Использование лазерных приборов связано с определенной опасностью для человека. В данной работе будут рассмотрены особенности практического применения лазерных приборов и способы защиты, связанные с возможностью поражения глаз и кожных покровов человека.
Лазер и его классификация
лазер безопасность излучение защита Для начала познакомимся с лазером.
Лазер, или оптический квантовый генератор, — это генератор электромагнитного излучения оптического диапазона, основанный на использовании вынужденного (стимулированного) излучения.
Слово «лазер» — аббревиатура слов английского выражения «Light Amplification by Stimulated Emission ofRadiation» — усиление света вынужденным излучением. Он работает на принципе индуцированного излучения, получаемого при оптической накачке (например, воздействием импульсов света) термически неравновесной (активной) среды, в качестве которой служат диэлектрические кристаллы, стекло, газы, полупроводники и плазма.
Отдельные атомы таких материалов при попадании на них фотона обладают свойствами перехода с верхнего энергетического уровня на нижний уровень с испусканием двух фотонов, индуцированных с той же частотой, поляризацией и направлением распространения.
Примером может служить рубиновый оптический квантовый генератор, в котором рабочим телом является рубин. Мощность в импульсе составляет около 100 МВт при мощности на возбуждение около 20 кВт/см 3 , а температура, создаваемая лазерным пучком, может достигать 1015 К (примерно в 1011 раз больше температуры Солнца).
Существуют и другие виды лазеров с твердым телом, например из ниодимового стекла, флюоритита кальция с примесью атомов таких редкоземельных элементов, как диспрозий, самарий и пр. (длина волны излучения равна 1,06 мкм), или газовые лазеры, например гелий — ниодимовые лазеры (длина волны излучения равна 632,8 нм; 1,15 и 3,39 мкм) и др.
Лазеры, или оптические квантовые генераторы, находят всё более широкое применение в различных отраслях производства, науке, медицине, биологии, сельском хозяйстве, связи и др.
В зависимости от характера активной среды лазеры подразделяются на твердотелые (на кристаллах или стеклах), газовые, лазеры на красителях, химические, полупроводниковые и др.
По степени опасности лазерного излучения для обслуживающего персонала лазеры подразделяются на четыре класса:
- класс I (безопасные) — выходное излучение не опасно для глаз;
- класс II (малоопасные) — опасно для глаз прямое или зеркально отраженное излучение;
- класс 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;
- класс IV (высокоопасные) — опасно для кожи диффузно отраженное излучение на расстоянии 10 см от отражающей поверхности.
Классификация определяет специфику воздействия излучения на орган зрения и кожу. В качестве ведущих критериев при оценке степени опасности генерируемого лазерного излучения приняты величина мощности (энергии), длина волны, длительность импульса и экспозиции облучения.
Лазерное излучение
... и зеркально отраженного излучения. К лазерам III класса относят такие лазеры, выходное излучение которых представляет опасность при облучении глаз прямым, зеркально отраженным, а также диффузно отраженным излучением. Диффузно отраженное излучение для кожи не ...
По характеру генерации излучения лазеры подразделяются на импульсные и лазеры непрерывного действия. Энергетические параметры лазеров зависят от их вида. Воздействие лазерного излучения на организм человека носит сложный характер и обусловлено как непосредственным действием лазерного излучения на облучаемые ткани, так и вторичными явлениями, выражающимися в различных изменениях, возникающих в организме в результате облучения. Различают термическое и нетермическое действия лазерных излучений.
Лазерное излучение и его особенности
Лазерное излучение — электромагнитное излучение, генерируемое в диапазоне волн 0,2−1000 мкм. Этот диапазон делится на следующие области спектра в соответствии с биологическим действием лазерного луча: 0,2−0,4 мкм — ультрафиолетовая область, 0,4−0,75 — видимая, 0,75−1,4 мкм — ближняя инфракрасная, свыше 1,4 мкм — дальняя инфракрасная область. Наиболее часто используют в технике лазеры с длинами волн, мкм: 0,34, 0,49−0,51, 0,53, 0,694, 1,06 и 10,6.
