Город на підвіконні

Джерела лазерного випромінювання бдж. Безпека життєдіяльності: Доповідь, Лазерне випромінювання. Нормування лазерного випромінювання

Лазерне випромінювання. Лазер, або оптичний квантовий генератор - це генератор електромагнітного випромінювання оптичного діапазону, заснований на використанні вимушеного (стимульованого) випромінювання.
Залежно від характеру активного середовища лазери поділяються на твердотілі (на кристалах або скла), газові, лазери на барвниках, хімічні, напівпровідникові та ін.
За ступенем небезпеки лазерного випромінювання для обслуговуючого персоналу лазери поділяються на чотири класи:
клас I (безпечні) - вихідне випромінювання не є небезпечним для очей;
клас II (малонебезпечні) - небезпечне для очей пряме чи дзеркально відбите випромінювання;
клас III (середньонебезпечні) - небезпечне для очей пряме, дзеркально, а також дифузно відображене випромінювання на відстані 10 см від поверхні, що відбиває, і (або) для шкіри пряме або дзеркально відображене випромінювання;
клас IV (високонебезпечні) - небезпечне для шкіри дифузно відбите випромінювання на відстані 10 см від поверхні, що відбиває.
Класифікація визначає специфіку впливу випромінювання на орган зору та шкіру. В якості провідних критеріїв при оцінці ступеня небезпеки лазерного випромінювання, що генерується, прийняті величина потужності (енергії), довжина хвилі, тривалість імпульсу та експозиції опромінення.
Лазери широко застосовуються в різних областяхпромисловості, науки, техніки, зв'язку, сільському господарстві, медицині, біології та ін.
Робота з лазерами залежно від конструкції, потужності та умов експлуатації може супроводжуватися впливом на персонал несприятливих виробничих факторів, які поділяють на основні та супутні. До основних факторів відносяться пряме, дзеркально та дифузно відбите та розсіяне випромінювання. Ступінь вираженості їх визначається особливостями технологічного процесу. До супутніх відноситься комплекс фізичних і хімічних факторів, що виникають при роботі лазерів, які мають гігієнічне значення і можуть посилювати несприятливу дію випромінювання на організм, а в ряді випадків мають самостійне значення. Тому в оцінці умов праці персоналу враховують весь комплекс чинників виробничого середовища.
Дія лазерів на організм залежить від параметрів випромінювання (потужності та енергії випромінювання на одиницю опромінюваної поверхні, довжини хвилі, тривалості імпульсу, частоти проходження імпульсів, часу опромінення, площі опромінюваної поверхні), локалізації впливу і анатомо-фізіологічних особливостей опромінених об'єктів.
Дія лазерних випромінювань поряд з морфофункційними змінами тканин безпосередньо в місці опромінення викликає різноманітні функціональні зміни в організмі: у центральній нервовій, серцево-судинній, ендокринній системах, які можуть призводити до порушення здоров'я. Біологічний ефект впливу лазерного випромінювання посилюється при неодноразових впливах та при комбінаціях з іншими несприятливими виробничими факторами.
Гранично допустимі рівні лазерного випромінювання регламентовані Санітарними нормами та правилами влаштування та експлуатації лазерів № 5804-91, які дозволяють розробляти заходи щодо забезпечення безпечних умов праці під час роботи з лазерами. Санітарні норми та правила дозволяють визначати величини ПДУ для кожного режиму роботи, ділянки оптичного діапазону за спеціальними формулами та таблицями. Нормується і енергетична експозиція тканин, що опромінюються.
Попередження уражень лазерним випромінюванням включає систему заходів інженерно-технічного, планувального, організаційного, санітарно-гігієнічного характеру.
При використанні лазерів ІІ-ІІІ класів для виключення опромінення персоналу необхідно або огорожу лазерної зони, або екранування пучка випромінювання.
Лазери IV класу небезпеки розміщують в окремих ізольованих приміщеннях та забезпечують дистанційним керуванням.
До індивідуальних засобів захисту, які забезпечують безпечні умовипраці під час роботи з лазерами, належать спеціальні окуляри, щитки, маски, які знижують опромінення очей до ПДУ.
Працюючим з лазерами необхідні попередні та періодичні (1 раз на рік) медичні огляди терапевта, невропатолога, окуліста.

Лазер або оптичний квантовий генератор – це генератор електромагнітного випромінювання оптичного діапазону, заснований на використанні вимушеного (стимульованого) випромінювання.

Лазери завдяки своїм унікальним властивостям (висока спрямованість променя, когерентність, монохроматичність) знаходять виключно широке застосування у різних галузях промисловості, науки, техніки, зв'язку, сільському господарстві, медицині, біології та ін.

В основу класифікації лазерів покладено рівень небезпеки лазерного випромінювання для обслуговуючого персоналу. За цією класифікацією лазери розділені на 4 класи:

клас 1 (безпечні) - вихідне випромінювання не є небезпечним для очей; клас II (малонебезпечні) - небезпечне для очей пряме чи дзеркально відбите випромінювання;

клас III (середньонебезпечні) - небезпечне для очей пряме, дзеркально, а також дифузно відображене випромінювання на відстані 10 см від поверхні, що відбиває, і (або) для шкіри пряме або дзеркально відображене випромінювання;

клас IV (високонебезпечні)- небезпечне для шкіри дифузно відбите випромінювання на відстані 10 см від поверхні, що відбиває.

В якості провідних критеріїв при оцінці ступеня небезпеки лазерного випромінювання, що генерується, прийняті величина потужності (енергії), довжина хвилі, тривалість імпульсу і експозиція опромінення.

Гранично допустимі рівні, вимоги до влаштування, розміщення та безпечної експлуатації лазерів регламентовані "Санітарними нормами та правилами влаштування та експлуатації лазерів" № 2392-81, які дозволяють розробляти заходи щодо забезпечення безпечних умов праці при роботі з лазерами. Санітарні норми та правила дозволяють визначити величини ПДУ для кожного режиму роботи, ділянки оптичного діапазону за спеціальними формулами та таблицями. Нормується енергетична експозиція тканин, що опромінюються. Для лазерного випромінювання видимої області спектра для очей враховується також кутовий розмір джерела випромінювання.

