Защита от лазерного излучения в лтк. Защита от лазерных излучений. Что такое лазер

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.

Лазеры в настоящее время широко используются в народном хозяйстве и, в частности, в машиностроении.

Излучение существующих лазеров охватывает практически весь оптический диапазон и простирается от ультрафиолетовой до дальней инфракрасной облаети спектра электромагнитных волн.

По характеру режима работы лазеры подразделяются на лазеры непрерывного действия, импульсные и импульсные с модуляцией добротности. Модуляция добротности дает возможность генерировать импульсы очень большой мощности и длительностью всего в несколько наносекунд или пикосекунд. Существуют лазеры, излучающие последовательные импульсы с частотой до десятков и даже сотен герц.

В качестве источников энергии в твердотельных лазерах служат газоразрядные импульсные лампы или лампы непрерывного горения, а в газовых, как правило, генераторы СВЧ. Электрическая энергия к лампам накачки подводится от высоковольтных батарей конденсаторов. Высокая монохромотичность (одноцветность), когерентность и узкая направленность лазерного излучения позволяет получить плотность потока мощности на поверхности, облучаемой лазером, достигающую 1011 - 1014 Вт/см2 в то время как для испарения самых твердых материалов достаточно плотности 109 Вт/см2. Поток энергии, попадая на биологические ткани, вызывает в них изменения, наносящие вред здоровью человека. Особенно опасно это излучение для органов зрения. Луч лазера, работающего в видимом или ближнем инфракрасном диапазоне длин волн, преломляясь в элементах оптической системы глаза - роговице, хрусталике и стекловидном теле, почти без потерь доходит до сетчатки. Сфокусированный на сетчатке хрусталиком лазерный луч будет иметь вид малого пятна с еще более плотной концентрацией энергии, чем падающее на глаз излучение. Поэтому попадание такого лазерного излучения в глаз опасно и может вызвать повреждение сетчатки и сосудистой оболочки с нарушением зрения.

На характер и степень производимого вредного действия оказывают влияние многие факторы: направленность лазерного луча, длительность импульса излучения, пространственное распределение энергии в луче, различия в структуре различных участков сетчатки и ее пигментации, а также особенности фокусировки каждого отдельного глаза. Особенно опасно, если лазерный луч пройдет вдоль зрительной оси глаза.

Лазерное излучение может также вызывать повреждение кожи и внутренних органов. Повреждение кожи лазерным излучением схоже с термическим ожогом. На степень повреждения влияют как выходные характеристики лазера, так и цвет и степень пигментации кожи.

В ряде случаев имеет место воздействие как прямого, так и зеркально отраженного лазерного излучения на отдельные органы человека, а также диффузно отраженного излучения на организм человека в целом. Результатом такого воздействия в ряде случаев оказываются различные функциональные изменения центральной нервной системы, эндокринных желез, увеличение физического утомления и др.

В утвержденных Министерством здравоохранения РФ Временных санитарных нормах при работе с оптическими квантовыми генераторами установлены максимально допустимые уровни интенсивности облучения роговой оболочки глаза, обеспечивающие безопасность наиболее чувствительной к поражению части глаза - сетчатой оболочки. В частности, для рубиновых лазеров, работающих в импульсном режиме свободной генерации, предельно допустимая ч плотность потока энергии составляет 2 10-8 Дж/см2, для ниодимовых - 2 10-7 Дж/см2; для работающего в непрерывном режиме гелий-неонового лазера предельная плотность потока энергии составляет 1 10-6 Вт/см2.

Для других типов оптических квантовых генераторов и режимов их работы необходимо полностью исключить воздействие излучения на персонал при помощи защитных средств.

Для количественной оценки прямого и отраженного излучения и определения зон безопасности вокруг лазерных установок можно использовать обычные формулы лучевой оптики. Необходимо при этом иметь в виду, что защита расстоянием мало эффективна ввиду слабого расхождения лазерного луча.

Определить зоны безопасности можно также с помощью замеров плотности энергии в определенных точках.

Методы защиты от лазерного излучения подразделяются на организационные, инженерно-технические, планировочные и средства индивидуальной защиты.