Отличие лазерного излучения от других видов излучения заключается в монохроматичности, когерентности и высокой степени направленности. При оценке биологического действия следует различать прямое, отраженное и рассеянное лазерное излучение. Эффекты воздействия определяются механизмом взаимодействия лазерного 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. Лазерное излучение с длиной волны 380…1400 нм представляет наибольшую опасности для сетчатки глаза, а излучение с длиной волны 180…380 нм и свыше 1400 нм — для передних сред глаза. Особенностями лазерных излучений являются монохроматичность излучения (строго одной длины), когерентность излучения (все источники излучения испускают электромагнитные волны в одной фазе), острая направленность луча (малое расхождение).
Эти свойства позволяют с помощью лазера на сравнительно малой площади получать исключительно большие плотности энергии. Именно благодаря этому лазеры используются для обработки материалов — резание, сверление отверстий в металлах, сверхтвердых материалах, кристаллах, пайка, точечная сварка и др.
Диапазон длин волн, излучаемых лазерами, охватывает видимый спектр и распространяется в инфракрасную и ультрафиолетовую области. Для каждого режима работы лазера и спектрального диапазона рекомендуются соответствующие предельно допустимые уровни (ПДУ) для энергии (W) и мощности (P) излучения, прошедшего ограничивающую апертуру d = 7 мм. Для видимого диапазона или d = 1.1 мм, для остальных, энергетической экспозиции (H) и облученности (E), усредненных по ограничивающей апертуре: H = W / Sa, E = P / Sa, где Sa — ограничивающая апертура.
Хронические ПДУ в 5 — 10 раз ниже ПДУ однократного воздействия. При одновременном воздействии ЛИ разного диапазона их действие суммируется с умножением на соответствующий энерговклад.
Лазерное излучение характеризуется некоторыми особенностями:
1 — широкий спектральный (&=0.2.1 мкм) и динамический (120.200 дБ);
2 — малая длительность импульсов (до 0.1 нс.);
3 — высокая плотность мощности (до 1e+9 Вт/см 2 ) энергии;
4 — Измерение энергетических параметров и характеристик лазерного излучения
Виды действия лазерного излучения
Наиболее опасно лазерное излучение с длиной волны:
380?1400 нм — для сетчатки глаза,
180?380 нм и свыше 1400 нм — для передних сред глаза,
180?105 нм (т.е. во всем рассматриваемом диапазоне) — для кожи.
Основную опасность при эксплуатации лазера представляет прямое лазерное излучение.
Степень потенциальной опасности лазерного излучения зависит от мощности источника, длины волны, длительности импульса и чистоты его следования, окружающих условий, отражения и рассеяния излучения.
Биологические эффекты, возникающие при воздействии лазерного излучения на организм человека, делятся на две группы:
- Первичные эффекты — органические изменения, возникающие непосредственно в облучаемых тканях;
- Вторичные эффекты — неспецифические изменения, появляющиеся в организме в ответ на облучение.
Факторы лазерного излучения
В процессе изготовления, испытания и эксплуатации лазерных изделий на обслуживающий персонал могут воздействовать физические, химические и психофизиологические опасные и вредные факторы.
К физическим факторам относятся:
- Лазерное излучение (прямое, рассеянное, зеркальное или диффузно отраженное);
- Высокое напряжение в цепях управления и источниках электропитания лазера (лазерных установок);
- Повышенный уровень ультрафиолетовой радиации от импульсных ламп накачки или кварцевых газоразрядных трубок в рабочей зоне;
- Повышенная яркость света от импульсных ламп накачки и зоны взаимодействия лазерного излучения с материалом мишени;
·
- Повышенный шум и вибрация на рабочем месте, возникающие при работе лазера (лазерной установки);
- Повышенный уровень ионизирующего рентгеновского излучения от газоразрядных трубок и др. элементов, работающих при анодном напряжении более 5 кВ;
- Повышенный уровень электромагнитных излучений ВЧ — и СВЧ — диапазонов в рабочей зоне;
- Повышенный уровень инфракрасной радиации в рабочей зоне;
- Повышенная температура поверхностей оборудования;
- Взрывоопасность в системах накачки лазеров;
- Возможность взрывов и пожаров при попадании лазерного излучения на горючие материалы.
