Научно-образовательный портал
|
|
|
|
|
 |
 |
|
Главная
Вопросы лазерной безопасности - (реферат)Вопросы лазерной безопасности - (реферат)Дата добавления: март 2006г. Московский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции _____________________________________________________________ 1. Физиологические эффекты при воздействии лазерного излучения на человека. Непосредственное воздействие на человека оказывает лазерное излучение любой длины волны, однако в связи со спектральными особенностями поражаемых органов и существенно различными предельно допустимыми дозами облучения обычно различают воздействие на глаза и кожные покровы человека. Основной элемент зрительного аппарата человека — сетчатка глаза —может быть поражена лишь излучением видимого ( от 0. 4 мкм ) и ближнего ИК-диапазонов ( до 1. 4 мкм ), что объясняется спектральными характеристиками человеческого глаза ( рис. 1 ). При этом хрусталик и глазное яблоко, действуя как дополнительная фокусирующая оптика, существенно повышают концентрацию энергии на сетчатке, что, в свою очередь, на несколько порядков понижает максимально допустимый уровень ( МДУ ) облученности зрачка. [1? ?? ?? ?? ? ? ?? ?? ?? ? ?? ?? ? ? ?? ? ?? ?? ?? ? ?? ? ?? ?? ?? ?? ? ?? ?? ?? ?? ? ?? ?? ? ? ?? ?? ? 7 ? ?. ? ?? ? ? ? ?? ?? ? ? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?. ? ?? ?? ?? ?, ? ?? ? ?? ?? ?? ? ?? ?? ?? ? ( ? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ? ?? ?? ? ? ?? ?? ?? ) ? ?? ?— ? ?-? ? ? ?? ?? ?? ? ? ?? ?? ?? ?? , ? ? ?? ?? ?? ? ?? ?? ?? ? — ? ?-? ? ? ?? ?? ?? ?? ? ? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ? ? ?? ?? ?? ? ? ?? ?? ?? ?? ?. ] 1. 1. 1. МДУ прямого облучения сетчатки Кроме длины волны l, необходимо учитывать также длительность воздействия светового излучения. При очень коротких импульсах ( когда не успевают сработать механизмы теплопроводности в области сетчатки ) нормируют плотность энергии для видимого излучения ( 0. 4 t2 — произведение пропускания глазной среды на поглощение всеми слоями сетчатки Во всех рассматриваемых далее случаях переходная область спектра — от темно-красного ( l>700 нм ) до полностью невидимого ближнего ИК-излучения ( l Приведенные данные по МДУ охватывают область наиболее критических значений параметров облучения зрачка глаза, когда в интервале от 10-9до 10 с причиной повреждения сетчатки является тепловое действие сфокусированного света при прямом наблюдении лазерного пучка, тогда как сверхкороткие лазерные импульсы вызывают в основном термоакустическое воздействие—протоплазма клеток из-за быстрого разогрева закипает и разрывает оболочку. В этом случае нормируют плотность мощности: для видимого излучения МДУ составляет 5Ч106 Вт/м2, для ИК-излучения — 5Ч107 Вт/м2. Длительное ( Dt>10 с ) прямое воздействие лазерного излучения на сетчатку приводит в основном к фотохимическим процессам ее разрушения. Чтобы избежать этого (как и в случае сверхкоротких импульсов), нормируют энергетическую освещенность (экспозицию). Для зеленого (l=550 нм) и более коротковолнового (l>400 нм) видимого света МДУ составляет 100 Дж/м2. Что касается "теплых" цветов (550103ё104c) прямое воздействие лазерного излучения характеризуется малым значением МДУ, а именно 0. 01 Вт/м2 для сине-зеленого (0. 410 c: для 1. 05700 нм (темно-красное излучение) и l При наличии последовательности импульсов не только ни один из них, но и усредненная облученность не должны превышать МДУ. При усреднении воздействия последовательности импульсов с длительностьюDt1 Гц МДУ одиночного импульса должен быть уменьшен в С5 раз: Если длительность отдельных импульсов Dt в последовательности превышает 10 мкс ( а частота следования f>1 Гц), то для импульса длительностью NDt за ограничение облученности принимают (1/N)-ю часть МДУ. Наиболее сложно определить МДУ для повторяющихся серий, состоящих из определенного числа импульсов. Когда в серии не более 10 импульсов, ее приравнивают к одному эквивалентному импульсу. При этом: если Dt серии меньше 10 мкс, то за длительность эквивалентного импульса принимают длительность самого короткого импульса в серии, а за энергетическое воздействие— суммарное (полное) энергетическое воздействие всей серии; если Dt серии больше 10 мкс, то за длительность эквивалентного импульса принимают суммарную длительность парциальных импульсов, а за энергетическое воздействие— суммарное энергетическое воздействие всей серии. Если в серии более 10 импульсов, то МДУ рассчитывают как для одного, якобы непрерывного импульса, охватывающего всю последовательность. 