Лазерное излучение - вынужденное испускание атомами вещества порций-квантов электромагнитного излучения. Слово "лазер" - аббревиатура, образованная из начальных букв английской фразы Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (усиление света с помощью индуцированного 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. За счет монохроматичности лазерного луча и его малой расходимости создаются исключительно высокие энергетические экспозиции, позволяющие получить локальный термоэффект. Это является основанием для использования лазерных установок при обработке материалов (резание, сверление, поверхностная закалка и др.), в хирургии и т. д.
Лазерное излучение способно распространяться на значительные расстояния и отражаться от границы раздела двух сред, что позволяет применять это свойство для целей локации, навигации, связи и т. д. Путем подбора тех или иных веществ в качестве активной среды лазер может индуцировать излучение практически на всех длинах волн, начиная с ультрафиолетовых и кончая длинноволновыми инфракрасными. Наибольшее распространение в промышленности получили лазеры, генерирующие электромагнитные излучения с длиной волны 0,33; 0,49; 0,63; 0,69; 1,06; 10,6 мкм.
Основные физические величины , характеризующие лазерное излучение:
Длина волны, мкм;
Энергетическая освещенность (плотность мощности), Вт/м 2 , - отношение потока излучения, падающего на рассматриваемый небольшой участок поверхности, к площади этого участка;
Энергетическая экспозиция, Дж/м 2 , - 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 импульсов, Гц, - количество импульсов за 1 с.
Воздействие на человека (при работе с лазерными установками) оказывают прямое (непосредственно из лазера), рассеянное и отраженное излучения. Степень неблагоприятного воздействия зависит от параметров лазерного излучения, прежде всего от длины волны, мощности (энергии) излучения, длительности воздействия, частоты следования импульсов, а также от размеров облучаемой области ("размерный эффект") и анатомо-физиологических особенностей облучаемой ткани (глаза, кожа).
Энергия лазерного излучения, поглощенная тканями, преобразуется в другие виды энергии: тепловую, механическую, энергию фотохимических процессов, что может вызывать ряд эффектов: тепловой, ударный, светового давления и пр.
В настоящее время доказано, что на месте воздействия луча лазера возникает первичный биологический эффект - ожог с резким повышением температуры. Локальное повышение температуры приводит к вскипанию тканевой, межтканевой и клеточной жидкости, образованию пара и огромному давлению. Последующий взрыв и ударная волна распространяются на окружающие ткани, вызывая их гибель.
Лазерное излучение представляет опасность для глаз. Могут быть поражены сетчатка, роговица, радужка, хрусталик. Короткие импульсы (0,1-10…14 с), которые генерируют лазеры, способны вызвать повреждения за значительно более короткий промежуток времени, чем тот, который необходим для срабатывания защитных физиологических механизмов (мигательный рефлекс 0,1 с). Отражающая способность кожного покрова в видимой области спектра высокая. Лазерное излучение дальней инфракрасной области начинает сильно поглощаться кожей, возникает опасность ожогов. Данные исследований свидетельствуют о том, что лазерное излучение видимой области спектра вызывает сдвиги в функционировании эндокринной и иммунной систем, центральной и периферической нервной системы, белкового, углеводного и липидного обмена. Длительное хроническое действие Л. и. длиной волны 1,06 мкм вызывает вегетативно-сосудистые нарушения. Практически все исследователи, изучавшие состояние здоровья лиц, обслуживающих лазеры, подчеркивают более высокую частоту обнаружения у них астенических и вегетативно-сосудистых расстройств. Наиболее характерными у работающих с лазерами являются астения и вегетососудистая дистония.
Лазерное излучение нормируется ГОСТ 12.1.040-83 «ССБТ. Лазерная безопасность. Общие положения» и Санитарными правилами и нормами 2.2.4.13-2-2006 "Лазерное излучение и гигиенические требования при эксплуатации лазерных изделий".
По степени опасности генерируемого излучения лазеры подразделяются на четыре класса. К лазерам I класса относят полностью безопасные лазеры, то есть такие лазеры, выходное коллимированное излучение которых не представляет опасности при облучении глаз и кожи. Лазеры II класса - это лазеры, выходное излучение которых представляет опасность при облучении кожи или глаз человека коллимированным пучком (опасность при облучении кожи существует только в I и III спектральных диапазонах); диффузно отраженное излучение безопасно как для кожи, так и для глаз. К лазерам III класса относятся такие лазеры, выходное излучение которых представляет опасность при облучении глаз не только коллимированным, но и диффузно отраженным излучением на расстоянии 10 см от отражающей поверхности и (или) при облучении кожи коллимированным излучением. Диффузно отраженное излучение не представляет опасности для кожи. Этот класс распространяется только на лазеры, генерирующие излучение в спектральном диапазоне II. Четвертый (IV) класс включает такие лазеры, диффузно отраженное излучение которых представляет опасность для глаз и кожи на расстоянии 10 см от отражающей поверхности.