Гранично допустимі рівні опромінення диференційовані з урахуванням режиму роботи лазерів – безперервний режим, моноімпульсний, імпульсно-періодичний.

Залежно від специфіки технологічного процесу робота з лазерним обладнанням може супроводжуватися впливом на персонал головним чином відбитого та розсіяного випромінювання. Енергія випромінювання лазерів в біологічних об'єктах (тканина, орган) може зазнавати різних перетворень і викликати органічні зміни в тканинах, що опромінюються (первинні ефекти) і неспецифічні зміни функціонального характеру (вторинні ефекти), що виникають в організмі у відповідь на опромінення.

Вплив випромінювання лазера на орган зору (від невеликих функціональних порушень до повної втрати зору) залежить переважно від довжини хвилі та локалізації впливу.

При застосуванні лазерів великої потужності та розширенні їх практичного використання зросла небезпека випадкового пошкодження не тільки органу зору, а й шкірних покривів і навіть внутрішніх органів з подальшими змінами у центральній нервовій та ендокринній системах.

При роботі з лазерною технікою на обслуговуючий персонал може

впливати комплекс небезпечних та шкідливих виробничих факторів.

Кількісні та якісні характеристики несприятливих

виробничих факторів залежать від фізико-хімічних властивостей

оброблюваного матеріалу та просторово-енергетичних характеристик

лазерного випромінювання

Небезпечні та шкідливі виробничі фактори, що визначають умови

праці операторів лазерних установок, умовно поділяють на первинні та

вторинні. До первинних відносять фактори, джерелом освіти яких

є безпосередньо лазерна установка, до вторинних - фактори,

що утворюються при впливі лазерного випромінювання на оброблюваний

матеріал.

При експлуатації та розробці лазерних виробів необхідно враховувати

також можливість вибухів та пожеж при попаданні лазерного випромінювання на

горючі матеріали.

Для лазерних технологічних установок найбільш значущими

несприятливих виробничих факторів є відбите лазерне

випромінювання, імпульсний шум та забруднення повітря шкідливими речовинами,

що утворюються при нагріванні та руйнуванні (випарі) оброблюваного

матеріалу.

Шум лазерних установок має широкий частотний спектр; еквівалентний

рівень звуку лазерних установок на 15...20 дБА нижче рівня звуку

імпульс; рівні звукового тиску в окремих імпульсах тривалістю

порядку мілісекунди можуть досягати 100...120 дБ. Основна кількість

шкідливих речовин надходить у повітря робочої зони у вигляді аерозольних частинок з

аеродинамічним діаметром менше 10 мкм, що становлять найбільшу

небезпека для органів дихання.

Під час проведення ремонтно-профнлактичних та пусконалагоджувальних робіт

очікується наявність додаткових несприятливих факторів,

характеристики яких залежать від конструктивних особливостей лазерного

обладнання.

Найбільшу небезпеку лазерне випромінювання становить для очей та шкіри.

Разом з тим, лазерне випромінювання може викликати в організмі людини.

різні патологічні зміни, функціональні розлади центральної

нервової, серцево-судинної та вегетативної систем, а також впливати на

різні внутрішні органи.

Основним документом, що регламентує вимоги безпеки при

експлуатації лазерних установок, є "Санітарні норми та правила

пристрої та експлуатації лазерів" № 5804-91 (СанПіН-лазер). Цей документ

встановлює:

Гранично допустимі рівні (ПДК) лазерного випромінювання в діапазоні

довжин хвиль 180...105 нм за різних умов на людини;

Класифікацію лазерів за ступенем небезпеки генерованого ними

випромінювання;

Вимоги до влаштування та експлуатації лазерів;

Вимоги до виробничих приміщень, розміщення обладнання та

організації робочих місць;

Вимоги до персоналу;

Контроль за станом виробничого середовища;

Вимоги щодо застосування засобів захисту;

Вимоги до медичного контролю.

Гранично допустимі рівні (ПДУ) лазерного випромінювання встановлені для

двох умов опромінення - одноразового та хронічного у трьох діапазонах довжин

хвиль: I - від 180 до 380 нм; II-св. 380 до 1400 нм; III – св. 1400 – 105.

Нормованими параметрами лазерного випромінювання є енергетична

експозиція Н і опромінення Е, усереднені по обмежувальній апертурі.

Для визначення гранично допустимих рівнів енергетичної

експозиції НПДУ та опроміненості ЕПДУ при впливі лазерного випромінювання на

шкіру усереднення проводиться у разі обмежуючої апертури діаметром 1,1х10-3

м (площа апертури Sа = 10-6 м2).

Для визначення гранично допустимих рівнів НПДУ та ЄПДУ при

вплив на очі лазерного випромінювання в діапазонах I та III усереднення

проводиться по обмежувальній апертурі діаметром 1,1х10-3 м, а в діапазоні

II – по апертурі діаметром 7х10-7 м.

Поряд з енергетичною експозицією та опроміненістю нормованими

параметрами є також енергія W та потужність P випромінювання, що пройшло

через зазначені обмежувальні апертури.

НПДУ = WПДУ / Sа, EПДУ = PПДУ / Sа

де: WПДУ та РПДУ – гранично допустимі рівні відповідно енергії

та потужності.

Параметри НПДУ, EПДУ та WПДУ, РПДУ можуть використовуватися кожен у

окремості відповідно до розв'язуваного завдання.

Лазерне випромінювання з довжиною хвилі 380...1400 нм.

представляє для сітчастої оболонки очі, а випромінювання з довжиною хвилі

180...380 нм та св. 1400 нм – для передніх середовищ ока. Пошкодження шкіри

може бути викликане лазерним випромінюванням будь-якої довжини хвилі аналізованого

спектрального діапазону (180...105 нм).

У СанПіН-лазер наведені співвідношення для визначення ПДК при

одноразовому впливі на очі та шкіру одиночних імпульсів

колімованого або дифузного лазерного випромінювання, а також поправки для

обліку хронічного впливу повторюваних імпульсів та кутового розміру

джерел дифузного випромінювання

Інструментом, що дозволяє визначати основні напрямки роботи з

нормалізації умов праці операторів лазерних установок,

класифікація лазерів за ступенем небезпеки випромінюваного ними.

