Способы и средства защиты от лазерного излучения. Методы защиты от лазерного излучения Основные способы защиты на производстве

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).

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.

Длина волны, нм	Марка стекла
	УФС1, УФС5, ПС11, БСЗ, БС12
	УФС2, УФС5, УФС6, БС4
	ФС1, ФС6, СЗС7, СЗС8, СЗС9
	СС16, ОС5, ПС11
	СС1, СС2, СС4, СС5, ЖЗС9, ЖЗС12
	УФС8, ФС1, СС1, СЗС5, ОС5, ИКС1, ПС11
	ФС6, СЗС15, ИКСЗ, ИКС5, ИКСУ
	ИКСЗ, ИКС5, ИКС7
	СЗС5, СЗС16, НС14, ТСЗ
	ИКС1, ИКСЗ, ИКС6, ИКС7
Примечание: УФС – ультрафиолетовое стекло; ФС – фиолетовое стекло; ИКС – инфракрасное стекло; ОС – оранжевое стекло; СЗС – сине-зеленое стекло; БС – бесцветное (ультрафиолетовое) стекло; ПС – пурпурное стекло; ЖЗС – желто-зеленое стекло; СС – синее стекло; НС – нейтральное стекло; ТС – темное стекло

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?

Лазеры становятся все более важными инструментами исследования в области медицины, физики, химии, геологии, биологии и техники. При неправильном использовании они могут ослеплять и наносить травмы (в т. ч. ожоги и электротравмы) операторам и другому персоналу, включая случайных посетителей лаборатории, а также нанести значительный ущерб имуществу. Пользователи этих устройств должны в полной мере понимать и применять необходимые меры безопасности при обращении с ними.

Что такое лазер?

Слово «лазер» (англ. LASER, Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) является аббревиатурой, которая расшифровывается как «усиление света индуцированным излучением». Частота излучения, генерируемого лазером, находится в пределах или вблизи видимой части электромагнитного спектра. Энергия усиливается до состояния чрезвычайно высокой интенсивности с помощью процесса, который носит название «излучение лазерное индуцированное».

Термин «радиация» часто понимается неправильно, потому что его также используют при описании В данном контексте оно означает передачу энергии. Энергия переносится из одного места в другое посредством проводимости, конвекции и излучения.

Существует множество различных типов лазеров, работающих в разных средах. В качестве рабочей среды используются газы (например, аргон или смесь гелия с неоном), твердые кристаллы (например, рубин) или жидкие красители. Когда энергия подается в рабочую среду, она переходит в возбуждённое состояние и высвобождает энергию в виде частиц света (фотонов).

Пара зеркал на обоих концах герметизированной трубки либо отражает, либо передает свет в виде концентрированного потока, называемого лазерным лучом. Каждая рабочая среда производит луч уникальной длины волны и цвета.

Цвет света лазера, как правило, выражается длиной волны. Он является неионизирующим и включает ультрафиолетовую (100-400 нм), видимую (400-700 нм) и инфракрасную (700 нм - 1 мм) часть спектра.

Электромагнитный спектр

Каждая электромагнитная волна обладает уникальной частотой и длиной, связанной с этим параметром. Подобно тому, как красный свет имеет свою собственную частоту и длину волны, так и все остальные цвета - оранжевый, желтый, зеленый и синий - обладают уникальными частотами и длинами волн. Люди способны воспринимать эти электромагнитные волны, но не в состоянии видеть остальную часть спектра.

Наибольшую частоту имеют и ультрафиолет. Инфракрасное, микроволновая радиация и радиоволны занимают нижние частоты спектра. Видимый свет находится в очень узком диапазоне между ними.

воздействие на человека

Лазер производит интенсивный направленный пучок света. Если его направить, отразить или сфокусировать на объект, луч частично поглотится, повышая температуру поверхности и внутренней части объекта, что может вызвать изменение или деформацию материала. Эти качества, которые нашли применение в лазерной хирургии и обработке материалов, могут быть опасны для тканей человека.

Кроме радиации, оказывающей тепловое воздействие на ткани, опасно лазерное излучение, производящее фотохимический эффект. Его условием является достаточно короткая т. е. ультрафиолетовая или синяя части спектра. Современные устройства производят лазерное излучение, воздействие на человека которого сведено к минимуму. Энергии маломощных лазеров недостаточно для нанесения вреда, и опасности они не представляют.

Ткани человека чувствительны к воздействию энергии, и при определенных обстоятельствах электромагнитное излучение, лазерное в том числе, может привести к повреждению глаз и кожи. Были проведены исследования пороговых уровней травмирующей радиации.

Опасность для глаз

Человеческий глаз более подвержен травмам, чем кожа. Роговица (прозрачная внешняя передняя поверхность глаза), в отличие от дермы, не имеет внешнего слоя омертвевших клеток, защищающих от воздействия окружающей среды. Лазерное и поглощается роговицей глаза, что может нанести ей вред. Травма сопровождается отёком эпителия и эрозией, а при тяжёлых повреждениях - помутнением передней камеры.

Хрусталик глаза также может быть подвержен травмам, когда на него воздействует различное лазерное излучение - инфракрасное и ультрафиолетовое.

Наибольшую опасность, однако, представляет воздействие лазера на сетчатку глаза в видимой части оптического спектра - от 400 нм (фиолетовый) до 1400 нм (ближний инфракрасный). В пределах этой области спектра коллимированные лучи фокусируются на очень маленьких участках сетчатки. Наиболее неблагоприятный вариант воздействия происходит, когда глаз смотрит вдаль и в него попадает прямой или отражённый луч. В этом случае его концентрация на сетчатке достигает 100 000 крат.