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

К работе с лазерами допускаются только специально обученные лица, прошедшие предварительный медицинский отбор, проверку знания инструкции по проведению работ, предотвращению и ликвидации аварий. Доступ в помещение лазерных установок разрешен только лицам, непосредственно на них работающим. Подсобный персонал должен быть размещен вне этих помещений. Опасная зона должна быть четко обозначена и ограждена стойкими непрозрачными экранами. Обязателен постоянный контроль работ и наблюдение за медицинским состоянием персонала.

Инженерно-технические методы защиты предусматривают создание безопасных лазерных установок путем уменьшения мощности применяемого лазера и надежной экранировкой лазерной установки. Правильная планировка лаборатории позволяет использовать расстояние и направленность излучения.

Для лазерных установок отводятся специально оборудованные помещения. Установку размещают так, чтобы луч лазера был направлен на капитальную неотражающую огнестойкую стену. Все поверхности в помещении окрашиваются в цвета с малым коэффициентом отражения. Не должно быть поверхностей (в том числе и деталей

оборудования), обладающих блескостью, способных отражать падающие на них лучи. Освещение (общее и местное) в этих помещениях должно быть обильным, чтобы зрачок глаза всегда имел минимальные размеры. Никакие работы не должны производиться при недостаточном освещении.

Важно автоматизировать и сделать дистанционным управление и наблюдение за работой установок. Полезно применить автоматическую сигнализацию и блокировку. Генератор и лампу накачки помещают в светонепроницаемую камеру. Лампа накачки снабжается блокировкой, запрещающей вспышку при открытом экране.

В качестве средств индивидуальной защиты применяют защитные очки со светофильтрами типов: СЗС-22 (ГОСТ 9411-66) - для защиты от излучений с длинами волн 0,69-1,06 мкм, ОС-14 - с длинами волн 0,49-0,53 мкм. Иногда защитные очки монтируют в маску, защищающую лицо. Для защиты кожи рук и тела применяют перчатки и халат.

Для контроля и определения плотности энергии и мощности существуют приборы, использующие калориметрический и фотометрический методы. Калориметрический метод основан на поглощении энергии излучения и превращении ее в тепловую, а фотометрический - на преобразовании энергии излучения и преобразовании энергии потока излучения в электрическую энергию.

При эксплуатации лазеров возникает не только опасность поражения излучением, по и ряд других опасностей - высокое напряжение зарядных устройств, загрязнение воздушной среды химическими веществами, ультрафиолетовое излучение импульсных ламп, интенсивный шум, электромагнитные поля, взрывы, пожары. Все эти факторы необходимо также учитывать при эксплуатации и проектировании лазерных установок.

Полезная информация:

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.