Визначення класу небезпеки ґрунтується на обліку його вихідної енергії

(потужності) та гранично допустимих рівнів при одноразовому впливі

генерованого випромінювання. Лазери за ступенем небезпеки поділяють на чотири

До лазерів I класу відносять повністю безпечні лазери, тобто. такі

лазери, вихідне (колімоване) випромінювання яких не представляє

небезпеки при опроміненні очей та шкіри.

Лазери II класу – це лазери, вихідне випромінювання яких

становить небезпеку при опроміненні очей або шкіри людини колімованим

пучком (небезпека при опроміненні шкіри існує тільки в I та III

спектральних діапазонах). Дифузно відображене випромінювання безпечне як для

шкіри, так і для очей у всіх спектральних діапазонах.

До лазерів ІІІ класу відносять такі лазери, вихідне випромінювання яких

становить небезпеку при опроміненні очей не тільки колімованим, а й

дифузно відбитим випромінюванням на відстані 10 см від відбиває

поверхні та (або) при опроміненні шкіри колімованим випромінюванням. Дифузно

відбите випромінювання не становить небезпеки для шкіри. До цього класу

відносять лазери, що генерують випромінювання у спектральному діапазоні II.

Лазери IV класу включають такі лазери, що дифузно відображене випромінювання

яких, представляє небезпеку для очей та шкіри на відстані 10 см від

поверхні, що відбиває.

Лазери класифікує підприємство-виробник у вихідні

характеристик випромінювання розрахунковим методом.

Клас небезпеки лазерного виробу визначається класом використовуваного

у ньому лазера.

Основними нормативними правовими актами в оцінці умов праці з оптичними квантовими генераторами є:

"Санітарні норми та правила влаштування та експлуатації лазерів" № 2392-81; методичні рекомендації "Гігієна праці при роботі з лазерами", затверджені МОЗ РРФСР 27.04.81;

ГОСТ 24713-81 "Методи вимірювань параметрів лазерного випромінювання. Класифікація"; ГОСТ 24714-81 "Лазер. Методи вимірювання параметрів випромінювання. Загальні положення"; ГОСТ 12.1.040-83 "Лазерна безпека. Загальні засади"; ГОСТ 12.1.031-81 "Лазери. Методи дозиметричного контролю лазерного випромінювання".

Попередження уражень лазерним випромінюванням включає систему заходів інженерно-технічного, планувального, організаційного, санітарно-гігієнічного характеру.

З використанням лазерів II-III класів з метою виключення опромінення персоналу необхідно або огорожу лазерної зони, або екранування пучка випромінювання. Екрани та огородження повинні виготовлятися з матеріалів з найменшим коефіцієнтом відбиття, бути вогнестійкими і не виділяти токсичних речовин при дії на них лазерного випромінювання.

Лазери IV класу небезпеки розміщуються в окремих ізольованих приміщеннях та забезпечуються дистанційним керуванням їх роботою.

При розміщенні в одному приміщенні декількох лазерів слід виключити можливість взаємного опромінення операторів, що працюють на різних установках. Не допускаються до приміщень, де розміщені лазери, особи, які не мають відношення до їх експлуатації. Забороняється візуальне юстирування лазерів без засобів захисту.

Для видалення можливих токсичних газів, пари та пилу обладнується припливно-витяжна вентиляція з механічним спонуканням. Для захисту від шуму вживаються відповідні заходи звукоізоляції установок, звукопоглинання та ін.

До індивідуальних засобів захисту, що забезпечують безпечні умови праці під час роботи з лазерами, відносяться спеціальні окуляри, щитки, маски, що забезпечують зниження опромінення очей до ПДК.

Кошти індивідуального захисту застосовуються у разі, коли колективні засоби захисту неможливо забезпечити вимоги санітарних правил.

Лазерне випромінювання

Лазерне випромінювання є електромагнітним випромінюванням, що генерується в діапазоні довжин хвиль = 0,2-1000 мкм. Лазери широко застосовуються в мікроелектроніці, біології, метрології, медицині, геодезії, зв'язку, спектроскопії, голографії, обчислювальній техніці, дослідженнях з термоядерного синтезу та в багатьох інших галузях науки і техніки.

Лазери бувають імпульсного та безперервного випромінювання. Імпульсне випромінювання – з тривалістю не більше 0,25 с, безперервне випромінювання – з тривалістю 0,25 с або більше.

Промисловістю випускаються твердотільні, газові та рідинні лазери.

Лазерне випромінювання характеризується монохроматичністю, високою когерентністю, надзвичайно малою енергетичною розбіжністю променя та високою енергетичною освітленістю.

Енергетична освітленість (опроміненість) (Вт/см -2) - це відношення потужності потоку випромінювання, що падає на малу ділянку опромінюваної поверхні, до площі цієї ділянки.

Енергетична експозиція (Дж/см -2) - це відношення енергії випромінювання, що падає на ділянку, до площі цієї ділянки, інакше: це твір енергетичної освітленості (опроміненості) (Вт/см -2) на тривалість опромінення (с).

Енергетична освітленість лазерного променя досягає 1012-1013 Вт*см-2 і більше. Цієї енергії виявляється достатньо для плавлення і навіть випаровування найтугоплавкіших речовин. Для порівняння вкажемо, що на поверхні Сонця щільність потужності випромінювання дорівнює 108 Вт * см -2 .

Лазерне випромінювання супроводжується потужним електромагнітним полем. Лазерне випромінювання, безумовно, становить небезпеку для людини. Найнебезпечніше воно для органів зору. Майже всіх довжинах хвиль лазерне випромінювання вільно проникає всередину очі. Промені світла, перш ніж досягти сітківки ока, проходять через кілька заломлюючих середовищ: рогову оболонку, кришталик і, нарешті, склоподібне тіло. Найбільш чутлива до шкідливому впливулазерного опромінення сітківки. В результаті фокусування на малих ділянках сітківки можуть концентруватися щільності енергії в сотні та тисячі разів більше за ту, що падає на передню поверхню рогівки ока.

Енергія лазерного випромінювання, поглинена всередині ока, перетворюється на теплову енергію. Нагрівання може спричинити різні пошкодження та руйнування ока.

