется энергетическая освещенность E (облученность - отношения потока излучения, падающего на рассматриваемый участок поверхности, к площади этого участка, иначе: произведение энергетической освещенности (облученности) на длительность облучения (ГОСТ 7601-78)).

При одновременном воздействии лазерного излучения с различными параметрами на один и тот же участок тела и при условии суммирования биологических эффектов сумма отношений уровней лазерного излучения H n к величине ПДУ H пду не должна превышать единицы, т.е.

H 1 /H пду(1) +Н 2 /Н пду(2) +...+Н n /Н пду(n) 1.

Для контроля лазерного излучения и определения границ опасной зоны в условиях производства применяют ряд приборов. В зависимости от типа приемника излучения приборы разделяют на калориметрические, фотоэлектрические, фотохимические, механические и др. Наибольшее распространение получили первые два вида приборов.

Калориметрический метод основан на поглощении энергии излучения приемником прибора и превращении ее в тепловую энергию. Однако этот метод не точен вследствие наложения на показания колебаний температуры внешней среды.

При фотоэлектрическом методе измерений происходит преобразование энергии излучения в электрическую энергию. Этот метод позволяет достичь высокой чувствительности и поэтому в настоящее время является основным при дозиметрии лазерного излучения. На этом принципе основаны приборы “Измеритель-1”, ИЛД-2. Прибор “Измеритель-1” предназначен для измерения службами охраны труда непосредственно на рабочих местах плотностей мощности и энергии отраженного лазерного излучения с длинами волн 0,53; 0,63; 0,69 и 1,069 мкм. Прибор ИЛД-2 измеряет энергетические характеристики направленного или отраженного лазерного излучения с длиной волны 0,49 - 1,15 и 2 - 11 мкм в заданной точке пространства.

Величину лазерного излучения определяют на рабочих местах на уровне глаз работающего и открытых частей его тела.

По результатам измерений строится диаграмма направленности уровней плотности отраженной энергии, что дает возможность оценить опасность и разработать комплекс защитных мероприятий.

Методы и средства защиты от воздействия лазерного излучения можно подразделить на организационные, инженерно-технические и средства индивидуальной защиты.

Организационные методы защиты обеспечивают правильную организацию работ, исключающую попадание людей в опасные зоны при работе на лазерных установках.

Инженерно-технические методы предусматривают создание безопасных лазерных установок за счет уменьшения мощности применяемого лазера, надежной экранировки лазерной установки и дистанционного управления. Надежной защитой от случайного попадания на человека является экранирование луча световодом на всем пути его действия. Для снижения уровня отраженного излучения линзы, призмы и другие твердые предметы с зеркальной поверхностью на пути следования луча снабжают блендами, а перед облученным объектом устанавливают защитные экраны - диафрагмы с отверстием, диаметром несколько превышающим диаметр луча.

В качестве средств индивидуальной защиты применяются специальные защитные очки, стекла в которых подбираются в соответствии с ГОСТ 9411-81Е; технологические халаты и перчатки, изготавливаемые из хлопчатобумажной ткани светло-зеленого или голубого цвета.

Для уменьшения опасности необходима защита от сопутствующих опасностей, источниками которых являются сама лазерная установка и обрабатываемые объекты. Для уменьшения загрязнения воздуха парами и аэрозолями испаряющихся веществ мишени, а также образующегося в воздухе озона в рабочих помещениях предусматривают специальную систему вентиляции. Применяют также необходимые меры защиты от высокого напряжения (защитные и предохранительные блокировки), воздействие электромагнитных полей (защитные экраны), шума (звукоизолирующие кожухи), жесткого рентгеновского излучения, ионизации воздуха, взрывов и пожаров. Выполнение мер защиты обеспечивает безопасность работ, проводимых с лазерными установками.

Лазерное излучение и защита от него на производстве

Лазерное излучение — это электромагнитные излучения с длиной волны 0,2...1000 мкм: от 0,2 до 0,4 мкм — ультрафиолетовая область; свыше 0,4 до 0,75 мкм — видимая область; свыше 0,75 до 1 мкм — ближняя инфракрасная область; свыше 1,4 мкм — дальняя инфракрасная область.

Источниками лазерного излучения являются оптические квантовые генераторы — лазеры, которые нашли широкое применение в науке, технике, технологии (связи, локации, измерительной технике, голографии, разделении изотопов, термоядерном синтезе, сварке, резке металлов и т.п.).

Лазерное излучение характеризуется исключительно высоким уровнем концентрации энергии: плотность энергии — 1010...1012 Дж/см3; плотность мощности — 1020..1022 Вт/см3. По виду излучения оно разделяется на прямое (заключенное в ограниченном телесном угле); рассеянное (рассеянное от вещества, находящегося в составе среды, сквозь которую проходит лазерный луч); зеркально отраженное (отраженное от поверхности под углом, равным углу падения луча); на диффузно отраженное (отражается от поверхности по всевозможным направлениям).

