Лазерное излучение

Введение

1. Физическая сущность лазерного излучения
2. Воздействие лазерного излучения на организм
3. Нормирование лазерного излучения
4. Методы защиты от лазерного излучения

 

1.Физическая сущность лазерного излучения 

     Лазер (от английского Lighting amplification by stimulated emission of radiation) - устройство, предназначенный для выработки и усиления электромагнитной энергии оптического диапазона частот с использованием процесса управляемой индукционной эмиссии. Он работает на принципе индуцированного излучения, получаемого при оптической накачке (например, воздействием импульсов света) термически неравновесной (активной) среды, в качестве которой служат диэлектрические кристаллы, стекло, газы, полупроводники и плазма.

     Отдельные атомы таких материалов при попадании  на них фотона обладают свойствами перехода с верхнего энергетического уровня на нижний уровень с испусканием двух фотонов, индуцированных с той же частотой, поляризацией и направлением распространения.

     Примером  может служить рубиновый оптический квантовый генератор, в котором рабочим телом является рубин. Мощность в импульсе составляет около 100 МВт при мощности на возбуждение около 20 кВт/см³, а температура, создаваемая лазерным пучком, может достигать 10¹⁵ К (примерно в 10¹¹ раз больше температуры Солнца).

     Существуют  и другие виды лазеров с твердым  телом, например из ниодимового стекла, флюоритита кальция с примесью атомов таких редкоземельных элементов, как  диспрозий, самарий и пр. (длина  волны излучения равна 1,06 мкм), или  газовые лазеры, например гелий – ниодимовые лазеры (длина волны излучения равна 632,8 нм; 1,15 и 3,39 мкм) и др.

     В процессе изготовления, испытания и  эксплуатации лазерных изделий на обслуживающий  персонал могут воздействовать физические, химические и психофизиологические опасные и вредные факторы.

     К физическим факторам относятся:

• Лазерное излучение (прямое, рассеянное, зеркальное или диффузно отраженное);
• Высокое напряжение в цепях управления и источниках электропитания лазера (лазерных установок);
• Повышенный уровень ультрафиолетовой радиации от импульсных ламп накачки или кварцевых газоразрядных трубок в рабочей зоне;
• Повышенная яркость света от импульсных ламп накачки и зоны взаимодействия лазерного излучения с материалом мишени;
• Повышенный шум и вибрация на рабочем месте, возникающие при работе лазера (лазерной установки);
• Повышенный уровень ионизирующего рентгеновского излучения от газоразрядных трубок и др. элементов, работающих при анодном напряжении более 5 кВ;
• Повышенный уровень электромагнитных излучений ВЧ – и СВЧ – диапазонов в рабочей зоне;
• Повышенный уровень инфракрасной радиации в рабочей зоне;
• Повышенная температура поверхностей оборудования;
• Взрывоопасность в системах накачки лазеров;
• Возможность взрывов и пожаров при попадании лазерного излучения на горючие материалы.

     К химическим факторам относятся:

• Загрязнение воздуха рабочей зоны продуктами взаимодействия лазерного излучения с мишенью и радиолиза воздуха (озон, окислы азота и др);
• Токсические газы и пары от лазерных систем с прокачкой хладагентов и др.

       Психофизиологические факторы – это:

• Монотония, гипокинезия, эмоциональная напряженность, психологический дискомфорт;
• Локальные нагрузки на мышцы и кисти предплечья; напряженность анализаторных функций (зрение, слух).

     Таблица 1

 

       Наличие опасных и вредных факторов в зависимости от класса лазера (классы лазеров приведены в табл. 1) приведено в табл. 2.

     Таблица 2

 

     Воздействие лазерного излучения  на организм

       Лазерное излучение представляет собой вид электромагнитного излучения, генерируемого в оптическом диапазоне длин волн 0,1…1000 мкм. Отличие его от других видов излучения заключается в монохромности, когерентности и высокой степени направленности. Благодаря малой расходимости луча лазера плотность потока мощности может достигать 10¹⁶…10¹⁷ Вт/м².

     Эффекты воздействия (тепловой, фотохимический, ударно – акустический и др.) определяются механизмом взаимодействия лазерного  излучения с тканями и зависят  от энергетических и временных параметров излучения, а также от биологических и физики – химических особенностей облучаемых тканей и органов.

     Лазерное  излучение представляет особую опасность  для тканей, максимально поглощающих  излучение. Сравнительно легкая уязвимость роговицы и хрусталика глаза, а также способность оптической системы глаза многократно увеличивать плотность энергии(мощность) излучения видимого и ближнего инфракрасного диапазона (780<λ<1400 нм) на глазном дне по отношению к роговице делают глаз наиболее уязвимым органом.