1. 1. 2. МДУ для наружных покровов глаз человека Невидимое УФ (0. 2T1=10(l-295)/5 c; если Dt 1. 1. 3. Представление МДУ облучения как поверхности в координатах l — Dt В 825-й публикации МЭК полностью, хотя и не всегда с достаточно высокой точностью, определены МДУ облучения роговой оболочки глаза человека прямым (то есть направленным непосредственно из оптической системы, а не рассеянным на каких-либо шероховатых поверхностях) лазерным излучением. Для удобства практического применения эти рекомендации МЭК представлены в виде таблицы 1. 1. В результате, во первых, появляется возможность достаточно просто (хотя и приближенно) определить численные значения МДУ при прямом облучении глаза человека лазерным излучением. При измерении следует лишь помнить следующие рекомендации МЭК по пространственному усреднению облученности: для 0. 2 Кроме того, всегда суммируют воздействия облучений 2-го и 4-го поддиапазонов. Аналогичное суммирование проводят и при совместном воздействии на кожные покровы лазерных излучений 2-го и 3-го поддиапазонов. Естественно, что принимать во внимание эффект аддитивного воздействия имеет смысл лишь при близких к МДУ значениях облучения для каждой из генерируемых длин волн. К сожалению, 825-я публикация МЭК не дает аналитического выражения для определения МДУ аддитивного облучения, а лишь указывает на необходимость особой осторожности, если длительности воздействия существенно различаются (например, совместное действие импульсного и непрерывного излучений). В случае, если длительности импульсов или время экспозиции соизмеримы (имеют один порядок), то полагают, что парциальное (на одной длине волны) облучение пропорционально МДУ для данного излучения, то есть суммарное относительное облучение не должно превышать единицы: И, наконец, МЭК настоятельно напоминает об опасности любого облучения, в том числе лазерного, подчеркивая, что МДУ является не порогом безопасности, а лишь усредненным значением (определенным на основе многочисленных экспериментов) уровня опасности повреждения органов зрения (и кожного покрова) человека. Рисунок 2. Предельный угол видения (предполагаемый угол поля зрения): 1 — 0. 012 рад; На практике наиболее вероятно именно рассеянное лазерное облучение. В этом случае важно при определении МДУ облучения перенормировать плотность излучения в диапазоне 0. 4aприведены в таблице 1. 2. Напомним, что при измерении энергетической яркости рассеянного (точнее: со значительным углом расходимости) излучения ее усреднение при измерении МДУ следует выполнять по углуa(см. рисунок 2). Кроме того, поскольку глаза устроены так, что не пропускают к сетчатке УФ и ИК излучение сl>1. 4 мкм, то в этих диапазонах разница между МДУ, указанным в таблице 1. 1, и МДУ, указанным в таблице 1. 2, отсутствует. При принятии должных мер безопасности (защитные очки и др. ) повреждение зрительных органов человека обычно исключается. Однако остается возможность поражения кожных покровов (например, рук при обслуживании лазерной технологической установки). Что касается МДУ лазерного облучения для кожных покровов человека, то их значения, по рекомендации МЭК, отличаются от значений, рассмотренных ранее для глаз, лишь в области видимого и ближнего ИК излучения (l Применение того или иного способа обеспечения безопасности человека при лазерном излучении зависит от стадии изготовления или эксплуатации лазерного прибора. На защиту пользователя от лазерного облучения, превышающего МДУ, нацелены рекомендуемые МЭК конструктивные мероприятия, необходимые при изготовлении лазерных приборов. Поскольку эти мероприятия в той или иной степени обязательны для всех изготовителей лазерных приборов, целесообразно рассмотреть их более подробно. 2. Требования к изготовителям лазерных приборов в связи с обеспечением безопасности пользователей МЭК рекомендует в связи с унификацией требований к конструкциям лазерных приборов разделять эти приборы на четыре класса с точки зрения опасности лазерного излучения для пользователей. Наиболее безопасными как по своей природе (МДУ облучения никак не может быть превышен), так и по конструктивному исполнению являются лазерные приборы класса 1. В связи с таким двойным подходом допустимые пределы излучения (ДПИ) лазерных приборов класса 1 в спектральной области от 0. 