Класс опасности лазерного изделия определяется классом используемого в нем лазера.
Биологические эффекты воздействия лазерного излучения на организм определяются механизмами взаимодействия излучения с тканями (тепловой, фотохимический, ударно-акустический и др.) и зависят от длины волны излучения, длительности импульса (воздействия), частоты следования импульсов, площади облучаемого участка, а также от биологических и физико-химических особенностей облучаемых тканей и органов. Излучение с длиной волны от 380 до 1400 нм представляет наибольшую опасность для сетчатой оболочки глаза, а излучение с длиной волны от 180 до 380 нм и свыше 1400 нм - для передних сред глаза. Повреждение кожи может быть вызвано излучением любой длины волны рассматриваемого спектрального диапазона 180…10 2 нм.
12. Предельно допустимые уровни (ПДУ) ЛИ устанавливаются для двух условий облучения - однократного и хронического для трех диапазонов длин волн:
I. 180 ˂λ≤ 380 нм;
II. 380 ˂λ≤1400;
III. 1400 ˂λ≤ 10 5 .
13. Нормируемыми параметрами ЛИ являются энергетическая экспозиция и облученность, усредненные по ограничивающей апертуре.
| Опасные и вредные производственные факторы | Класс лазера | ||||
| Лазерное излучение: прямое, зеркальное отраженное диффузное отражение Повышенная напряженность электрического поля Повышенная запыленность и загазованность воздуха рабочей зоны Повышенный уровень ультрафиолетовой радиации Повышенная яркость света Повышенные уровни шума и вибрации Повышенный уровень ионизирующих излучений Повышенный уровень электромагнитных излучений ВЧ- и СВЧ-диапазонов Повышенный уровень инфракрасной радиации Повышенная температура поверхностей оборудования | - - -(+) - - - - - - - - | + - + - - - - - - - - | + + + -(+) -(+) -(+) -(+) - - -(+) -(+) | + + + + + + + + -(+) + + |
Защита от лазерного излучения осуществляется организационно-техническими, санитарно-гигиеническими и лечебно-профилактическими методами.
Организационно-технические методы:
Выбор, планировка и внутренняя отделка помещений;
Рациональное размещение лазерных установок и порядок их обслуживания;
Использование минимального уровня излучения для достижения поставленной цели;
- организация рабочего места (применение средств защиты, ограничение времени воздействия излучения, проведение инструктажа и назначение лиц, ответственных за организацию и проведение работ);
- обучение персонала.
Санитарно-гигиенические и лечебно-профилактические методы:
контроль за уровнями вредных и опасных факторов на рабочих местах;
контроль за прохождением персоналом предварительных и периодических медицинских осмотров.
Средства защиты от лазерного излучения должны обеспечивать предотвращение воздействия излучения или снижение его величины до уровня, не превышающего допустимого. К средствам коллективной защиты (СКЗ) относятся: ограждения, защитные экраны, блокировки и автоматические затворы, кожухи и др. Они должны предусматриваться на стадии проектирования и монтажа лазеров, при организации рабочих мест, при выборе эксплуатационных параметров.
Средства индивидуальной защиты (СИЗ) от включают: защитные очки, щитки, маски и др.
Выбор средств защиты должен производиться в зависимости от класса лазера, интенсивности излучения в рабочей зоне, характера выполняемой работы. Показатели защитных свойств средств защиты не должны снижаться под воздействием др. вредных и опасных факторов (вибрации, температуры и т. д.). Конструкция средств защиты должна обеспечивать возможность смены основных элементов (светофильтров, экранов, смотровых стекол и пр.). СИЗ глаз и лица (защитные очки и щитки), снижающие интенсивность Л. и. до ПДУ, должны применяться только в тех случаях (пусконаладочные, ремонтные и экспериментальные работы), когда СКЗ не обеспечивают безопасность персонала.
