Разработанная защита от лазерного излучения. Методы защиты от лазерного излучения

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.

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.

Для выбора средств защиты лазеры классифицируются по степени опасности:

Класс I (безопасные) - выходное излучение не представ­ляет опасности для глаз и кожи;

Класс II (малоопасные) - выходное излучение представля­ет опасность для глаз прямым и зеркально отраженным излучением;

Класс III (опасные) - опасно для глаз прямое, зеркальное, а также диффузно отраженное излучение на расстоянии 10 см от диффузно отражающей поверхности и для кожи прямое и зеркально отраженное облучение;

Класс IV (высокоопасные) - опасно для кожи диффузно отраженное излучение на расстоянии 10 см от отражаю­щей поверхности.

Энергия лазерного луча уменьшается с расстоянием. Вокруг лазеров определяется граница лазерно-опасной зоны, которая может быть обозначена на полу помещения линией.

Наиболее эффективным методом защиты от ЛИ является эк­ранирование. Луч лазера передается к мишени по волноводу (световоду) или огражденному экраном пространству.

Для снижения уровня отраженного излучения линзы, приз­мы и другие предметы с зеркально отражающей поверхностью, устанавливаемые на пути луча, снабжаются блендами. Для защи­ты от отраженного облучения от объекта (мишени) применяются диафрагмы с отверстием, немного превышающим диаметр луча (рис. 3.37). В этом случае через отверстие диафрагмы проходит только прямой луч, а отраженное излучение от мишени попадает на диафрагму, которая поглощает и рассеивает энергию.

Рис. 3.37. Схема экранирования отраженного излучения лазера блендами и диа­фрагмами: 1 - лазер; 2- бленда; 3- линза; 4- диафрагма; 5 - мишень

На открытых площадках обозначаются опасные зоны и уста­навливаются экраны, предотвращающие распространение излу­чений за пределы зон. Экраны могут быть непрозрачными и прозрачными.

Непрозрачные экраны изготовляются из металлических лис­тов (стали, дюралюминия и др.), гитенакса, пластика, текстоли­та, пластмасс.

Прозрачные экраны из специальных стекол светофильтров или неорганического стекла со спектральной характеристикой, соответствующей длине волны излучения лазера.

Приведение лазера в рабочее состояние обычно блокируется с установкой защитного устройства. Генератор и лампы накачки лазера заключаются в светонепроницаемую камеру. Лампы на­качки должны иметь блокировку, исключающую вспышку лам­пы при открытом положении камеры.

Для основного луча каждого лазера выбирается направление и зона, в которых исключается пребывание людей. Работы с ла­зерными установками проводятся в отдельных помещениях или специально отгороженных частях помещения. Само помещение изнутри, оборудование и другие предметы не должны иметь зер­кально отражающих поверхностей, если на них может падать прямой или отраженный луч лазера. Эти поверхности окрашива­ются в матовые цвета.

Для мишени рекомендуется темная окраска. В помещении должна быть создана хорошая освещенность. Коэффициент есте­ственной освещенности (КЕО) должен быть не менее 1,5 %, а об­щее искусственное освещение не менее 150 л к (см. гл. 2, разд. IV).

При эксплуатации импульсных лазеров с высокой энергией излучения должно применяться дистанционное управление. Ла­зеры IV класса опасности обязательно располагаются в отдель­ном помещении и снабжаются дистанционным управлением. Присутствие в помещении людей при работе такого лазера не допускается.

Средства индивидуальной защиты применяются при недоста­точности для защиты средств коллективной защиты. К СИЗ от­носятся технологические халаты, перчатки (для защиты кожных покровов), специальные очки, маски, щитки (для защиты глаз). Халаты изготовляют из хлопчатобумажной ткани белого, свет­ло-зеленого или голубого цвета. Очки снабжены оранжевыми, сине-зелеными и бесцветными стеклами специальных марок, обеспечивающими защиту от лазерного излучения определенных диапазонов длин волн. Поэтому выбор очков должен соответст­вовать длине волны лазерного излучения.

В народном хозяйстве в настоящее время все более широкое применение находят лазеры.