Защиту осуществляют техническими, организационными, лечебно-профилактическими методами и средствами. Используются следующие принципы защиты: 1. защита расстоянием; 2. защита временем; 3. ослабление излучение (светофильтры).Средства защиты должны снижать уровни лазерного излучения, действующего на человека, до величин ниже ПДУ. Они не должны уменьшать эффективность технологического процесса и работоспособность человека. Их защитные характеристики должны оставаться неизменными в течение установленного срока эксплуатации. Выбор средства защиты в каждом конкретном случае осуществляется с учетом требований безопасности для данного процесса. Средства коллективной защиты (СКЗ) должны соответствовать требованиям ГОСТ 12.4.011-89. Средства индивидуальной защиты (СИЗ) применяются при проведении пуско-наладочных и ремонтных работ, работ с открытыми лазерными изделиями типа лидара и т. п. Средства индивидуальной защиты от лазерного излучения включают в себя средства защиты глаз и лица (защитные очки, щитки, насадки), средства защиты рук, специальную одежду. При выборе средства индивидуальной защиты необходимо учитывать: рабочую длину волны излучения; оптическую плотность светофильтра. Защитные лицевые щитки необходимо применять в тех случаях, когда лазерное излучение представляет опасность не только для глаз, но и для кожи лица. Конкретная толщина светофильтра должна обеспечивать необходимую оптическую плотность. Надежным средством защиты глаз от лазерного излучения в области спектра Х= 0,63...1,5 мкм являются защитные очки, изготовленные из сине-зеленого стекла.Защитные щитки необходимо использовать когда излучение представляет опасностьне только для глаз, но и для кожи. Иногда для защиты глаз используются защитные насадки. К персоналу, связанному с эксплуатацией лазерной техники, предъявляются повышенные требования, как в части профессионального отбора, так и в части обучения и проверки знаний по охране труда. Персонал, допускаемый к работе с лазерными изделиями, должен пройти предварительный медицинский осмотр, инструктаж и специальное обучение безопасным приемам и методам работы. Персонал, обслуживающий лазерные изделия, обязан изучить техническую документацию, инструкцию по эксплуатации, ознакомиться со средствами защиты и инструкцией по оказанию первой помощи при несчастных случаях. Особое внимание необходимо уделять защите глаз, так как воздействие лазерного излучения может приводить к необратимым последствиям - слепоте. Поэтому в случае подозрения или очевидного облучения глаз (кожи) лазерным излучением следует немедленно обратиться к врачу для специальногообследования. Методы защиты от лазерного излучения: Технические методы1. Выбор, планировка и внутренняя отделкапроизводственных помещений 2. Размещение лазерных технологических установок З. Порядок обслуживания установок 4. Использование минимального уровня излучения, обеспечивающего достижение поставленной цели 5. Организация рабочего места 6. Применение средств защиты. Организационные методы: 1. Ограничение времени воздействия излучения 2. Назначение лиц, ответственных за организацию и проведение работ З. Осуществление допуска к проведению работ 4. Организация надзора за проведением работ 5. Организация противо-аварийных работ и установление порядка ведения работ в аварийных условиях 6. Инструкции, плакаты 7. Обучение и инструктаж 8. Ограничение допуска Лечебно-профилактические методы:1. Контроль за уровнями опасных и вредных производственных факторов на рабочих местах 2. Контроль за прохождением персоналом предварительных и периодических медицинских осмотров3. Повышение сопротивляемости организма путем создания у работающих активного или пассивного иммунитета Средства защиты от лазерного излученя: 1. Оградительные устройства (кожухи, экраны и т. д.) 2. Дистанционное управление З. Устройство сигнализации (ясно воспринимаемый световой или звуковой сигнал) 4. Маркировка знаком лазерной опасности 5. Кодовый замок б. Защитные очки, снижающие уровень диффузного излучения на роговице глаза до ПДУ 7. Защитные запоры оградительного устройства или его частей 8. Защитная одежда 9. Юстировочные очки (снижающие уровень коллимированного излучения на роговице глаза до ПДУ) Методы и средства измерения лазерного излучения дозиметрический контроль лазерного излучения на рабочих местах должен оценивать те характеристики излучения, которые определяют его способность вызывать неблагоприятные биологические эффекты. Различают 2 формы: 1. предупредительный (оперативный); 2. индивидуальный. Предупредительный заключается в определении максимальных уровней энергетических параметров лазерного излучения на границе рабочей зоны. Индивидуальный заключается в измерении уровней энергетических параметров излучения, воздействующего на работника, его глаза и кожу в течение рабочего дня. Предупредительный проводиться в соответствии с регламентом, утвержденным администрацией предприятия не реже 1 раза в год, а также в след. случаях: при введении в эксплуатацию новых лазерных изделий; при изменении конструкции средств защиты; при изменении конструкции лазера, при. АРМ. Индивидуальный проводят при работе на открытых лазерных установках, а также когда возможно попадание лазера на глаза или кожу. Для измерения используются спец.приборы - лазерные дозиметры. Бывают индикаторного типа, которые дают звуковой или световой сигнал, при превышения в заданной точке ПДУ. Измерительные, которые предназначены для измерения нормируемых параметров. Анализирующие, которые не только измеряют интенсивность, но и проводят анализ распределения. Наиболее часто используются измерительные, предел погрешности 30%.

Лазеры и излучение от них используется человечеством уже довольно давно. Помимо медицинской среды эксплуатации подобные устройства получили широкое применение в технических отраслях промышленности. Взяли их на вооружение специалисты из области декорирования и создания спецэффектов. Теперь ни одно масштабное шоу не обходится без сцены с лазерными лучами.

Чуть позже такое излучение перестало принимать только промышленные формы и стало встречаться в быту. Но не все знают, как отражается влияние лазерного излучения на организм человека при регулярном и периодическом облучении.

Что такое лазерное излучение?

Лазерное излучение рождается по принципу создания света. В обоих случаях используются атомы. Но в ситуации с лазерами присутствуют другие физические процессы, и прослеживается воздействие электромагнитного поля внешнего типа. Из-за этого ученые называют излучение от лазеров вынужденным или стимулированным.