Тканини живого організму при малих та середніх інтенсивностях опромінення майже непроникні для лазерного випромінювання. Тому поверхневі (шкірні) покриви виявляються найбільш схильними до його впливу. Ступінь цього впливу визначається, з одного боку, параметрами самого випромінювання: чим вища інтенсивність випромінювання і чим довша його хвиля, тим сильніша дія; з іншого боку, на результат ураження шкіри впливає рівень її пігментації. Пігмент шкіри є своєрідним екраном на шляху випромінювання в розташовані під шкірою тканини та органи. При більших інтенсивностях лазерного опромінення можливі пошкодження не тільки шкіри, а й внутрішніх тканин та органів. Ці ушкодження мають характер набряків, крововиливів, омертвіння тканин, і навіть згортання чи розпаду крові. У таких випадках пошкодження шкіри виявляються відносно менш вираженими, ніж зміни у внутрішніх тканинах, а жирових тканинах взагалі не відмічено будь-яких патологічних змін.

Розглянуті можливі шкідливі наслідки впливу лазерного випромінювання ставляться до випадків прямого опромінення внаслідок грубих порушень правил безпечного обслуговування лазерних установок. Розсіяно або концентровано відбите випромінювання малої інтенсивності впливає значно частіше, результатом можуть бути різні функціональні порушення в організмі - в першу чергу в нервовій і серцево-судинної системи. Ці порушення виявляються в нестійкості артеріального тиску крові, підвищеної пітливості, дратівливості тощо. Особи, що працюють в умовах впливу лазерного відбитого випромінювання підвищеної інтенсивності, скаржаться на головний біль, підвищену стомлюваність, неспокійний сон, відчуття втоми та болю в очах. Як правило, ці неприємні відчуття проходять без спеціального лікування після впорядкування режиму праці та відпочинку та вжиття відповідних захисних профілактичних заходів.

Нормування лазерного випромінювання здійснюється за гранично допустимими рівнями опромінення (ПДК). Це рівні лазерного опромінення, які при щоденній роботі не викликають у працюючих захворювань та відхилень у стані здоров'я.

Відповідно до «Санітарних норм і правил пристрою та експлуатації лазерів» ПДУ лазерного випромінювання визначаються енергетичною експозицією тканин, що опромінюються (Дж см -2).

Лазери за ступенем небезпеки випромінюваного ними розподілу поділяються на чотири класи:

1 клас - вихідне випромінювання не становить небезпеки для очей та шкіри;

2 клас - вихідне випромінювання становить небезпеку при опроміненні очей прямим або дзеркально відбитим випромінюванням;

3 клас - вихідне випромінювання становить небезпеку при опроміненні очей прямим, дзеркально відбитим, а також дифузно відбитим випромінюванням на відстані 10 см від дифузно відбиває поверхні і (або) при опроміненні шкіри прямим і дзеркально відбитим випромінюванням;

4 клас - вихідне випромінювання становить небезпеку при опроміненні шкіри дифузно відбитим випромінюванням на відстані 10 см від поверхні, що дифузно відбиває.

Робота лазерних установок може супроводжуватися також виникненням та інших небезпечних та шкідливих виробничих факторів: шум, вібрація, аерозолі, гази, електромагнітне та іонізуюче випромінювання.

Заходи безпеки та захист. Лазери 3-4 класу, що генерують випромінювання у видимому діапазоні (= 0,4-0,75 мкм), та лазери 2-4 класи з генерацією в ультрафіолетовому (= 0,2-0,4 мкм) та інфрачервоному діапазонах довжин хвиль ( = 0,75 мкм і вище) повинні забезпечуватися сигнальними пристроями, що працюють з початку генерації до її закінчення. Конструкція лазерів 4 класу має забезпечуватися можливістю дистанційного керування.

Для обмеження поширення прямого лазерного випромінювання за межі області випромінювання лазери 3-4 класу повинні забезпечуватися екранами, виготовленими з вогнестійкого світлопоглинаючого матеріалу, що не плавиться, що перешкоджають поширенню випромінювання.

Лазери 4 класу повинні розміщуватись в окремих приміщеннях. Внутрішнє оздоблення стін та стелі приміщень повинні мати матову поверхню. Для зменшення діаметра зіниць необхідно забезпечити високу освітленість на робочих місцях (більше 150 лк).

З метою унеможливлення небезпеки опромінення персоналу для лазерів 2-3 класу необхідно або огорожу всієї небезпечної зони, або екранування пучка випромінювання. Екрани та огородження повинні виготовлятися з матеріалів з найменшим коефіцієнтом відображення на довжині хвилі генерації лазера, бути вогнестійкими та не виділяти токсичних речовин при впливі на них лазерного випромінювання.

У тому випадку, коли колективні засоби захисту не дозволяють забезпечити достатнього захисту, застосовуються засоби індивідуального захисту (ЗІЗ) – протилазерні окуляри та захисні маски.

Конструкція протилазерних окулярів повинна забезпечувати зниження інтенсивності опромінення очей лазерним випромінюванням до ПДК відповідно до вимог ГОСТ 12.4.013-75.

В останні десятиліття в промисловості, медицині, при наукових дослідженнях, в системах моніторингу стану довкіллязнайшли застосування лазери. Їхнє випромінювання може надавати небезпечний вплив на організм людини і в першу чергу на орган зору. Лазерне випромінювання генерують в інфрачервоній, світловій та ультрафіолетовій областях неіонізуючого ЕМІ.

Лазери, що генерують безперервне випромінювання, дозволяють створювати інтенсивність порядку 10 10 Вт/см 2 що досить для плавлення та випаровування будь-якого матеріалу. При генерації коротких імпульсів інтенсивність випромінювання досягає величин близько 10 Вт/см 2 і більше. Для порівняння зазначимо, що значення інтенсивності сонячного світла поблизу земної поверхні не перевищує 0,1-0,2 Вт/см.

Нині у промисловості використовується обмежена кількість типів лазерів. Це в основному лазери, що генерують випромінювання у видимому діапазоні спектру (X = 0,44+0,59; X = 0,63; X = 0,69 мкм), ближньому ІЧ-діапазоні спектру (X= 1,06 мкм) та далекому ІЧ-діаіазоні спектру ( Х = 106 мкм).

Область застосування лазерів залежно від необхідної щільності потоку випромінювання показано на рис. 5.12.