К химическим факторам относятся:
- Загрязнение воздуха рабочей зоны продуктами взаимодействия лазерного излучения с мишенью и радиолиза воздуха (озон, окислы азота и др);
- Токсические газы и пары от лазерных систем с прокачкой хладагентов и др.
Психофизиологические факторы — это:
- Монотония, гипокинезия, эмоциональная напряженность, психологический дискомфорт;
- Локальные нагрузки на мышцы и кисти предплечья; напряженность анализаторных функций (зрение, слух).
Таблица 1
|
Класс лазера |
Выходные излучения лазера |
|
|
I |
Не представляет опасности для глаз и кожи |
|
|
II |
Представляет опасность при облучении глаз прямым или зеркальным отражением излучения |
|
|
III |
Представляет опасность при облучении глаз прямым, зеркальным отражением излучения, а также диффузно отраженным излучением на расстоянии 10 см от диффузно отражающей поверхности и (или) при облучении кожи прямым или зеркальным отражением излучения |
|
|
IV |
Представляет опасность при облучении кожи диффузно отраженным излучением на расстоянии 10 см от диффузно отражающей поверхности |
|
Наличие опасных и вредных факторов в зависимости от класса лазера (классы лазеров приведены в табл. 1) приведено в табл. 2.
Таблица 2
|
Опасные и вредные производственные факторы |
классы лазера |
||||
|
I |
II |
III |
IV |
||
|
Лазерное излучение Прямое, зеркальное отраженное Диффузно отраженное |
;
|
; |
|||
|
Повышенная напряженность электрического поля |
— (+) |
||||
|
Повышенная запыленность и загазованность воздуха рабочей зона |
; |
; |
— (+) |
||
|
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 |
; |
; |
— (+) |
||
|
Химические опасные и вредные производственные факторы |
При работе с токсичными веществами |
||||
Воздействие лазерного излучения на организм
лазер безопасность излучение защита Действие лазеров на организм зависит от параметров излучения (мощности и энергии излучения на единицу облучаемой поверхности, длины волны, длительности импульса, частоты следования импульсов, времени облучения, площади облучаемой поверхности), локализации воздействия и анатомо-физиологических особенностей облучаемых объектов (5, https:// ).
Лазерное излучение представляет собой вид электромагнитного излучения, генерируемого в оптическом диапазоне длин волн 0,1…1000 мкм. Отличие его от других видов излучения заключается в монохромности, когерентности и высокой степени направленности. Благодаря малой расходимости луча лазера плотность потока мощности может достигать 10 16 …1017 Вт/м2 .
Эффекты воздействия (тепловой, фотохимический, ударно — акустический и др.) определяются механизмом взаимодействия лазерного излучения с тканями и зависят от энергетических и временных параметров излучения, а также от биологических и физики — химических особенностей облучаемых тканей и органов.
Лазерное излучение представляет особую опасность для тканей, максимально поглощающих излучение. Сравнительно легкая уязвимость роговицы и хрусталика глаза, а также способность оптической системы глаза многократно увеличивать плотность энергии (мощность) излучения видимого и ближнего инфракрасного диапазона (780<�л<1400 нм) на глазном дне по отношению к роговице делают глаз наиболее уязвимым органом.
При повреждении появляется боль в глазах, спазм век, слезотечение, отек век и глазного яблока, помутнение сетчатки, кровоизлияние. Клетки сетчатки после повреждения не восстанавливаются.
Ультрафиолетовое излучение вызывает фотокератит, средневолновое инфракрасное излучение (1400<�л<3000 нм) может вызвать отек, катаракту и ожог роговой оболочки глаза; дальнее ИК — излучение (3000<�л<10 6 нм) — ожог роговицы.