Лазерное излучение – это электромагнитное излучение, которое генерируется в диапазоне длин волн 0,2…1000мкм. Диапазон длин волн, которые излучаются (оптическими) квантовыми генераторами (ОКГ) – лазерами, охватывает видимый спектр, а также располагается в инфракрасной и ультрафиолетовой областях.

Наиболее часто ОКГ используются с длинами волн 0,49, 0,51, 0,53, 0,63, 0,694, 1,06, 10,6 мкм. В соответствии с ГОСТ 12.1.040 – 83 «Лазерная безопасность. Общие положения» по степени опасности генерированного излучения лазеры подразделяются на четыре класса.

В процессе их применения возникает опасность поражения людей электротоком высокого напряжения зарядных устройств, ультрафиолетовым излучением импульсных ламп и электромагнитными полями высокой частоты.

Кроме того, при эксплуатации лазерных установок возможны значительные поступления в воздушную среду химических загрязнений, возникновение взрывов и пожаров. Все это обусловило появление новых проблем по защите человека от вредного воздействия лазеров и потребовало разработки специальных санитарных норм при эксплуатации лазеров. В настоящее время Министерством здравоохранения Украины утверждены санитарные нормы при работе с оптическими квантовыми генераторами, которыми определены максимально допустимые уровни интенсивности облучения лазерами. «Санитарные нормы и правила эксплуатации лазеров № 2392-81» устанавливают гранично допустимые уровни лазерного излучения в диапазоне 0.2…20 мкм.

Гранично допустимые уровни лазерных излучений (Дж/см 2) зависят от длины волны, продолжительности импульса, частоты повторения импульса, режима генерации, продолжительности действия.

Лазер - это генератор узконаправленного пучка электромагнитных колебаний очень большой плотности мощности, охватывающих широкий оптический диапазон. Плотность потока мощности на поверхности, облучаемой лазером, достигает 10 11 - I0 14 Вт/см 2 . В качестве иллюстрации высокого уровня энергии лазерного луча можно отметить, что для испарения самых твердых элементов требуется плотность мощности 10 Вт/см 2 .

Современные лазерные установки способны генерировать концентрированный пучок высокочастотных электромагнитных импульсов большой мощности длительностью всего в несколько наносекунд. Мощный поток энергии лазера, попадая в мягкую биологическую ткань, может вызвать поражения кожи, глаз, а также различные функциональные расстройства центральной нервной системы, желез внутренней секреции икровообращения. Чрезвычайно опасно лазерное излучение для органов зрения. Лазерный луч, попав в глаз и сфокусировавшись хрусталиком на его сетчатке может обжечь её и вызвать потерю зрения.

Отраженный лазерный луч не менее опасен, чем прямой. Зеркально отразившись от поверхностей, обладающих блескостью, и попав на человека, лазерный поток может вызвать повреждение его здоровья.

Опасность поражения электротоком может исходить от высоковольтных батарей конденсаторов, газоразрядных импульсных ламп или ламп непрерывного горения, являющихся источниками энергии в некоторых типах лазерных установок. Поэтому вопросам электробезопасности при их эксплуатации необходимо уделять должное внимание. Методы защиты от вредного воздействия электромагнитных полей могут быть использованы и для защиты от лазерного излучения: организация работ и надежное экранирование.

Необходимы тщательный медицинский отбор и хорошая инженерно-техническая подготовка персонала, обслуживающего лазерную установку, а также правильная организация его труда.

В помещениях, где размещены лазерные установки, должны быть четко определены опасные зоны и оформлено надежное их экранирование. Основные методы защиты от лазерного излучения определены «Санитарными нормами и правилами использования и эксплуатации лазеров» № 2392-81. Лазерная установка должна работать в таких условиях, чтобы исключалась возможность зеркального отражения лазерного излучения и возникновения пожаров и взрывов. Поэтому в этих помещениях не должно быть полированных, блестящих поверхностей, от которых может отразиться лазерный поток. Светильники должны обеспечивать равномерное и обильное освещение, способствующее сокращению зрачков глаз человека. Минимальные размеры зрачков снижают вероятность проникновения лазерных излучений на сетчатку глаз и поражения органов зрения. Использование автоблокировки повышает безопасность эксплуатации установки, т.к. исключает возможность включения ее в работу при открытом экране. Для определения мощности плотности энергии лазерных излучений применяются специальные приборы. На дверях должна быть звуковая и световая сигнализация, сблокированная с рубильником включения лазера. Также должен быть вывешен знак лазерной опасности. Для защиты от лазерного излучения применяют спецодежду, маски, перчатки и защитные очки со светофильтрами по ГОСТ 94II-88 (выбираемыми в зависимости от длины волн излучений).