4 до 1. 4 мкм, для которой возможно как точечное, так и протяженное повреждение сетчатки, характеризуются значениями в двух аспектах—энергетическом (в ваттах или джоулях) и яркостном. Соответствующие значения приведены в таблице 2. 1 (кроме УФ излучения, а также ИК излучения от 1. 4 мкм) C4=10(l-700)/500; *— Необходимы двойные пределы для класса 1. С7=105(Dt)0. 33; Это маломощные лазерные приборы, излучающие только в видимом (0. 4 Таким образом, лазерные излучатели класса 2 не могут нанести вред человеку помимо его желания. Излучатели этого класса занимают переходное положение между безопасными приборами классов 1, 2 и лазерами класса 4 (которые безусловно требуют принятия мер по защите персонала). В соответствии с этим МЭК рекомендует подразделять лазерные излучатели класса 3 на два подкласса— 3А и 3Б. К ним относят условно безопасные излучатели. Они не способны повредить зрение человека, но при условии неиспользования каких-либо дополнительных оптических приборов для наблюдения прямого лазерного излучения. В соответствии с этим условием мощность видимого излучения непрерывных лазеров подкласса 3А не должна превышать 5 мВт (то есть пятикратного значения ДПИ для класса 2), а облученность— 25 Вт/м2. Допустимая энергетика для других длин волн и длительностей облучения не должна более чем в 5 раз превышать ДПИ для класса 1 (см. таблицу 2. 2). С6=18(Dt)0. 75; *— Здесь и далее необходимы двойные пределы С9=1. 1Ч104(Dt)0. 25; для класса 3А. К ним относят излучатели средней мощности, непосредственное наблюдение которых даже невооруженным (без фокусирующей оптической системы) глазом опасно для зрения. Однако при соблюдении определенных условий—удалении глаза более чем на 13 см от рассеивателя и времени воздействия не более 10 с—допустимо наблюдение диффузно рассеянного излучения. Поэтому непрерывная мощность таких лазеров не может превышать 0. 5 Вт, а энергетическая экспозиция— 100 кДж/м2. Остальные значения ДПИ для лазеров подкласса 3Б приведены в таблице 2. 3. C4=10(l-700)/500; *— Необходимы двойные пределы для класса 3Б. С7=105(Dt)0. 33; Это мощные лазерные установки, способные повредить зрение и кожные покровы человека не только прямым, но и диффузно рассеянным излучением. Значения ДПИ в данном случае превышают значения, принятые для подкласса 3Б. Работа с лазерными излучателями класса 4 требует обязательного соблюдения соответствующих защитных мер. 2. 5. Особенности использования ДПИ при классификации лазерных излучателей Лазерные излучатели, генерирующие на двух или более длинах волн неаддитивно, классифицируют по наибольшему классу опасности для каждой из них. В случае попадания генерируемых волн в один поддиапазон (аддитивные воздействия) поступают аналогично определению МДУ, то есть сумма относительных излучений, нормированных по ДПИ для данной длины волны, не должна превышать единицы: (ИS)отн = Иотн(l1) + Иотн(l1) + .... = Иотн(l1) / ДПИ(l1) + Иотн(l1) / ДПИ(l2) + .... < 1. Если, например, через какое-либо отверстие корпуса защитного кожуха, или при введении оптического зонда, или в случае отказа блокировок лазерное излучение может попасть на человека—его глаза или только на кожные покровы, то классификацию осуществляют с учетом и этого дополнительного облучения. Классификация лазерных приборов, излучающих повторяющиеся импульсы, осуществляют следующим образом. Последовательно определяют класс опасности для: средней мощности импульсов в серии, действующих якобы как один импульс с длительностью, равной длительности серии; наиболее мощного импульса последовательности из n импульсов (за время проведения классификации) при мгновенной частоте повторения импульсов (определяемой по самому короткому интервалу) f>1 Гц. Однако при длительности отдельных импульсовDt10 мкс одиночным считают импульс длительностью T=DtЧn и значение его вклада уменьшают в n раз; наиболее мощного эквивалентного импульса, представляющего собой последовательность (группу) из n10 мкс). В результате лазерному прибору присваивают наиболее высокий класс опасности из вычисленных в пунктах 1—4. Если при определении ДПИ для эквивалентного импульса требования