Повреждение кожи может быть вызвано лазерным излучением любой длинны волны в спектральном диапазоне 180…100 000 нм. Характер поражения кожи аналогичен термическим ожогам. Степень тяжести повреждения кожи, а в некоторых случаях и всего организма, зависит от энергии излучения, длительности воздействия, площади поражения, ее локализации, добавления вторичных источников воздействия (горение, тление).
Минимальное повреждение кожи развивается при плотности энергии 1000…10 000 Дж/м 2 .
Лазерное излучение дальней инфракрасной области (>1400 нм) способно проникать через ткани тела на значительную глубину, поражая внутренние органы (прямое лазерное излучение).
Длительное хроническое действие диффузно отраженного лазерного излучения нетепловой интенсивности может вызывать неспецифические, преимущественно вегетативно — сосудистые нарушения; функциональные сдвиги могут наблюдаться со стороны нервной, сердечно — сосудистой системы, желез внутренней секреции. Работающие жалуются на головные боли, повышенную утомляемость, раздражительность, потливость.
Биологические эффекты, возникающие при воздействии лазерного излучения на организм человека, делятся на две группы:
- Первичные эффекты — органические изменения, возникающие непосредственно в облучаемых тканях;
- 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.
Лазерное излучение может вызвать также повреждение кожи и внутренних органов человека. Повреждение кожи лазерным излучением схоже с термическим ожогом. 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.
Обеспечение лазерной безопасности
Под лазерной безопасностью понимается совокупность технических, санитарно — гигиенических и организационных мероприятий, обеспечивающих безопасные условия труда персонала при использовании лазеров. Принятие тех или иных мер лазерной безопасности зависит, прежде всего, от класса лазера. Все лазеры должны быть маркированы знаком лазерной опасности. Размещение лазеров разрешается только в специально оборудованных помещениях. Размещать оборудование нужно достаточно свободно.
В тех случаях, когда лазерная безопасность коллективными средствами защиты не обеспечивается, должны применяться индивидуальные средства защиты-очки и маски.
Методы и средства защиты от воздействия лазерного излучения можно подразделить на организационные, инженерно-технические и средства индивидуальной защиты. Надежной защитой от случайного попадания на человека является экранирование луча световодом на всем пути его действия. В качестве средств индивидуальной защиты применяются специальные защитные очки, стекла в которых подбираются в соответствии с ГОСТ; технологические халаты и перчатки, изготавливаемые из хлопчатобумажной ткани светло-зеленого или голубого цвета.
Предельно допустимые уровни лазерного излучения регламентированы Санитарными нормами и правилами устройства и эксплуатации лазеров № 5804−91, которые позволяют разрабатывать мероприятия по обеспечению безопасных условий труда при работе с лазерами. Санитарные нормы и правила позволяют определять величины ПДУ для каждого режима работы, участка оптического диапазона по специальным формулам и таблицам. Нормируется и энергетическая экспозиция облучаемых тканей.
Предельно допустимые уровни лазерного излучения (энергетической экспозиции) относятся к длинам волн от 0,2 до 20 мкм. Кроме того, в Санитарных нормах для длин волн от 0,4 до 1,4 мкм установлены предельно допустимые уровни энергетической экспозиции сетчатки глаза. Для видимой части спектра (0,4−0,75 мкм), кроме рассмотренных характеристик, дополнительно нормируется энергия излучения (Q, Дж) на сетчатке глаза. Предупреждение поражений лазерным излучением включает систему мер инженерно-технического, планировочного, организационного, санитарно-гигиенического характера.
При использовании лазеров II-III классов для исключения облучения персонала необходимо либо ограждение лазерной зоны, либо экранирование пучка излучения.
Лазеры IV класса опасности размещают в отдельных изолированных помещениях и обеспечивают дистанционным управлением.
К индивидуальным средствам защиты, обеспечивающим безопасные условия труда при работе с лазерами, относятся специальные очки, щитки, маски, снижающие облучения глаз до ПДУ.