Оцінюючи несприятливого впливу лазерів все небезпеки поділяють на первинні і вторинні. До первинних відносять чинники, джерелом освіти яких є сама лазерна установка. Вторинні фактори виникають внаслідок взаємодії лазерного випромінювання з мішенню.

До первинних факторів відносяться: лазерне випромінювання, підвищена електрична напруга, світлове випромінювання імпульсних ламп накачки або газового розряду, електромагнітне випромінювання, акустичні шуми та вібрація від роботи допоміжного обладнання, забруднення повітря газами, що виділяються з вузлів установки, рентгенівське випромінювання працюючих при напрузі понад 15 кВ.

Вторинні фактори включають відбите лазерне випромінювання, аеродисперсні системи та акустичні шуми, що утворюються при взаємодії лазерного випромінювання з мішенню, випромінювання плазмового факела.

Лазерне випромінювання може становити небезпеку для людини, викликаючи в її організмі патологічні зміни, функціональні розлади органу зору, центральної нервової та вегетативної систем, а також впливати на такі.

Рис. 5.12. Області застосування лазерів в залежності від необхідної щільності потоку випромінювання внутрішні органи, як печінка, спинний мозок та ін. Найбільшу небезпеку лазерне випромінювання є органом зору. Основним патофізіологічним ефектом опромінення тканин лазерним випромінюванням є поверхневий опік, ступінь якого пов'язаний із просторово-енергетичними та тимчасовими характеристиками випромінювання.

При створенні умов для безпечної експлуатації лазерів насамперед необхідно за допомогою розрахунку визначити лазерно-небезпечну зону та сформулювати основні принципи захисту від випромінювання, а також загальні вимоги до організації робочих місць, методів контролю та дозиметричної апаратури.

Лазеронебезпечна зона - простір, у якого рівні лазерного випромінювання можуть перевищувати гранично допустимі значення.

Схема розрахунку опроміненості рогівки представлена на рис. 5.13.

При прямому опроміненні для спостерігача, що знаходиться безпосередньо в конусі вузькоспрямованого лазерного променя (рис. 5.13, а),опроміненість рогівки ока обчислюється за формулою

де Ф р – енергетичний потік (потужність) лазерного випромінювання; k (- коефіцієнт ослаблення випромінювання по дорозі від лазера до рогівки ока; d()- діаметр вихідної зіниці лазера; у- Кут розбіжності променя, радий; R- Відстань від лазера до ока.

При впливі на рогівку ока випромінювання лазера, відбитого від поверхні (рис. 5.13, б),розташованої з відривом /?, від вихідного отвори лазера, розрахунок ведуть з урахуванням відображення. Опроміненість рогівки ока спостерігача Е р,що знаходиться на відстані Rвід поверхні q,значно перевищує лінійні розміри джерела, що дорівнює добутку енергетичної яскравості L eджерела на величину тілесного кута 0, під яким видно з точки спостереження:

де k cp- коефіцієнт ослаблення випромінювання по дорозі від площі поверхні S r/до спостерігача.

Рис. 5.13.

а- для прямого пучка; б- для відбитого випромінювання;

1 - лазер; 2 - око

Поверхня qяк джерело випромінювання зручно характеризувати енергетичною яскравістю L eта площею плями відображення У 7 .

При дифузному відображенні енергетична яскравість джерела пов'язана з потоком енергетичного лазерного випромінювання співвідношенням

де р – коефіцієнт відображення.

З аналізу наведених вище співвідношень слід, що опроміненість ока лазерним джерелом прямо пропорційна потужності лазера і обернено пропорційна квадрату відстані до поверхні, що опромінюється.

Облученность шкірних покровів чисельно дорівнює опроміненості рогівки ока. При обчисленні рівнів опроміненості органу зору та шкірних покровів у виробничих умов, де відстані не перевищують десятків метрів, значення коефіцієнтів k (і k cpможна прийняти рівними одиниці. Наведені формули дозволяють зв'язати променеві навантаження різні біологічні тканини з енергетичною характеристикою джерела випромінювання.

Вплив лазерного випромінювання на очі.Порівняно легка вразливість рогівки та кришталика ока при впливі електромагнітних випромінюваньрізних дайн хвиль, а також здатність оптичної системи ока збільшувати щільність енергії випромінювання видимого і ближнього інфрачервоного діапазону на очному дні на кілька порядків по відношенню до рогівки виділяє його в найбільш вразливий орган. Ступінь пошкодження ока головним чином залежить від таких фізичних параметрів, як час опромінення, щільність потоку енергії, довжина хвилі та вид випромінювання (імпульсне або безперервне), а також індивідуальні особливості ока.

Вплив ультрафіолетового випромінювання на орган зору в основному призводить до ураження рогівки. Поверхневі опіки рогівки лазерним випромінюванням із довжиною хвилі в межах ультрафіолетової області спектра усуваються у процесі самозагоєння.

Для лазерного випромінювання із довжиною хвилі 0,4-1,4 мкм критичним елементом органу зору є сітківка. Вона має високу чутливість до електромагнітних хвиль видимої області спектра і характеризується великим коефіцієнтом поглинання електромагнітних хвиль видимої, інфрачервоної та ближньої ультрафіолетової областей.

Пошкодження ока може змінюватися від слабких опіків сітківки, що супроводжуються незначними або повністю відсутніми змінами зорової функціїдо серйозних пошкоджень, що призводять до погіршення зору і навіть до повної втрати.

Випромінювання з довжинами хвиль більше 1,4 мкм практично повністю поглинаються в склоподібному тілі та водянистій волозі передньої камери ока. При помірних ушкодженнях ці середовища очі здатні самовідновлюватися.

Лазерне випромінювання середньої інфрачервоної області спектра може спричинити тяжке теплове пошкодження рогівки.

Зі сказаного випливає, що лазерне випромінювання надає шкідливу дію на всі структури органу зору. Основним механізмом ушкоджень є теплове. Імпульсне лазерне випромінювання становить більшу небезпеку, ніж безперервне.

Вплив лазерного випромінювання на шкіру.Пошкодження шкіри, спричинені лазерним випромінюванням, можуть бути різними: від легкого почервоніння до поверхневого обвуглювання та утворення глибоких дефектів шкіри. Ефект на шкірні покриви визначається параметрами випромінювання лазера і ступенем пігментації шкіри.