Защиту осуществляют техническими, организационными, лечебно-профилактическими методами и средствами. Используются следующие принципы защиты: 1. защита расстоянием; 2. защита временем; 3. ослабление излучение (светофильтры).Средства защиты должны снижать уровни лазерного излучения, действующего на человека, до величин ниже ПДУ. Они не должны уменьшать эффективность технологического процесса и работоспособность человека. Их защитные характеристики должны оставаться неизменными в течение установленного срока эксплуатации. Выбор средства защиты в каждом конкретном случае осуществляется с учетом требований безопасности для данного процесса. Средства коллективной защиты (СКЗ) должны соответствовать требованиям ГОСТ 12.4.011-89. Средства индивидуальной защиты (СИЗ) применяются при проведении пуско-наладочных и ремонтных работ, работ с открытыми лазерными изделиями типа лидара и т. п. Средства индивидуальной защиты от лазерного излучения включают в себя средства защиты глаз и лица (защитные очки, щитки, насадки), средства защиты рук, специальную одежду. При выборе средства индивидуальной защиты необходимо учитывать: рабочую длину волны излучения; оптическую плотность светофильтра. Защитные лицевые щитки необходимо применять в тех случаях, когда лазерное излучение представляет опасность не только для глаз, но и для кожи лица. Конкретная толщина светофильтра должна обеспечивать необходимую оптическую плотность. Надежным средством защиты глаз от лазерного излучения в области спектра Х= 0,63...1,5 мкм являются защитные очки, изготовленные из сине-зеленого стекла.Защитные щитки необходимо использовать когда излучение представляет опасностьне только для глаз, но и для кожи. Иногда для защиты глаз используются защитные насадки. К персоналу, связанному с эксплуатацией лазерной техники, предъявляются повышенные требования, как в части профессионального отбора, так и в части обучения и проверки знаний по охране труда. Персонал, допускаемый к работе с лазерными изделиями, должен пройти предварительный медицинский осмотр, инструктаж и специальное обучение безопасным приемам и методам работы. Персонал, обслуживающий лазерные изделия, обязан изучить техническую документацию, инструкцию по эксплуатации, ознакомиться со средствами защиты и инструкцией по оказанию первой помощи при несчастных случаях. Особое внимание необходимо уделять защите глаз, так как воздействие лазерного излучения может приводить к необратимым последствиям - слепоте. Поэтому в случае подозрения или очевидного облучения глаз (кожи) лазерным излучением следует немедленно обратиться к врачу для специальногообследования. Методы защиты от лазерного излучения: Технические методы1. Выбор, планировка и внутренняя отделкапроизводственных помещений 2. Размещение лазерных технологических установок З. Порядок обслуживания установок 4. Использование минимального уровня излучения, обеспечивающего достижение поставленной цели 5. Организация рабочего места 6. Применение средств защиты. Организационные методы: 1. Ограничение времени воздействия излучения 2. Назначение лиц, ответственных за организацию и проведение работ З. Осуществление допуска к проведению работ 4. Организация надзора за проведением работ 5. Организация противо-аварийных работ и установление порядка ведения работ в аварийных условиях 6. Инструкции, плакаты 7. Обучение и инструктаж 8. Ограничение допуска Лечебно-профилактические методы:1. Контроль за уровнями опасных и вредных производственных факторов на рабочих местах 2. Контроль за прохождением персоналом предварительных и периодических медицинских осмотров3. Повышение сопротивляемости организма путем создания у работающих активного или пассивного иммунитета Средства защиты от лазерного излученя: 1. Оградительные устройства (кожухи, экраны и т. д.) 2. Дистанционное управление З. Устройство сигнализации (ясно воспринимаемый световой или звуковой сигнал) 4. Маркировка знаком лазерной опасности 5. Кодовый замок б. Защитные очки, снижающие уровень диффузного излучения на роговице глаза до ПДУ 7. Защитные запоры оградительного устройства или его частей 8. Защитная одежда 9. Юстировочные очки (снижающие уровень коллимированного излучения на роговице глаза до ПДУ) Методы и средства измерения лазерного излучения дозиметрический контроль лазерного излучения на рабочих местах должен оценивать те характеристики излучения, которые определяют его способность вызывать неблагоприятные биологические эффекты. Различают 2 формы: 1. предупредительный (оперативный); 2. индивидуальный. Предупредительный заключается в определении максимальных уровней энергетических параметров лазерного излучения на границе рабочей зоны. Индивидуальный заключается в измерении уровней энергетических параметров излучения, воздействующего на работника, его глаза и кожу в течение рабочего дня. Предупредительный проводиться в соответствии с регламентом, утвержденным администрацией предприятия не реже 1 раза в год, а также в след. случаях: при введении в эксплуатацию новых лазерных изделий; при изменении конструкции средств защиты; при изменении конструкции лазера, при. АРМ. Индивидуальный проводят при работе на открытых лазерных установках, а также когда возможно попадание лазера на глаза или кожу. Для измерения используются спец.приборы - лазерные дозиметры. Бывают индикаторного типа, которые дают звуковой или световой сигнал, при превышения в заданной точке ПДУ. Измерительные, которые предназначены для измерения нормируемых параметров. Анализирующие, которые не только измеряют интенсивность, но и проводят анализ распределения. Наиболее часто используются измерительные, предел погрешности 30%.