В терминологии физики лазерным излучением называют электромагнитные волны, которые распространяются почти параллельно по отношению друг к другу. Из-за этого лазерный луч отличается острой направленностью. Кроме этого такой луч обладает небольшим углом рассеивания совместно с огромной интенсивностью влияния на поверхность, которую облучают.

Главным отличием лазера от стандартной лампы накаливания считается спектральный диапазон. Лампа числится рукотворным источником света, который излучает электромагнитные волны. Спектр освещения у классической лампы составляет почти 360 градусов.

Воздействие лазерного облучения на все живое

Вопреки стереотипам, влияние лазерного излучения на организм человека не всегда подразумевает что-то негативное. Из-за повсеместного использования квантовых генераторов в разных жизненных сферах ученые решили задействовать возможности узконаправленного луча в медицине.

В ходе многочисленных исследований стало понятно, что лазерное облучение имеет несколько характерных свойств:

• Повреждения от лазера могут производиться не только в процессе прямого воздействия на организм из аппарата. Нанести ущерб может даже рассеянное облучение или отраженные лучи.
• Между степенью поражения и основными параметрами электромагнитной волны прослеживается прямая связь. Также на тяжесть поражения влияет расположение облученной ткани.
• Негативный эффект при поглощении тканями энергии может выражаться в тепловом или световом воздействии.

Но вот последовательность при поражении лазером всегда предусматривает идентичный биологический принцип:

• повышение температуры, которое сопровождается ожогом;
• закипание межтканевой и клеточной жидкостей;
• образование пара, создающего весомое давление;
• взрыв и ударная волна, разрушающие все ткани поблизости.

Зачастую неправильно использованный лазерный излучатель несет, в первую очередь, угрозу для кожных покровов. Если влияние было особенно сильным, то кожа будет выглядеть отечной, со следами многочисленных кровоизлияний. Также на теле будут встречаться большие участки омертвевших клеток.

Задевает такое облучение и внутренние ткани. Но при масштабных внутренних поражениях рассеянное воздействие лучами не столько сильно, как прямое или отраженное зеркально. Подобные повреждения будут гарантировать патологические изменения в функционировании различных систем организма.

Кожный покров, который страдает больше всего, является защитой внутренних органов каждого человека. Из-за этого он берет большую часть негативного воздействия на себя. В зависимости от разных степеней поражения на коже будут проявляться покраснения или прослеживаться некроз.

Исследователи пришли к выводу, что люди с темной кожей менее восприимчивы к глубинным поражениям из-за лазерного облучения.

Схематически все ожоги можно разделить на четыре степени вне зависимости от пигментации:

• I степень. Подразумевает стандартные ожоги эпидермиса.
• II степень. Включает ожоги дермы, что выражается в образовании характерных пузырей поверхностного слоя кожи.
• III степень. Основывается на глубинных ожогах дермы.
• IV степень. Самая опасная степень, которая отличается деструкцией всей толщины кожи. Поражение охватывает подкожную клетчатку, а также соседствующие к ней слои.

Лазерные поражения глаз

На втором месте в негласном рейтинге возможного отрицательного влияния лазера на организм человека находятся поражения органов зрения. Короткие лазерные импульсы способны за небольшой промежуток времени вывести из строя:

• сетчатку,
• роговицу,
• радужную оболочку,
• хрусталик.

Причин для подобного воздействия существует несколько. Основными из них выступают:

• Невозможность вовремя среагировать. Из-за того что длительность импульса составляет не более 0,1 секунды, человек не успевает моргнуть. Из-за этого глаз остается незащищенным.
• Легкая уязвимость. По своим особенностям хрусталик и роговица считаются сами по себе уязвимыми органами.
• Оптическая глазная система. Из-за фокусировки лазерного излучения на глазном дне, точка облучения при попадании на сосуд сетчатки способна закупорить его. Так как там нет болевых рецепторов, то повреждение обнаружить мгновенно не получится. Только после того как выжженная территория становится больше, человек замечает отсутствие части изображения.

Чтобы быстрее сориентироваться при потенциальном поражении, эксперты советуют прислушиваться к таким симптомам:

• спазмы век,
• отек век,
• болевые ощущения,
• кровоизлияние в сетчатке,
• помутнение.