Порогові рівні енергії випромінювання, у яких виникають видимі зміни у шкірі, коливаються порівняно широких межах (від 15 до 50 Дж/см).

Біологічні ефекти, що виникають при опроміненні шкіри лазерним випромінюванням, з урахуванням їхньої залежності від довжини хвилі наведено в табл. 5.10.

Дія лазерного випромінювання на органи.Лазерне випромінювання (особливо далекої інфрачервоної області спектра) здатне проникати через тканини тіла та взаємодіяти з біологічними структурами на значній глибині, вражаючи внутрішні органи.

Таблиця 5.10

Біологічні ефекти, що виникають при опроміненні шкіри лазерним випромінюванням

Найбільшу небезпеку для внутрішніх органів становить сфокусоване лазерне випромінювання. Ступінь пошкодження внутрішніх органів значною мірою визначається інтенсивністю потоку випромінювання та кольором забарвлення органу. Так, печінка є одним із найбільш уразливих внутрішніх органів. Тяжкість пошкодження внутрішніх органів також залежить від довжини хвилі падаючого випромінювання. Найбільшу небезпеку становлять випромінювання з довжинами хвиль, близькими до спектру поглинання хімічних зв'язків органічних молекул, що входять до складу біологічних тканин.

Крім лазерного випромінювання, персонал, що займається експлуатацією лазерної техніки, може зазнати впливу інтенсивного світлового та ультрафіолетового випромінювання, джерелом якого є лампи спалаху, газорозрядні трубки та плазмовий факел. Випромінювання незахищених ламп накачування дуже шкідливе для очей. Вплив випромінювання ламп накачування можливий при їх роз'екрануванні, головним чином, при налагодженні та у разі мимовільного розряду. При експлуатації лазерних установок також слід враховувати й інші небезпечні фактори, до яких відносяться підвищена напруга в електричному ланцюзі, акустичний шум, вібрації та шкідливі речовини. При експлуатації лазерів необхідно враховувати також можливість вибухів та пожеж при попаданні лазерного випромінювання на горючі матеріали. У табл. 5.11 наведено основні небезпечні фактори, що виникають під час експлуатації лазерних установок.

Таблиця 5.11

Небезпеки, що виникають при експлуатації лазерних установок, та джерела їх виникнення

Закінчення табл. 5.11

Зони небезпечного впливу сучасних лазерних установок зазвичай обмежені розмірами виробничого приміщення.

Лазерне випромінювання (ЛІ) - вимушене випромінювання атомами речовини квантів електромагнітного випромінювання. Слово "лазер" - абревіатура, утворена з початкових літер англійської фрази Light amplification by stimulated emission of radiation (посилення світла з допомогою створення стимульованого випромінювання). Основними елементами будь-якого лазера є активне середовище, джерело енергії для її збудження, дзеркальний оптичний резонатор та система охолодження. ЛІ за рахунок монохроматичності та малої розбіжності пучка здатне поширюватися на значні відстані та відбиватися від межі розділу двох середовищ, що дозволяє застосовувати ці властивості для цілей локації, навігації та зв'язку.

Можливість створення лазерами виключно високих енергетичних експозицій дозволяє використовувати їх для обробки різних матеріалів (різання, свердління, поверхневе загартування та ін.).

При використанні як активне середовище різних речовин лазери можуть індукувати випромінювання практично на всіх довжинах хвиль, починаючи з ультрафіолетових і закінчуючи довгохвильовими інфрачервоними.

Основними фізичними величинами, що характеризують, є: довжина хвилі (мкм), енергетична освітленість (Вт/см 2), експозиція (Дж/см 2), тривалість імпульсу (с), тривалість впливу (с), частота повторення імпульсів (Гц) .

Біологічна дія лазерного випромінювання. Чи дію на людину дуже складно. Воно залежить від параметрів ЛІ, насамперед від довжини хвилі, потужності (енергії) випромінювання, тривалості впливу, частоти проходження імпульсів, розмірів області, що опромінюється («розмірний ефект») і анатомо-фізіологічних особливостей опромінюваної тканини (очей, шкіра). Оскільки органічні молекули, з яких складається біологічна тканина, мають широкий спектр частот, що абсорбуються, то немає підстав вважати, що монохроматичність ЛИ може створювати які-небудь специфічні ефекти при взаємодії з тканиною. Просторова когерентність також суттєво не змінює механізму пошкоджень

випромінюванням, оскільки явище теплопровідності в тканинах і властиві оку постійні дрібні рухи руйнують інтерференційну картину вже за тривалості впливу, що перевищує кілька микросекунд. Таким чином, чи пропускається і поглинається біотканинами за тими ж законами, що і некогерентне, і не викликає в тканинах будь-яких специфічних ефектів.

Енергія ЛІ, поглинена тканинами, перетворюється на інші види енергії: теплову, механічну, енергію фотохімічних процесів, що може викликати ряд ефектів: тепловий, ударний, світлового тиску та ін.

ЛИ становлять небезпеку для органу зору.Сітківка ока може бути уражена лазерами видимого (0,38-0,7 мкм) та ближнього інфрачервоного (0,75-1,4 мкм) діапазонів. Лазерне ультрафіолетове (0,18-0,38 мкм) та інфрачервоне (більше 1,4 мкм) випромінювання не досягають сітківки, але можуть пошкодити рогівку, райдужку, кришталик. Досягаючи сітківки, фокусується заломлюючої системою ока, при цьому щільність потужності на сітківці збільшується в 1000-10000 разів у порівнянні з щільністю потужності на рогівці. Короткі імпульси (0,1 с-10 -14 с), які генерують лазери, здатні викликати пошкодження органу зору за значно короткий проміжок часу, ніж той, який необхідний спрацьовування захисних фізіологічних механізмів (миготливий рефлекс 0,1 с).

Другим критичним органом чи до дії є шкірні покриви.Взаємодія лазерного випромінювання зі шкірними покривами залежить від довжини хвилі та пігментації шкіри. Відображає здатність шкірних покривів у видимій області спектра висока. ЧИ далекої інфрачервоної області починає сильно поглинатися шкірними покривами, оскільки це випромінювання активно поглинається водою, що становить 80% вмісту більшості тканин; виникає небезпека виникнення опіків шкіри.