Защита персонала от лазерного излучения осуществляется техническими, организационными и санитарно-гигиеническими методами и средствами.
К основным организационным мероприятиям относятся:
рациональное размещение лазерных установок;
ограничение времени воздействия излучения;
обучение персонала;
проведение инструктажей;
выбор, планировка и внутренняя отделка помещений;
организация рабочего места.
К техническим мероприятиям относятся:
применение коллективных средств защиты;
применение индивидуальных средств защиты.
Санитарно-гигиенические и лечебно-профилактические методы включают:
контроль за уровнями опасных и вредных производственных факторов на рабочих местах;
контроль за прохождением персоналом предварительных и периодических медицинских осмотров.
Технические средства защиты применяются для предотвращения воздействия или снижения уровня излучения до допустимых значений, не ограничивая при этом технологических возможностей лазеров и не снижая работоспособность человека. Их защитные характеристики должны оставаться неизменными в течение установленного срока эксплуатации.
К средствам коллективной защиты от лазерного излучения относятся:
оградительные устройства (экраны, щиты, смотровые окна, световоды, перегородки, камеры, кожухи, козырьки, бленды и др.), подразделяемые:
по принципу ослабления на поглощающие; отражающие и комбинированные;
по степени ослабления на непрозрачные и частично прозрачные;
предохранительные устройства, подразделяемые по конструктивному исполнению на:
оптические устройства для визуального наблюдения и юстировки с вмонтированными светофильтрами;
юстировочные лазеры;
телеметрические и телевизионные системы наблюдения;
индикаторные устройства;
устройства автоматического контроля и сигнализации;
устройства дистанционного управления;
символы органов управления.
Средства индивидуальной защиты от лазерного излучения включают:
средства защиты глаз и лица (защитные очки, щитки, насадки);
средства защиты рук (перчатки);
специальную одежду (халаты из хлопчатобумажной или бязевой ткани).
Средства индивидуальной защиты глаз и лица применяются только в тех случаях (пусконаладочные, ремонтные, экспериментальные работы), когда коллективные средства не обеспечивают безопасность персонала.
Применение различных средств защиты от лазерного излучения в зависимости от класса опасности лазера приведено в табл. 31.
Расположение защитных устройств в лазерной установке дано на рис. 87. Экраны и элементы оградительных устройств изготавливаются из огнестойких материалов, не выделяющих вредных веществ при высоких температурах. Конструкция лазерной установки должна исключать воздействие на работающих прямых и диффузных лазерных излучений.Таблица 31
Средства защиты от лазерного излучения
|
Средства защиты |
Класс опасности лазера |
Примечание |
||||
|
Оградительные устройства (кожухи, экраны и т.д.) |
Должны снижать уровни опасных и вредных производственных факторов до безопасных значений |
|||||
|
Дистанционное управление |
Применяется во всех возможных случаях |
|||||
|
Устройства сигнализации |
Для лазеров видимого диапазона спектра Для лазеров УФ диапазона спектра Для лазеров ИК диапазона спектра |
|||||
|
Маркировка знаком лазерной опасности |
Лазеры, зона прохождения луча, граница ЛОЗ |
|||||
|
Кодовый замок |
На дверях помещений, пульте управления |
|||||
|
Защитные очки, снижающие уровень диффузного излучения на роговице глаза до ПДУ |
При времени воздействия больше 0, 2, 5 с Всегда, когда средства коллективной защиты не обеспечивают безопасных условий труда |
|||||
|
Защитная одежда |
При соответствующей опасности |
|||||
|
Юстировочные очки, снижающие уровень коллимированного излучения на роговице до ПДУ |
Ограничено при выполнении юстировки, наладки и ремонтно-профилактических работах |
|||||
Примечание. ЛОЗ (лазерно-опасная зона) – часть пространства, в пределах которого уровень лазерного излучения превышает предельно допустимый уровень. Юстировка лазера – это совокупность операций по регулировке оптических элементов лазерного изделия для получения требуемых пространственно-энергетических характеристик лазерного излучения.
Подробности Просмотров: 3236 Вопросы по лазерной безопасностиСогласно Санитарным правилам и нормам 2.2.4.13-2-2006 «Лазерное "в излучение и гигиенические требования при эксплуатации лазерных изделий», утвержденным постановлением Главного государственного санитарного врача Республики Беларусь от 17 февраля 2006)6 г. № 16, средства защиты должны снижать уровни лазерного излучения, действующего на человека, до величин ниже предельно допустимых уровней.