Лазер или оптический квантовый генератор - это генератор электромагнитного излучения оптического диапазона, основанный на использовании вынужденного (стимулированного) излучения. Благодаря своим уникальным свойствам (высокая направленность луча, когерентность) лазеры находят исключительно широкое применение в различных областях промышленности, науки, техники, связи, сельском хозяйстве, медицине, биологии и др.

В основу классификации лазеров положена степень опасности лазерного излучения для обслуживающего персонала. По этой классификации лазеры разделены на четыре класса:

I (безопасные) - выходное излучение не опасно для глаз;

II (малоопасные) - опасно для глаз прямое или зеркально отраженное излучение;

III (среднеопасные) - опасно для глаз прямое, зеркально, а также диффузно отраженное излучение на расстоянии 10 см от отражающей поверхности и (или) для кожи прямое или зеркально отраженное излучение;

IV (высокоопасные) - опасно для кожи диффузно отраженное излучение на расстоянии 10 см от отражающей поверхности.

В качестве ведущих критериев при оценке степени опасности генерируемого лазерного излучения приняты мощность (энергия), длина волны, длительность импульса и экспозиция облучения.

Предельно допустимые уровни, требования к устройству, размещению и безопасной эксплуатации лазеров регламентированы Санитарными нормами и правилами устройства и эксплуатации лазеров от 31.07.1991 № 5804-91, которые позволяют разрабатывать мероприятия по обеспечению безопасных условий труда при работе с лазерами. Санитарные нормы и правила позволяют определить значения предельно допустимых уровней для каждого режима работы, участка оптического диапазона по специальным формулам и таблицам. Предельно допустимые уровни облучения дифференцированы с учетом режимов работы лазеров: непрерывного, моноимпульсного, импульсно-периодического.

В зависимости от специфики технологического процесса работа с лазерным оборудованием может сопровождаться воздействием на персонал главным образом отраженного и рассеянного излучения. Энергия излучения лазеров в биологических объектах (ткань, орган) может претерпевать различные превращения и вызывать органические изменения в облучаемых тканях (первичные эффекты) и неспецифические изменения функционального характера (вторичные эффекты), возникающие в организме в ответ на облучение.

Влияние излучения лазера на органы зрения (от небольших функциональных нарушений до полной потери зрения) зависит в основном от длины волны и локализации воздействия.

При применении лазеров большой мощности и расширении их практического использования возросла опасность случайного повреждения не только органа зрения, но и кожных покровов и даже внутренних органов с дальнейшими изменениями в центральной нервной и эндокринной системах.

Предупреждение поражений лазерным излучением включает систему мер инженерно-технического, планировочного, организационного, санитарно-гигиенического характера.

При использовании лазеров II - III классов опасности в целях исключения облучения персонала необходимо либо ограждение лазерной зоны, либо экранирование пучка излучения. Экраны и ограждения должны изготавливаться из материалов с наименьшим коэффициентом отражения, быть огнестойкими и не выделять токсических веществ при воздействии на них лазерного излучения.

Лазеры IV класса опасности размещаются в отдельных изолированных помещениях и обеспечиваются дистанционным управлением их работой.

При размещении в одном помещении нескольких лазеров следует исключить возможность взаимного облучения операторов, работающих на различных установках. Не допускается в помещения, в которых размещены лазеры, вход лиц, не имеющих отношения к их эксплуатации. Запрещается визуальная юстировка лазеров без средств зашиты.

Для защиты от шума принимаются соответствующие меры звукоизоляции установок, звукопоглощения и др.

К индивидуальным средствам зашиты, обеспечивающим безопасные условия труда при работе с лазерами, относятся специальные очки, щитки, маски, предназначенные для снижения облучения глаз до предельно допустимого уровня. Средства индивидуальной защиты применяются только в том случае, когда коллективные средства защиты не позволяют обеспечить требования санитарных правил.

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.