будут более жесткими, то, следуя пунктам 1—3, можно немного уменьшить получаемые значения. Причем если n>10, то нужно следовать пункту 3. Кроме того, 825-й публикацией МЭК предусмотрен целый ряд дополнительных организационно-технических мероприятий, обязательных для изготовителя, по обеспечению безопасности лазерных изделий. В нашей стране на базе проведенных комплексных исследований и современных представлений о влиянии лазерного излучения на организм человека разработан и утвержден ряд нормативных документов, обеспечивающих безопасную эксплуатацию лазерных изделий. Эти документы устанавливают единую систему обеспечения лазерной безопасности. В такую систему входят: технические средства снижения опасных и вредных производственных факторов, организационные мероприятия, контроль условий труда на лазерных установках. В современной отечественной научно-технической и нормативной литературе дано несколько вариантов классификации лазерных изделий. С позиции обеспечения лазерной безопасности их классифицируют по основным физико-техническим параметрам и степени опасности генерируемого излучения. В зависимости от конструкции лазера и конкретных условий его эксплуатации обслуживающий его персонал может быть подвержен воздействию опасных и вредных производственных факторов, перечень которых приведен в ГОСТ 12. 1. 040-83. Уровни опасных и вредных производственных факторов на рабочем месте не должны превышать значений, установленных по электробезопасности, взрывоопасности, шуму, уровням ионизирующего излучения, концентрации токсических веществ и др. 3. 1. Классы опасности лазерного излучения по Степень воздействия лазерного излучения на оператора зависит от физико-технических характеристик лазера—плотности мощности (энергии излучения), длины волны, времени облучения, длительности и периодичности импульсов, площади облучаемой поверхности. Биологический эффект лазерного облучения зависит как от вида воздействия излучения на ткани организма (тепловое, фотохимическое), так и от биологических и физико-химических особенностей самих тканей и органов. 180ё105 нм (т. е. во всем рассматриваемом диапазоне) — для кожи. Нашими гигиенистами выдвинуты требования, в соответствии с которыми в основу проектирования, разработки и эксплуатации лазерной техники должен быть положен принцип исключения воздействия на человека (кроме лечебных целей) лазерного излучения, как прямого, так и зеркально ил диффузно отраженного. В соответствии со СНиП 5804-91 лазерные изделия по степени опасности генерируемого излучения подразделяют на 4 класса. При этом класс опасности лазерного изделия определяется классом опасности используемого в нем лазера. Классификацию лазеров с точки зрения безопасности проводит предприятие-изготовитель путем сравнения выходных характеристик излучения с предельно допустимыми уровнями (ПДУ) при однократном воздействии. Определяя принадлежность лазерного изделия к тому или иному классу по степени опасности лазерного излучения, необходимо учитывать воздействие прямого или отраженного лазерного пучка на глаза и кожу человека и пространственные характеристики лазерного излучения (при этом различают коллимированное излучение, то есть заключенное в ограниченном телесном угле, и неколлимированное, то есть рассеянное или диффузно отраженное). Использование дополнительных оптических систем не входит в понятие "коллимация", а оговаривается отдельно. Лазерные изделия с точки зрения техники безопасности классифицируют в основном по степени опасности генерируемого излучения. Установлены следующие 4 класса лазеров: к нему относят полностью безопасные лазеры, выходное излучение которых не представляет опасности для глаз и кожи человека; к нему относят лазеры, выходное излучение которых представляет опасность при облучении кожи или глаз человека коллимированным пучком. В то же время диффузно отраженное излучение лазеров этого класса безопасно как для кожи, так и для глаз; к нему относят лазерные устройства, работающие в видимой области спектра и выходное излучение которых представляет опасность при облучении как глаз (коллимированным и диффузно отраженным излучением на расстоянии менее 10 см от отражающей поверхности), так и кожи (только коллимированным пучком); наиболее опасный —к нему относят лазерные устройства, даже диффузно отраженное излучение которых представляет опасность для глаз и кожи на расстоянии менее 10 см. При определении класса опасности лазерного излучения учитываются три спектральных диапазона. В соответствии со СНиП 5804-91 регламентируют ПДУ для каждого режима работы лазера и его спектрального диапазона. Нормируемыми параметрами с точки зрения опасности лазерного излучения являются энергия W и мощность P излучения, прошедшего ограничивающую апертуру диаметрами dа=1. 