Работающим с лазерами необходимы предварительные и периодические (1 раз в год) медицинские осмотры терапевта, невропатолога, окулиста.
Методы защиты от лазерного излучения
К организационным защитным мероприятиям относятся:
- Организация рабочих мест с определением всех необходимых защитных мероприятий и учетом специфики конкретных обстоятельств использования лазерных установок;
- Обучение персонала и контроль знаний правил техники безопасности;
- Организация медицинского контроля и т. д.
Технические мероприятия и средства защиты подразделяются на коллективные и индивидуальные. Коллективные включают в себя:
- Средства нормализации внешней среды;
- Автоматические системы управления технологическим процессом;
- Использование предохранительных устройств, приборов, различных ограждений лазерно-опасной зоны;
- Использование телеметрических и телевизионных систем наблюдения;
- Применение заземления, зануления, блокировки и т. д.
К индивидуальным средствам защиты, обеспечивающим безопасные условия труда при работе с лазерами, относятся специальные очки, щитки, маски, снижающие облучения глаз до ПДУ.
К основным коллективным средствам защиты от лазерного излучения относятся применение защитных экранов и кожухов; использование телевизионных систем наблюдения за ходом технологического процесса с использованием лазера, а также систем блокировки и сигнализации; ограждение лазерно-опасной зоны, размеры которой определяют или расчетным, или экспериментальным путем. Следует защищаться не только от прямого излучения лазера, но и от рассеянного и отраженного излучений. Напряженность постоянного магнитного поля может быть измерена отечественными приборами Ш1−8 или Ф-4355. Магнитное поле промышленной частоты при напряженности до 15 кА/м измеряют отечественным прибором Г-79, а в диапазоне частот 0,01−30 МГц — приборами ПЗ-15, П3−16и ПЗ-17. Три последних прибора могут быть рекомендованы и для измерения напряженности электрического поля в диапазоне частот 0,01−300 МГц. Для измерения плотности потока энергии электромагнитного поля применяют отечественные приборы ПЗ-9, ПЗ-18, ПЗ-19 и ПЗ-20, которые перекрывают частотный диапазон 0,3−400 ГГц. Для измерения характеристик лазерного излучения применяются дозиметры типа ИЛД-2М и ЛДМ-2. Первый обеспечивает измерение параметров лазерного излучения в спектральных диапазонах 0,49−1,15 и 2−11 мкм, он дает прямые показания измеряемых параметров при работе на длинах волн 0,53; 0,63; 0,69; 1,06 и 10,6 мкм. На остальных длинах волн (0,49 — 1,15 мкм) дозиметр обеспечивает косвенные измерения. Прибор ЛДМ-2 предназначен для определения параметров лазерного излучения в спектральных диапазонах 0,49−1,15 и 2−11 мкм. Прямые измерения этот дозиметр осуществляет на длинах волн 0,53; 0,63; 0,69; 0,91; 1,06 и 10,6 мкм.
Для индивидуальной защиты от электромагнитного излучения применяют специальные комбинезоны и халаты, изготовленные из металлизированной ткани (экранируют электромагнитные поля), а для защиты от действия лазера обслуживающий персонал должен работать в технологических халатах, изготовленных из хлопчатобумажной или бязевой ткани светло-зеленого или голубого цвета.
Для защиты глаз от воздействия электромагнитного излучения применяют очки марки 3П5−90, стекла которых покрыты диоксидом олова (SnO2), обладающим полупроводниковыми свойствами; марки стекол, применяемых для защиты глаз от воздействия лазерного излучения.
Список использованной литературы, Д. А. Кривошеин
[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/referat/lazernoe-izluchenie/
2) Безопасность жизнедеятельности: Учебник/Э.А. Арустамов, Москва 2006
3) Безопасность жизнедеятельности: Учебник/С.В. Белов, Высшая школа 2001
4) www. kornienko-ev.ru
5) www.cultinfo.ru
6) www.rae.ru