Средства защиты не должны уменьшать эффективность технологического процесса и работоспособность человека. Их защитные характеристики должны оставаться неизменными в течение установленного срока эксплуатации.
Выбор средств защиты должен производиться в зависимости от класса а лазера, интенсивности излучения в рабочей зоне, характера выполняемой работы.
Показатели защитных свойств средств защиты не должны снижаться я под воздействием других вредных и опасных факторов (вибрации, [, температуры и т. д.). Конструкция средств защиты должна обеспечивать возможность смены основных элементов (светофильтров, экранов, смотровых стекол и пр.).
Согласно ГОСТ 12.4.011-89 «ССБТ. Средства защиты работающих. Общие требования и классификация» и ГОСТ 12.1.040-83 «ССБТ. Т. Лазерная безопасность. Общие положения» средства защиты от лазерного излучения подразделяются на коллективные и индивидуальные.
Средства коллективной защиты от лазерного излучения - оградительные устройства - подразделяют:
по о способу применения - на стационарные и передвижные;
по в конструкции - на откидные, раздвижные, съемные;
по с способу изготовления - на сплошные, со смотровыми стеклами, с отверстием переменного диаметра;
по с структурному признаку - на простые, составные (комбинированные);
по в виду применяемого материала - на неорганические, органические^, комбинированные;
по л принципу ослабления - на поглощающие, отражающие, комбинированные;
по с степени ослабления - на непрозрачные, частично прозрачные;
по к конструктивному исполнению - на бленды, диафрагмы, заглушки затворы, кожухи, козырьки, колпаки, крышки, камеры, кабины, а мишени, обтюраторы, перегородки, световоды, смотровые окна, ширмы, щитки, шторки, щиты, шторы, экраны.
Средствами защиты от лазерного излучения являются: предохранительные устройства;
устройства автоматического контроля и сигнализации; устройства дистанционного управления; символы органов управления.
Предохранительные устройства подразделяют по конструктивному исполнению на:
оптические устройства для визуального наблюдения и юстировки с вмонтированными светофильтрами; котировочные лазеры;
телеметрические и телевизионные системы наблюдения; индикаторные устройства.
Средства коллективной защиты должны предусматриваться на стадии проектирования и монтажа лазеров, при организации рабочих мест, при выборе эксплуатационных параметров и должны соответствовать требованиям ГОСТ 12.4.011-89 «ССБТ. Средства защиты работающих. Общие требования и классификация» и ГОСТ 12.2.049-80 «Система стандартов безопасности труда. Оборудование производственное. Общие эргономические требования».
Средства индивидуальной защиты от лазерного излучения включают средства защиты глаз и лица (очки защитные, щитки защитные лицевые, защитные насадки для настройщиков резонаторов газовых лазеров), средства защиты рук, специальную одежду.
Средства индивидуальной защиты глаз и лица должны применяться в комплексе со средствами коллективной защиты при выполнении пусконаладочных, ремонтных и экспериментальных работ.
В зависимости от длины волны лазерного излучения в противолазерных очках используются оранжевые, сине-зеленые или бесцветные стекла.
Светофильтры должны обеспечивать снижение уровней облучения до нормативных требований.
При выборе средств индивидуальной защиты необходимо учитывать:
рабочую длину волны излучения; оптическую плотность светофильтра.
При настройке резонаторов газовых лазеров, работающих в видимой области спектра, для защиты глаз необходимо применять защитные насадки, которые могут использоваться самостоятельно или в сочетании с оптическими устройствами, такими как диоптрийная трубка.
Средства индивидуальной защиты должны соответствовать требованиям ГОСТ 12.4.011-89 «ССБТ. Средства защиты работающих.
Общие требования и классификация» и маркироваться в соответствии с ГОСТ 12.4.115-82 «Система стандартов безопасности труда. Средства индивидуальной защиты работающих. Общие требования к маркировке».
Этот вопрос нашел отражение в следующих нормативных документах:
1)«Санитарные нормы и правила устройства и эксплуатации лазеров» № 5804-91.
2)ГОСТ 12.1.040-83* ССБТ. Лазерная безопасность.
3)ГОСТ Р 50723-94 Лазерная безопасность. Общие требования безопасности при разработке и эксплуатации лазерных изделий
Биологическое действие лазерного излучения:
Под биологическим действием лазерного излучения понимают совокупность структурных, функциональных и биохимических изменений, возникающих в живом организме в результате облучения монохроматическими когерентными лучами.
Лазерное излучение не встречается в природе, а потому является для живого организма непривычным внешним раздражителем. Лазерное излучение может быть: прямое, отраженное, рассеянное.