Хронічне вплив низькоенергетичного (на рівні або менше ПДУ ЛИ) розсіяного випромінювання може призводити до розвитку неспецифічних зрушень у стані здоров'я осіб, які обслуговують лазери. При цьому воно є своєрідним фактором ризику розвитку невротичних станів та серцево-судинних розладів. Найбільш характерними клінічними синдромами, що виявляються у працюючих з лазерами, є астенічний, астеновегетативний та вегетосудинна дистонія.

Нормування ЧИ. У процесі нормування встановлюються параметри поля, що відображають специфіку його взаємодії з біологічними тканинами, критерії шкідливої дії і числові значення ПДУ нормованих параметрів.

Науково обґрунтовано два підходи до нормування ЛІ: перший - за ушкоджуючими ефектами тканин або органів, що виникають безпосередньо в місці опромінення; другий - на основі функціональних і морфологічних змін низки систем і органів, що не піддаються безпосередньому впливу.

Гігієнічне нормування полягає в умовах біологічного впливу, зумовленого, насамперед, областю електромагнітного діапазону. Відповідно до цього діапазон ЧИ розділений на ряд областей:

Від 0,18 до 0,38 мкм – ультрафіолетова область;

Від 0,38 до 0,75 мкм – видима область;

Від 0,75 до 1,4 мкм – ближня інфрачервона область;

Понад 1,4 мкм – далека інфрачервона область.

В основу встановлення величини ПДУ покладено принцип визначення мінімальних «порогових» пошкоджень в тканинах, що опромінюються (сітківка, рогівка, очі, шкіра), що визначаються сучасними методами дослідження під час або після впливу ЛІ. Нормованими параметрами є енергетична експозиціяН (Дж-м -2) та опроміненістьЕ (Вт-м-2), а також енергія W (Дж) та потужністьР(Вт).

Дані експериментальних та клініко-фізіологічних досліджень свідчать про превалююче значення загальних неспецифічних реакцій організму у відповідь на хронічний вплив низькоенергетичних рівнів у порівнянні з місцевими локальними змінами з боку органу зору та шкіри. При цьому видимої області спектра викликає зрушення у функціонуванні ендокринної та імунної систем, центральної та периферичної нервової систем, білкового, вуглеводного та ліпідного обмінів. ЛІ з довжиною хвилі 0,514 мкм призводить до змін у діяльності симпатоадреналових та гіпофізнадниркових систем. Тривала хронічна дія довжиною хвилі 1,06 мкм викликає вегетосудинні порушення. Майже всі дослідники, що вивчали стан здоров'я осіб, які обслуговують лазери, підкреслюють більш високу частоту виявлення у них астенічних та вегетативно-судинних розладів. Отже, низькоенергетичне

Чи при хронічній дії постає як фактор ризику розвитку патології, що визначає необхідність урахування цього фактора в гігієнічних нормативах.

Перші ПДУ ЧИ в Росії для окремих довжин хвиль були встановлені в 1972, а в 1991 введені в дію «Санітарні норми і правила пристрою та експлуатації лазерів» СН і П? 5804. У США є стандарт ANSI-z.136. Розроблено також стандарт Міжнародною електротехнічною комісією(МЕК) – Публікація 825. Відмінною особливістювітчизняного документа порівняно із зарубіжними є регламентація значень ПДУ з урахуванням не тільки ушкоджуючих ефектів очей та шкіри, а й функціональних змін в організмі.

Широкий діапазон довжин хвиль, різноманітність параметрів ЛІ та викликаних біологічних ефектів ускладнює завдання обґрунтування гігієнічних нормативів. До того ж експериментальна та особливо клінічна перевірки вимагають тривалого часу та засобів. Тому для вирішення задач з уточнення та розробки ПДУ ЛІ використовують математичне моделювання. Це дозволяє суттєво зменшити обсяг експериментальних досліджень на лабораторних тваринах. При створенні математичних моделей враховуються характер розподілу енергії та абсорбційні характеристики опромінюваної тканини.

Метод математичного моделювання основних фізичних процесів (термічний та гідродинамічні ефекти, лазерний пробій та ін.), що призводять до деструкції тканин очного дна при впливі видимого та ближнього ІЧ діапазонів з тривалістю імпульсів від 1 до 10 -12 с, був використаний при визначенні та уточненні ЧИ ПДУ, що увійшли в останню редакцію «Санітарних норм і правил влаштування та експлуатації лазерів» СНиП? 5804-91, які розроблені на підставі результатів наукових досліджень.

Чинні правила встановлюють:

Гранично допустимі рівні (ПДУ) лазерного випромінювання у діапазоні довжин хвиль 180-10 6 нм за різних умов на людини;

Класифікацію лазерів за ступенем небезпеки випромінюваного ними;

Вимоги до виробничим приміщенням, розміщення обладнання та організації робочих місць;

Вимоги до персоналу;

Контроль за станом виробничого середовища;

Вимоги щодо застосування засобів захисту;

Вимоги до медичного контролю.

Ступінь небезпеки для персоналу покладено в основу класифікації лазерів, згідно з якою вони поділяються на 4 класи:

1-й - клас (безпечні) - вихідне випромінювання не є небезпечним для очей;

2-й – клас (малонебезпечні) – становлять небезпеку для очей як пряме, так і дзеркально відображене випромінювання;

3-й - клас (середньонебезпечне) - представляє небезпеку для очей також і дифузно відбите випромінювання на відстані 10 см від поверхні, що відбиває;

4-й - клас (високонебезпечне) - представляє вже небезпеку і для шкіри на відстані 10 см від поверхні, що дифузно відбиває.

Вимоги до методів, засобів вимірювань та контролю. Дозиметрією називають комплекс методів визначення значень параметрів лазерного випромінювання в заданій точці простору з метою виявлення ступеня небезпеки і шкідливості його для організму людини

Лазерна дозиметрія включає два основних розділи:

- розрахункова, або теоретична дозметрія, яка розглядає методи розрахунку параметрів ЛИ у зоні можливого знаходження операторів та прийоми обчислення ступеня його небезпеки;

- експериментальна дозиметрія, що розглядає методи і засоби безпосереднього виміру параметрів у заданій точці простору.