     При повреждении появляется боль в глазах, спазм век, слезотечение, отек век  и глазного яблока, помутнение сетчатки, кровоизлияние.  Клетки сетчатки после  повреждения не восстанавливаются.

     Ультрафиолетовое  излучение вызывает фотокератит, средневолновое инфракрасное излучение(1400<λ<3000 нм) может вызвать отек, катаракту и ожог роговой оболочки глаза; дальнее ИК – излучение (3000<λ<10⁶ нм) – ожог роговицы.

     Повреждение кожи может быть вызвано лазерным излучением любой длинны волны в спектральном диапазоне 180…100000 нм. Характер поражения кожи аналогичен термическим ожогам. Степень тяжести повреждения кожи, а в некоторых случаях и всего организма, зависит от энергии излучения, длительности воздействия, площади поражения, ее локализации, добавления вторичных источников воздействия (горение, тление). Минимальное повреждение кожи развивается при плотности энергии 1000…10000 Дж/м².

     Лазерное  излучение дальней инфракрасной области (>1400 нм) способно проникать через ткани тела на значительную глубину, поражая внутренние органы (прямое лазерное излучение).

     Длительное  хроническое действие диффузно отраженного  лазерного излучения нетепловой интенсивности может вызывать неспецифические, преимущественно вегетативно –  сосудистые нарушения; функциональные сдвиги могут наблюдаться со стороны нервной, сердечно – сосудистой системы, желез внутренней секреции. Работающие жалуются на головные боли, повышенную утомляемость, раздражительность, потливость. 

     Нормирование  лазерного излучения 

     Основными нормативными правовыми актами при оценке условий труда являются:

     "Санитарные  нормы и правила устройства  и эксплуатации лазеров" №  2392-81; методические рекомендации "Гигиена  труда при работе с лазерами", утвержденные МЗ РСФСР 27.04.81 г.;

     ГОСТ 24713-81 "Методы измерений параметров лазерного излучения. Классификация"; ГОСТ 24714-81 "Лазеры. Методы измерения параметров излучения. Общие положения"; ГОСТ 12.1.040-83 "Лазерная безопасность. Общие положения"; ГОСТ 12.1.031 -81 "Лазеры. Методы дозиметрического контроля лазерного излучения".

     Предупреждение  поражений лазерным излучением включает систему мер инженерно-технического, планировочного, организационного, санитарно-гигиенического характера.

     При использовании лазеров II-III классов  в целях исключения облучения  персонала необходимо либо ограждение лазерной зоны, либо экранирование пучка излучения. Экраны и ограждения должны изготавливаться из материалов с наименьшим коэффициентом отражения, быть огнестойкими и не выделять токсических веществ при воздействии на них лазерного излучения.

     Лазеры IV класса опасности размещаются  в отдельных изолированных помещениях и обеспечиваются дистанционным  управлением их работой.

     При размещении в одном помещении  нескольких лазеров следует исключить  возможность взаимного облучения  операторов, работающих на различных установках. Не допускаются в помещения, где размещены лазеры, лица, не имеющие отношения к их эксплуатации. Запрещается визуальная юстировка лазеров без средств защиты.

     Для удаления возможных токсических  газов, паров и пыли оборудуется приточно-вытяжная вентиляция с механическим побуждением. Для защиты от шума принимаются соответствующие меры звукоизоляции установок, звукопоглощения и др.

     К индивидуальным средствам защиты, обеспечивающим безопасные условия труда при  работе с лазерами, относятся специальные очки, щитки, маски, обеспечивающие снижение облучения глаз до ПДУ.

     Средства  индивидуальной защиты применяются  только в том случае, когда коллективные средства защиты не позволяют обеспечить требования санитарных правил. 

     Методы  защиты от лазерного  излучения 

     К организационным защитным мероприятиям относятся:

• Организация рабочих мест с определением всех необходимых защитных мероприятий и учетом специфики конкретных обстоятельств использования лазерных установок;
• Обучение персонала и контроль знаний правил техники безопасности;
• Организация медицинского контроля и т.д.

     Технические мероприятия и средства защиты подразделяются на коллективные и индивидуальные. Коллективные включают в себя:

• Средства нормализации внешней среды;
• Автоматические системы управления технологическим процессом;
• Использование предохранительных устройств, приборов, различных ограждений лазерно – опасной зоны;
• Использование телеметрических и телевизионных систем наблюдения;
• Применение заземления, зануления, блокировки и т.д.