Результат воздействия лазерного излучения на ткани определяется как характеристиками самого излучения (интенсивность, длина волны, режим: непрерывный или импульсный), так и характеристиками ткани (отражающей и поглощающей способностью, теплоемкостью, теплопроводностью, скрытой удельной теплотой парообразования, акустическими и механическими свойствами). Одной из особенностей воздействия лазерного излучения на живые ткани является избирательность этого воздействия, что обусловлено монохроматичностью и когерентностью излучения. Дело в том, что каждый вид живых клеток имеет свои характеристики поглощения и отражения потоков излучения. Это свойство позволило применять лазеры в медицине, однако неконтролируемое воздействие лазерного излучения приводит к неприятным для организма последствиям. Ниже приведены и подробно описаны основные биологические эффекты, вызываемые лазерным излучением.
Термический эффект. Высоко сконцентрированная энергия излучения может поглощаться тканями организма, переходя в энергию тепловую. При высоком коэффициенте поглощения тканей может происходить их ожог, сходный по характеру с ожогом от воздействия высокочастотного тока. Из элементов клеток к излучению наиболее чувствительны ферменты, отвечающие за процесс обмена веществ в клетке. При лазерном воздействии ферменты разрушаются, и клетка неизбежно гибнет.
Ударный эффект проявляется в способности фотонов излучения вышибать микрочастицы из органических соединений, то есть, воздействовать на ткань на молекулярном уровне. Ударный эффект сопровождается появлением в биологических тканях распределенного давления, при этом возникает испарение и извержение частиц ткани с облучаемой поверхности в сторону распространения луча. Одновременно в облученном участке в результате резкого подъема температуры возникает тепловое объемное расширение, причем тепло не успевает распространиться путем конвекции. Все это приводит к появлению ударной волны, распространяющейся преимущественно вглубь такни и имеющей в начальный момент сверхзвуковую скорость. Сила ее невелика, однако ее следствием могут быть повреждения внутренних тканей без внешних признаков, имеющие такие опасные последствия, как злокачественная опухоль.
Эффект светового давления и электрострикции. Под электрострикцией понимают деформацию тел во внешнем электрическом поле, пропорциональную квадрату его напряженности. Этим электрострикция похожа на обратный пьезоэлектрический эффект в некоторых кристаллах, при котором деформация пропорциональна напряженности электрического поля в первой степени. Он возможен при наличии в ткани нескомпенсированных магнитных моментов, обусловленных взаимодействием неспаренных электронов под влиянием магнитного поля. Молекулу, содержащую неспаренный электрон, называют свободным радикалом. Это воздействие отрицательное. Развивается теория, согласно которой они являются причиной биологического старения организма. С воздействием свободных радикалов связывают возникновение онкологических заболеваний и мутации. При воздействии лазерного излучения каждый фотон поглощается только одной молекулой, при этом его энергия преобразуется в энергию движения этой молекулы, что приводит к образованию свободных радикалов или других форм энергии. В результате происходит целая цепь сложнейших изменений в структуре клетки, что может привести к ее гибели. Это явление носит название эффекта светового давления. В данном случае также проявляется избирательность воздействия лазерного излучения определенной длины на различные ткани организма.
Эффект воздействия сверхвысокочастотного поля. Волны СВЧ (дециметровые, сантиметровые и миллиметровые) возникают при работе (разряде) ламп накачки лазеров, особенно мощных. Воздействие СВЧ поля на организм давно изучено и описано во всевозможных изданиях. Основной симптом - хронические головные боли, раздражительность, нервозность, беспричинное беспокойство. При длительном воздействии - облысение, бесплодие, общее ухудшение состояния здоровья. При соблюдении норм и правил техники безопасности при работе с лазерами или приборами СВЧ отрицательное воздействие на организм поля СВЧ минимально и существенного вреда здоровью не причиняет.
Действие ядовитых продуктов тканевого обмена и нелинейные оптические эффекты. В первом случае ядовитые вещества интенсивно вырабатываются в тканях организма под воздействием лазерного облучения, и происходит аутоинтоксикация, или отравление организма собственными тканевыми ядами. Нелинейные оптические эффекты проявляются в тканях в силу когерентности излучения и значительной напряженности электрического поля. Таким эффектом является интенсивное монофотонное нелинейное поглощение излучения молекулами ткани. При этом на ткань воздействует не только излучение оптической частоты самого лазера, но и гармоник этой частоты, которые лежат уже в диапазоне радиоактивного излучения. Действие радиации на организм хорошо изучено, и давно известно, что оно губительно для воспроизводства клеток организма. Последние два описанных эффекта - аутоинтоксикация и нелинейное поглощение, усиливают отрицательное воздействие эффектов, описанных выше - теплового, ударного, электрострикционного и эффекта светового давления.