Опасности добавляет тот факт, то поврежденные лазером клетки сетчатки теряют возможность восстановиться. Так как интенсивность облучения, влияющего на органы зрения ниже, чем идентичный порог для кожи, врачи призывают к осторожности.

Следует остерегаться инфракрасных лазеров разного типа, а также приборов, которые генерируют излучение с мощностью свыше 5 мвт. Распространяется правило на технику, выдающую лучи видимого спектра.

Взаимосвязь между лазерной волной и ее сферой применения

Каждая из областей применения лазерного излучения ориентируется на строго определенный показатель длины волны.

Данный показатель напрямую зависит от природы. Вернее, от электронного строения рабочего тела. Это означает, что ответственной за длину волны выступает среда, где происходит генерация ее излучения.

В мире имеются разные виды твердотельных и газовых лазеров. Задействованные лучи должны принадлежать к одному из трех наиболее распространенных типов:

• видимый,
• ультрафиолетовый,
• инфракрасный.

При этом рабочий диапазон облучения может колебаться от 180 нм до 30 мнм.

Особенности влияния лазера на человеческий организм базируются на длине волны. Так, например, человек быстрее реагирует на зеленый лазер, чем на красный. Последний не отличается безопасностью для всего живого. Причина кроется в том, что наше зрение почти в 30 раз луче воспринимает зеленый, нежели красный цвет.

Как защититься от лазера?

В большинстве случаев защита от лазерного излучения нужна тем людям, чья работа тесно связана с его постоянным использованием. Если предприятие имеет на своем балансе любой тип квантового генератора, то его руководители обязательно производят инструктаж своих сотрудников.

Эксперты разработали отдельную сводку правил поведения и безопасности, которые позволят защитить сотрудника от возможных последствий излучения. Главным правилом выступает наличие средств индивидуальной защиты. Причем подобные средства могут разительно отличаться в зависимости от прогнозируемой степени опасности.

Всего в международной классификации предусмотрено разделение на четыре класса опасности. Соответствующую маркировку должен указать изготовитель. Только первый класс считается относительно безопасным даже для органов зрения.

Ко второму классу принадлежат излучения прямого типа, которые поражают органы глаз. Также к представленной категории причислено зеркальное отражение.

Гораздо опаснее излучение третьего класса. Его прямое воздействие угрожает глазам. Не менее опасно отраженное излучение диффузного типа на расстоянии 10 см от поверхности. Кожные поражения будут происходить не только при прямом воздействии, но и при зеркально отраженном.

При четвертом классе страдает и кожа, и глаза при различных форматах воздействия.

К коллективным защитным мерам на производстве причисляют:

• специальные кожухи,
• защитные экраны,
• световоды,
• инновационные методы слежения,
• сигнализации,
• блокировки.

Из относительно примитивных, но действенных способов выделяют ограждение зоны, где производится облучение. Это позволит защитить работников от случайного облучения по неосторожности.

Также на особо опасных предприятиях обязательно использовать средства индивидуальной защиты сотрудников. Они подразумевают под собой особый комплект спецодежды. Не обойтись во время работы и без ношения очков, предусматривающих защитное покрытие.

Лазерные гаджеты и их излучение

Многие не подозревают о том, насколько серьезными могут быть последствия бесконтрольной эксплуатации самодельных устройств с лазерным принципом. Касается это самодельных конструкций вроде лазерных:

• светильников,
• указок,
• фонариков.

Особенно это касается старшеклассников, которые стремятся провести ряд опытов, не имея представления о правилах безопасности при их конструировании.

Использовать лазеры домашнего производства в помещениях, где присутствуют люди, недопустимо. Также нельзя направлять лучи на стекла, металлические пряжки и прочие предметы, которые могут давать отблески.

Даже если луч отличается небольшой интенсивностью, он может привести к трагедии. Если навести лазер на глаза водителя во время активного движения, то он может ослепнуть и не справиться с управлением.

Ни при каких обстоятельствах нельзя заглядывать в объектив лазерного источника излучения. Отдельно стоит учитывать то, что очки для работы с лазером должны быть рассчитаны на ту длину волны, которую будут генерировать выбранные аппараты.

Чтобы не допустить серьезной трагедии доктора просят прислушаться к этим рекомендациям и следовать им всегда.