В процессе эксплуатации лазерных установок обслуживающий персонал может подвергнуться воздействию большой группы физических и химических факторов опасного и вредного воздействия. Наиболее характерными при обслуживании лазерной установки являются следующие факторы: а) лазерное излучение (прямое, рассеянное или отраженное); б) ультрафиолетовое излучение, источником которого являются импульсивные лампы накачки или кварцевые газоразрядные трубки; в) яркость света, излучаемого импульсивными лампами или материалом мишени под воздействием лазерного излучения; г) электромагнитные излучения диапазона ВЧ и СВЧ; д) инфракрасное излучение; ж) температура поверхностей оборудования; з) электрический ток цепей управления и источника питания; и) шум и вибрации; к) разрушение систем накачки лазера в результате взрыва; л) запыленность и загазованность воздуха, происходящие в результате воздействия лазерного излучения на мишень и радиолиза воздуха (выделяются озон, окислы азота и другие газы).

Одновременность воздействия этих факторов и степень их проявления зависят от конструкции, характеристики установки и особенностей выполняемых с ее помощью технологических операций. В зависимости от потенциальной опасности обслуживания лазерных установок они подразделены на четыре класса. Чем выше класс установки, тем выше опасность воздействия излучения на персонал и тем большее число факторов опасного и вредного воздействия проявляется одновременно.

Если для 1-го класса опасности лазерной установки обычно характерна лишь опасность воздействия электрического поля, то для 2-го класса характерна еще и опасность прямого и зеркального отраженного излучения; для 3-го класса — еще и опасность диффузного отражения, ультрафиолетового и инфракрасного излучения, яркости света, высокой температуры, шума, вибраций, запыленности и загазованности воздуха рабочей зоны.

Лазерная установка 4-го класса опасности характеризуется полным наличием потенциальных опасностей, перечисленных выше.

В качестве основных критериев для нормирования лазерных излучений избрана степень изменения, происходящего под их влиянием в органах зрения и кожи человека. Безопасность при работе с лазерами оценивается вероятностью достижения того или иного патологического эффекта, определяемой:

Рбез = 1 - Рпат (3.47)

где Рбез — вероятность безопасности работы с лазером в конкретных условиях; РПат — фактический патологический эффект, измеренный при воздействии лазерного излучения.

В настоящее время доказано, что при воздействии лазерного излучения (особенно при разовом) существует однозначная связь между количественным показателем интенсивности воздействия поля и производимым им эффектом.

В целях обеспечения безопасных условий труда персонала установлены предельно допустимые уровни (ПДУ) лазерного излучения, которые при ежедневном воздействии на человека не вызывают в процессе работы или в отдаленные сроки отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами медицинских исследований.

1 — лазер, 2 — бленда, 3 — линза, 4 — диафрагма, 5 — мишень

Биологические эффекты воздействия лазерного излучения зависят не только от энергетической экспозиции, поэтому ПДУ лазерного излучения установлены с учетом длины волны излучения, длительности импульсов, частоты их повторения, времени воздействия и площади облучаемых участков, а также от биологических и физико-химических особенностей облучаемых тканей и органов.

Контроль уровней опасных и вредных факторов при эксплуатации лазеров проводится периодически (не реже одного раза в год), при приеме новых установок, при изменении конструкции лазерной установки или средств защиты, при организации новых рабочих мест.

В зависимости от класса лазерной установки используются различные защитные средства, включающие порядок эксплуатации установки, определенные «Санитарными нормами и правилами устройства и эксплуатации лазеров».

Комплекс мер, обеспечивающих безопасность работы с лазером, включает технические, санитарно-гигиенические и организационные мероприятия и направлен на предотвращение облучения персонала уровнями, превышающими ПДУ.

Достигается это обеспечением лазеров приспособлениями, исключающими воздействие прямого и отраженного излучения (экраны); использованием средств дистанционного управления, сигнализации и автоматического отключения; созданием специальных помещений для работ с лазером, их правильной компоновкой с обеспечением необходимого свободного пространства, систем контроля уровней облучения; оборудованием рабочих мест местной вытяжной вентиляцией.

В качестве экранирующих устройств от прямого и отраженного излучения на пути луча устанавливают бленды, а возле облучаемого объекта — диафрагмы.

К обслуживанию лазеров допускаются лица не моложе 18 лет, не имеющие медицинских противопоказаний, прошедшие инструктаж и обученные безопасным методам работы (имеют соответствующую квалификационную группу по технике безопасности).

В процессе эксплуатации установок на администрацию возложены обязанности контроля за безопасным ведением работ, а также предотвращение использования запрещенных приемов работ.

К средствам индивидуальной защиты от лазерного излучения, используемым только в комплексе со средствами коллективной защиты, относятся защитные очки и маски со светофильтрами.

Их выбор в каждом конкретном случае осуществляется с учетом длины волны генерируемого излучения.