От режима работы лазера зависит, какие именно из вышеописанных эффектов преобладают. При непрерывном режиме основной эффект - термический, а ударный существенной роли не играет. При импульсном режиме работы преобладает тот же термический эффект, но с еще большей силой. За пикосекунды ткани облучаемого участка нагреваются до 100С. Тепло не успевает отводиться путем конвекции, в результате чего жидкие составляющие клеток моментально вскипают. При режиме работы лазера с модулированной добротностью возрастает значение градиентов давления, ударных эффектов взрывного типа и электромагнитных полей. Кроме того, следует отметить, что преобладание того или иного фактора, а также взаимосвязь между ними зависит от рабочей длины волны лазера..
Воздействие на орган зрения:
Конечный результат воздействия лазерного излучения на орган зрения определяется рядом факторов, основные из которых - площадь пораженного участка и расположение его на сетчатке. Центральная ее часть - так называемое желтое пятно - наиболее чувствительна и, следовательно, уязвима. Большое значение имеет и частота излучения. При воздействии лучей ультрафиолетового лазера происходит разрушение молекул белка роговой оболочки и ожог слизистой глаза (конъюнктивит). Болевые ощущения возникают через секунды, поражение - через минуты, часы или даже дни. Поражение необратимое - слепота. При воздействии видимого излучения последствия могут быть разными - от обратимого поражения до слепоты. Основное поражение - ожог сетчатки. При воздействии излучения ближнего инфракрасного участка оно поглощается радужкой, хрусталиком и стекловидным телом. Богатая пигментом радужная оболочка нагревается, из-за чего сразу возникает мигательный рефлекс. Белки хрусталика свертываются. Поражение необратимое - слепота. Происходит через длительное время. Излучение дальней инфракрасной области малоопасно.
Еще один важный фактор - режим работы лазера. При работе в импульсном режиме преобладают механические и тепловые эффекты. Взрывной механический эффект обусловлен возникновением ударной волны от мгновенного прогрева клеточной жидкости. Температура на сетчатке повышается на 8-20, в результате чего образуется слабый ожог. Потеря зрения - временная. При непрерывном режиме работы преобладают термический, взрывной и электрострикционный эффекты. Вследствие термического эффекта разрушаются светочувствительные клетки и повреждается слепое пятно. Поражение необратимое - слепота
Нормирование уровней лазерного излучения:
Исходные данные:
Длина волны излучения: 850 нм
Средняя мощность излучения Pизл = 37.5 мВт
Излучение: модулированное, непрерывное
Для расчета используем Санитарные нормы и правила устройства и эксплуатации лазеров N 5804-91
Длина волны 850 нм находится во 2-м диапазоне длин волны: от 380нм до 1400нм. Для определения предельно допустимых уровней и при воздействии лазерного излучения на кожу усреднение производится по ограничивающей апертуре диаметром м (площадь апертуры м).
При оценке воздействия на глаза лазерного излучения в диапазоне II (3801400 нм) нормирование энергии и мощности лазерного излучения, прошедшего через ограничивающую апертуру диаметром м, является первостепенным.
Для определения воспользуемся таблицами 3.3 и 3.4 приложения к Санитарным нормам и правилам N 5804-91 За время воздействия в данном случае принимается 1 секунда, как наиболее вероятное время пребывания под облучением:
Pпду=3.0x10-4 Вт
2) ПДУ лазерного излучения в диапазоне 3801400 нм при хроническом воздействии на глаза
Для определения предельно допустимых значений и коллимированного или рассеянного лазерного излучения в диапазоне II (3801400 нм) при хроническом воздействии на глаза необходимо уменьшить в 10 раз соответствующие предельные значения для однократного воздействия, приведенные в п.2)
Pпду=3.0x10-5 Вт
3)ПДУ лазерного излучения в диапазоне 3801400 нм при однократном облучении кожи.
Соотношения для определения значений и, а также и при однократном воздействии на кожу коллимированного или рассеянного лазерного излучения в спектральном диапазоне 3801400 нм приведены в таблице 3.6 СНиП № 5804-91.
Eпду=5.0x103 Втм2
Pпду= Eпдух10-6=5х10-3Вт
4) ПДУ лазерного излучения в диапазоне 3801400 нм при хроническом облучении кожи
Для определения предельно допустимых значений, и, при хроническом воздействии на кожу коллимированного или рассеянного лазерного излучения в диапазоне II (3801400 нм) необходимо уменьшить в 10 раз соответствующие предельные значения, приведенные в п.3)
Pпду= 5х10-4Вт
Таким образом требуется применение специальных мер защиты, т.к мощность излучения лазера превышает предельно допустимые уровни.