Засоби вимірювання, призначені для дозиметричного контролю, називаються лазерні дозиметри.Дозиметричний контроль набуває особливого значення для оцінки відбитих і розсіяних випромінювань, коли розрахункові методи лазерної дозиметрії, засновані на даних вихідних характеристик лазерних установок, дають дуже наближені значення рівнів у заданій точці контролю. Використання розрахункових методів диктується відсутністю можливості провести вимірювання параметрів для всієї різноманітності лазерної техніки. Розрахунковий метод лазерної дозиметрії дозволяє оцінювати рівень небезпеки випромінювання в заданій точці простору, використовуючи в розрахунках паспортні дані. Розрахункові методи зручні для випадків роботи з короткочасними імпульсами випромінювання, що рідко повторюються, коли ограни-

чена можливість вимірювання максимального значення експозиції. Вони застосовуються визначення лазерно-опасных зон, і навіть для класифікації лазерів за рівнем небезпеки генерованого ними випромінювання.

Методи дозиметричного контролю встановлені в «Методичних вказівках для органів та установ санітарно-епідеміологічних служб щодо проведення дозиметричного контролю та гігієнічної оцінки лазерного випромінювання» ? 5309-90, а також частково розглянуті в «Санітарних нормах та правилах влаштування та експлуатації лазерів» СН та П? 5804-91.

У основі методів лазерної дозиметрії лежить принцип найбільшого ризику, відповідно до якого оцінка ступеня небезпеки має здійснюватися найгірших з погляду біологічного впливу умов опромінення, тобто. Вимірювання рівнів лазерного опромінення слід проводити при роботі лазера в режимі максимальної віддачі потужності (енергії), визначеної умовами експлуатації. У процесі пошуку та наведення вимірювального приладу на об'єкт випромінювання має бути знайдено таке положення, при якому реєструються максимальні рівні. Працюючи лазера в імпульсно-періодичному режимі вимірюють енергетичні характеристики максимального імпульсу серії.

При гігієнічній оцінці лазерних установок потрібно вимірювати параметри випромінювання на виході лазерів, а інтенсивність опромінення критичних органів людини (очі, шкіра), що впливає на ступінь біологічної дії. Ці вимірювання проводять у конкретних точках (зонах), в яких програмою роботи лазерної установки визначено наявність обслуговуючого персоналу і в яких рівні відбитого або розсіяного неможливо знизити до нуля.

Межі вимірювань дозиметрів визначаються значеннями ПДК та технічними можливостями сучасної фотометричної апаратури. Усі дозиметри мають бути атестовані органами Держстандарту у встановленому порядку. У Росії розроблені спеціальні засоби вимірювань для дозиметричного контролю - лазерні дозиметри.Вони відрізняються високою універсальністю, що полягає у можливості контролю як спрямованого, так і розсіяного безперервного, моноімпульсного та імпульсно- періодичного випромінювань більшості застосовуваних на практиці лазерних установок у промисловості, науці, медицині та ін.

Профілактика шкідливого впливу лазерного випромінювання (ЛИ). Захист від ЛІ здійснюють технічними, організаційними та лікувально-профілактичними методами та засобами. До методичних засобів відносяться:

Вибір, планування та внутрішнє оздоблення приміщень;

Раціональне розміщення лазерних технологічних установок;

Дотримання порядку обслуговування установок;

використання мінімального рівня випромінювання для досягнення поставленої мети;

Застосування засобів захисту. Організаційні методи включають:

Обмеження часу дії випромінювання;

Призначення та інструктаж осіб, відповідальних за організацію та проведення робіт;

Обмеження допуску до проведення робіт;

Організація нагляду за режимом робіт;

Чітка організація протиаварійних робіт та регламентація порядку ведення робіт в аварійних умовах;

Проведення інструктажу; наявність наочних плакатів;

Навчання персоналу.

Санітарно-гігієнічні та лікувально-профілактичні методи включають:

Контроль за рівнями небезпечних та шкідливих факторів на робочих місцях;

Контроль за проходженням персоналом попередніх та періодичних медичних оглядів.

Виробничі приміщення, в яких експлуатуються лазери, повинні відповідати вимогам санітарних норм і правил, що діють. Лазерні установки розміщують так, щоб рівні випромінювання на робочих місцях були мінімальними.

Засоби захисту від ЛІ повинні забезпечувати запобігання впливу або зниження величини випромінювання до рівня, що не перевищує допустимий. За характером застосування засоби захисту поділяються на засоби колективного захисту(СКЗ) та засоби індивідуального захисту(ЗІЗ). Надійні та ефективні засоби захисту сприяють підвищенню безпеки праці, знижують виробничий травматизм та професійну захворюваність.

Таблиця 9.1.Захисні окуляри від лазерного випромінювання (виписка з ТУ 64-1-3470-84)

До СКЗ від ЛІ відносяться: огорожі, захисні екрани, блокування та автоматичні затвори, кожухи та ін.

ЗІЗ від лазерного випромінювання включають захисні окуляри (табл. 9.1),щитки, маски та ін. Засоби захисту застосовуються з урахуванням довжини хвилі ЛІ, класу, типу, режиму роботи лазерної установки, характеру роботи, що виконується.

СКЗ повинні передбачатися на стадіях проектування та монтажу лазерів (лазерних установок) при організації робочих місць, при виборі експлуатаційних параметрів. Вибір засобів захисту повинен проводитись залежно від класу лазера (лазерної установки), інтенсивності випромінювання в робочій зоні, характеру роботи, що виконується. Показники захисних властивостей захисту не повинні знижуватися під впливом інших небезпечних

та шкідливих факторів (вібрації, температури тощо). Конструкція засобів захисту повинна забезпечувати можливість зміни основних елементів (світлофільтрів, екранів, оглядового скла та ін.).

Засоби індивідуального захисту очей та особи (захисні окуляри та щитки), що знижують інтенсивність ЛИ до ПДУ, повинні застосовуватися тільки в тих випадках (пусконалагоджувальні, ремонтні та експериментальні роботи), коли колективні засоби не забезпечують безпеку персоналу.

Працюючи з лазерами повинні застосовуватися лише засоби захисту, куди є нормативно-технічна документація, затверджена у порядку.