Таким образом, видимый пучок мощностью 10 мВт/см 2 воздействует на сетчатку глаза с мощностью 1000 Вт/см 2 . Этого более чем достаточно, чтобы вызвать повреждение. Если глаз не смотрит вдаль, или если луч отражается от диффузной, не зеркальной поверхности, к травмам ведёт значительно более мощное излучение. Лазерное воздействие на кожу лишено эффекта фокусировки, поэтому она гораздо меньше подвержена травмам при этих длинах волн.

Рентгеновские лучи

Некоторые высоковольтные системы с напряжением более 15 кВ могут генерировать рентгеновские лучи значительной мощности: лазерное излучение, источники которого - мощные с электронной накачкой, а также плазменные системы и источники ионов. Эти устройства должны быть проверены на в том числе для обеспечения надлежащего экранирования.

Классификация

В зависимости от мощности или энергии пучка и длины волны излучения, лазеры делятся на несколько классов. Классификация основана на потенциальной способности устройства вызывать немедленную травму глаз, кожи, воспламенение при прямом воздействии луча или при отражении от диффузных отражающих поверхностей. Все коммерческие лазеры подлежат идентификации с помощью нанесённых на них меток. Если устройство было изготовлено дома или иным образом не помечено, следует получить консультацию по соответствующей его классификации и маркировке. Лазеры различают по мощности, длине волны и длительности экспозиции.

Безопасные устройства

Устройства первого класса генерируют низкоинтенсивное лазерное излучение. Оно не может достичь опасного уровня, поэтому источники освобождаются от большинства мер контроля или других форм наблюдения. Пример: лазерные принтеры и проигрыватели компакт-дисков.

Условно безопасные устройства

Лазеры второго класса излучают в видимой части спектра. Это лазерное излучение, источники которого вызывают у человека нормальную реакцию неприятия слишком яркого света (мигательный рефлекс). При воздействии луча человеческий глаз моргает через 0,25 с, что обеспечивает достаточную защиту. Однако излучение лазерное в видимом диапазоне способно повредить глаз при постоянном воздействии. Примеры: лазерные указатели, геодезические лазеры.

Лазеры 2а-класса являются устройствами специального назначения с выходной мощностью менее 1 мВт. Эти приборы вызывают повреждение только при непосредственном воздействии в течение более 1000 с за 8-часовой рабочий день. Пример: устройства считывания штрих-кода.

Опасные лазеры

К классу 3а относят устройства, которые не травмируют при кратковременном воздействии на незащищённый глаз. Могут представлять опасность при использовании фокусирующей оптики, например, телескопов, микроскопов или биноклей. Примеры: гелий-неоновый лазер мощностью 1-5 мВт, некоторые лазерные указатели и строительные уровни.

Луч лазера класса 3b может привести к травме при непосредственном воздействии или при его зеркальном отражении. Пример: гелий-неоновый лазер мощностью 5-500 мВт, многие исследовательские и терапевтические лазеры.

Класс 4 включает устройства с уровнями мощности более 500 мВт. Они опасны для глаз, кожи, а также пожароопасны. Воздействие пучка, его зеркального или диффузного отражений может стать причиной глазных и кожных травм. Должны быть предприняты все меры безопасности. Пример: Nd:YAG-лазеры, дисплеи, хирургия, металлорезание.

Лазерное излучение: защита

Каждая лаборатория должна обеспечить соответствующую защиту лиц, работающих с лазерами. Окна помещений, через которые может проходить излучение устройств 2, 3 или 4 класса с нанесением вреда на неконтролируемых участках, должны быть покрыты или иным образом защищены во время работы такого прибора. Для обеспечения максимальной защиты глаз рекомендуется следующее.

• Пучок необходимо заключить в неотражающую негорючую защитную оболочку, чтобы свести к минимуму риск случайного воздействия или пожара. Для выравнивания луча использовать люминесцентные экраны или вторичные визиры; избегать прямого воздействия на глаза.
• Для процедуры выравнивания луча использовать наименьшую мощность. По возможности для предварительных процедур выравнивания использовать устройства низкого класса. Избегать присутствия лишних отражающих объектов в зоне работы лазера.
• Ограничить прохождение луча в опасной зоне в нерабочее время, используя заслонки и другие преграды. Не использовать стены комнаты для выравнивания луча лазеров класса 3b и 4.
• Использовать неотражающие инструменты. Некоторый инвентарь, не отражающий видимый свет, становится зеркальным в невидимой области спектра.
• Не носить отражающие ювелирные изделия. Металлические украшения также повышают опасность поражения электрическим током.

Защитные очки

При работе с лазерами 4 класса с открытой опасной зоной или при риске отражения следует пользоваться защитными очками. Тип их зависит от вида излучения. Очки необходимо выбирать для защиты от отражений, особенно диффузных, а также для обеспечения защиты до уровня, когда естественный защитный рефлекс может предотвратить травмы глаз. Такие оптические приборы сохранят некоторую видимость луча, предотвратят ожоги кожи, снизят возможность других несчастных случаев.

Факторы, которые следует учитывать при выборе защитных очков:

• длина волны или область спектра излучения;
• оптическая плотность при определенной длине волны;
• максимальная освещённость (Вт/см 2) или мощность пучка (Вт);
• тип лазерной системы;
• режим мощности - импульсное лазерное излучение или непрерывный режим;
• возможности отражения - зеркального и диффузного;
• поле зрения;
• наличие корректирующих линз или достаточного размера, позволяющего ношение очков для коррекции зрения;
• комфорт;
• наличие вентиляционных отверстий, предотвращающих запотевание;
• влияние на цветовое зрение;
• ударопрочность;
• возможность выполнения необходимых задач.

Так как защитные очки подвержены повреждениям и износу, программа безопасности лаборатории должна включать периодические проверки этих защитных элементов.

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.

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.