1 мм (в спектральных диапазонах I и II) и dа=7 мм (в диапазоне II); энергетическая экспозиция H и облученность E, усредненные по ограничивающей апертуре: Угловой размер l протяженного источника излучения определяется по формуле (3. 2) где S0 — площадь источника, l — расстояние от точки наблюдения до источника, Q — угол между нормалью к поверхности источника и направлением визирования. В случае протяженного источника излучения вводят дополнительный коэффициент Ві1 для всего диапазона возможных интервалов облучения при l>lпред — углового размере точечного источника. ПДУ лазерного излучения устанавливают для двух условий —однократного и хронического облучения. Под хроническим понимают "систематически повторяющееся воздействие, которому подвергаются люди, профессионально связанные с лазерным излучением". ПДУ при этом определяют как: уровни лазерного излучения, при которых "существует незначительная вероятность возникновения обратимых отклонений в организме" человека; уровни излучения, которые "при работе установленной продолжительности в течение всего трудового стажа не приводят к травме (повреждению), заболеванию или отклонению в состоянии здоровья как самого работающего, так и последующих его поколений". ПДУ хронического воздействия рассчитывают путем уменьшения в 5ё10 раз ПДУ однократного воздействия. ПДУ при одновременном воздействии излучений с разными длинами волн устанавливают так: для кожи и передних сред глаза— в спектральных диапазонах I и III (длина волн 180 где n — число источников излучения, действие которых аддитивно, i — условный порядковый номер источника, — предельно допустимые значения энергии (или мощности) каждого источника; Сi —относительный энерговклад каждого источника, определяемый как отношение энергии (мощности) источника с порядковым номером i к суммарной энергии (мощности) всех источников. Для УФ излучения с длиной волны l=180ё380 нм (как коллимированного, так и рассеянного) при однократном воздействии на глаза и кожу человека нормируют Hпду, Eпду и Wпду, Рпду. В этом спектральном диапазоне диаметр ограничивающей апертуры da=1. 1Ч10-3 м. Поэтому (3. 4) где ПДУ облучения зависит от длительности воздействия и длины волны и кожу коллимированного или рассеянного лазерного излучения Длина волны l, нм Примечания: 1. Во всех случаях Wпду=HпдуЧ10-6; Pпду=EпдуЧ10-6. 2. Для второго спектрального поддиапазона T1=105Ч100. 8(l-295), где l в нанометрах. 3. Ограничивающая апертура составляет 1. 1Ч10-3 м. На практике важное значение имеет предельно допустимая однократная суточная доза. Предельные однократные суточные дозы при облучении глаз и кожи лазерным излучением 3. 2. 2 ПДУ лазерного излучения при облучении глаз в диапазоне 380 3. 2. 3 ПДУ лазерного излучения при облучении кожи в диапазоне 380 Предельные дозы при однократном воздействии на кожу коллимированного или рассеянного лазерного излучения Предельные дозы при однократном воздействии на глаза и кожу коллимированного или рассеянного лазерного излучения 3. 2. 5. Определение класса лазерного изделия по степени опасности излучения, генерируемого лазером Для определения класса опасности лазера (и лазерного изделия в целом) предельно допустимые уровни излучения для глаз и кожи человека в зависимости от режима генерации и спектрального диапазона излучения сопоставляют с ограничениями по классам, данными в таблице 3. 9. * Длительность воздействия непрерывного излучения в диапазонах 180 ** Длительность воздействия непрерывного излучения в диапазоне 380 1. 1. 4. МДУ облучения глаз рассеянным лазерным излучением 8 3. Технико-гигиеническая оценка лазерных изделий в России 16 3. 1. Классы опасности лазерного излучения по СНиП 5804-91 17 3. 2. Гигиеническое нормирование лазерного излучения. 18 3. 2. 4. ПДУ лазерного излучения в диапазоне 1400 |
 |
 |
|
Новости:ПоискРасширенный поиск |
|
© Все права защищены.