Определим классификацию лазера по степени опасности генеруремого излучения:
К лазерам III класса относятся такие лазеры, выходное излучение которых представляет опасность при облучении глаз не только коллимированным, но и диффузно отраженным излучением на расстоянии 10 см от отражающей поверхности и (или) при облучении кожи коллимированным излучением. Диффузно отраженное излучение не представляет опасности для кожи. Этот класс распространяется только на лазеры, генерирующие излучение в спектральном диапазоне II.
Рисунок 9.1 Допустимые пределы излучения для лазерных изделий класса 3
Pдоп=0.5Вт < Pизл
Техника безопасности при работе с лазером. Средства защиты от лазерного излучения:
Основные положения правил техники безопасности при работе с лазерами приведены ниже.
Необходим контроль распространения лазерного излучения. При работе с мощными лазерами следует избегать прямого попадания излучения на открытые участки кожи и в глаза. Использовать средства индивидуальной защиты. Опасно не только прямое излучение, но также зеркально отраженное и в случае мощных лазеров диффузно отраженное. Лазер должен быть полностью исправен, включая кожух. Механизмы оптической юстировки должны обязательно иметь светофильтры.
Велика опасность поражения персонала электрическим током от источников высоковольтного напряжения питания лазеров (тысячи вольт). Меры защиты и предосторожности стандартны для всех электрических цепей с повышенной опасностью (ГОСТ 12.1.019-79, 12.1.038-82).
Помимо лазерного излучения, опасно для зрения излучение, создаваемое лампами накачки лазера. Во-первых, оно чрезмерно яркое, во-вторых, часть его спектра находится в ультрафиолетовой области, вредной для глаз. Поэтому следует использовать экраны и индивидуальные средства защиты.
В мощных лазерах при разряде изменяется ионный состав воздуха. В течение 15-20 с в прилегающем к лазеру воздухе сохраняется повышенная концентрация легких ионов. Кроме того, в результате разряда может образовываться озон во вредных для организма концентрациях. Мерами предосторожности в этом случае могут служить экраны и вентиляция воздуха.
В процессе работы лазера возле него создается сверхвысокочастотное электромагнитное поле. При использовании мощных лазеров с достаточно высокой напряженностью электрического и магнитного поля могут возникнуть поражения, характерные для электромагнитных волн сантиметрового и миллиметрового диапазона.
При работе мощных твердотельных импульсных, газодинамических, электродинамических, химических лазеров создаются повышенные до 80 дБ уровни шума. При разряде создается звук, похожий на выстрел. С учетом того, что в импульсном режиме разряды следуют со определенной частотой, общий уровень шума в помещении высок и иногда выше допустимого порога. Меры предосторожности - стандартные (ГОСТ 12.1.003-83). Мероприятия по технике безопасности при работе с лазерными установками можно классифицировать следующим образом
Рисунок 9.2 Мероприятия по технике безопасности
В левом столбце отмечены мероприятия, которые следует провести руководящему персоналу, в правом - мероприятия для рядовых работников.
Организационно-технические мероприятия предусматривают разработку письменных инструкций и правил, соответствующих профилю данного предприятия. В них учитываются специфические условия предприятия, определяется степень ответственности должностных лиц.
Мероприятия по индивидуальной защите предусматривают использование специальных средств, предохраняющих от лазерного излучения, рентгеновского излучения, вредных газов, высоковольтного напряжения и т. д. Меры безопасности при работе с лазерами складываются на использовании коллективных и индивидуальных средств защиты и выполнения общих и индивидуальных мер предосторожности.
В качестве коллективных средств защиты от излучения используются экраны, светофильтры и закрытые лучепроводы. В качестве индивидуальных средств защиты кожи от поражения лазерным излучением используется спецодежда, созданная из плотной ткани, пропускающей весьма малую часть излучения. Для защиты глаз используют различные очки. Из требований, предъявляемых к помещениям, где работают с лазерами, главным является исключение возможности поражения работающего, из чего вытекает необходимость тщательного планирования размещения установок и вспомогательного оборудования. Элементы помещения и оборудования не должны иметь отражающих поверхностей и должны быть окрашены в темные матовые тона. Рабочие места и проходы не должны совмещаться с пространствами для открывания дверей помещения и оборудования, с площадками для размещения переносной измерительной аппаратуры, цеховой тары и других приспособлений, а также с зоной прохождения лазерного луча. Обязательно должно присутствовать естественное освещение и затемненные шторы на окнах на время работы лазера. Кроме того, необходимо присутствие искусственного освещения и вентиляции, соответствующих нормативным документам.
