Что такое лазерное излучение? Лазерное излучение: его источники и защита от него. Лазерное излучение, способы и средства защиты от него Выбор средств защиты от лазерных излучений

Лазер или оптический квантовый генератор - это генератор электромагнитного излучения оптического диапазона, основанный на использовании вынужденного (стимулированного) излучения. Благодаря своим уникальным свойствам (высокая направленность луча, когерентность) лазеры находят исключительно широкое применение в различных областях промышленности, науки, техники, связи, сельском хозяйстве, медицине, биологии и др.

В основу классификации лазеров положена степень опасности лазерного излучения для обслуживающего персонала. По этой классификации лазеры разделены на четыре класса:

I (безопасные) - выходное излучение не опасно для глаз;

II (малоопасные) - опасно для глаз прямое или зеркально отраженное излучение;

III (среднеопасные) - опасно для глаз прямое, зеркально, а также диффузно отраженное излучение на расстоянии 10 см от отражающей поверхности и (или) для кожи прямое или зеркально отраженное излучение;

IV (высокоопасные) - опасно для кожи диффузно отраженное излучение на расстоянии 10 см от отражающей поверхности.

В качестве ведущих критериев при оценке степени опасности генерируемого лазерного излучения приняты мощность (энергия), длина волны, длительность импульса и экспозиция облучения.

Предельно допустимые уровни, требования к устройству, размещению и безопасной эксплуатации лазеров регламентированы Санитарными нормами и правилами устройства и эксплуатации лазеров от 31.07.1991 № 5804-91, которые позволяют разрабатывать мероприятия по обеспечению безопасных условий труда при работе с лазерами. Санитарные нормы и правила позволяют определить значения предельно допустимых уровней для каждого режима работы, участка оптического диапазона по специальным формулам и таблицам. Предельно допустимые уровни облучения дифференцированы с учетом режимов работы лазеров: непрерывного, моноимпульсного, импульсно-периодического.

В зависимости от специфики технологического процесса работа с лазерным оборудованием может сопровождаться воздействием на персонал главным образом отраженного и рассеянного излучения. Энергия излучения лазеров в биологических объектах (ткань, орган) может претерпевать различные превращения и вызывать органические изменения в облучаемых тканях (первичные эффекты) и неспецифические изменения функционального характера (вторичные эффекты), возникающие в организме в ответ на облучение.

Влияние излучения лазера на органы зрения (от небольших функциональных нарушений до полной потери зрения) зависит в основном от длины волны и локализации воздействия.

При применении лазеров большой мощности и расширении их практического использования возросла опасность случайного повреждения не только органа зрения, но и кожных покровов и даже внутренних органов с дальнейшими изменениями в центральной нервной и эндокринной системах.

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

При использовании лазеров II - III классов опасности 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 допускается в помещения, в которых размещены лазеры, вход лиц, не имеющих отношения к их эксплуатации. Запрещается визуальная юстировка лазеров без средств зашиты.

Для защиты от шума принимаются соответствующие меры звукоизоляции установок, звукопоглощения и др.

К индивидуальным средствам зашиты, обеспечивающим безопасные условия труда при работе с лазерами, относятся специальные очки, щитки, маски, предназначенные для снижения облучения глаз до предельно допустимого уровня. Средства индивидуальной защиты применяются только в том случае, когда коллективные средства защиты не позволяют обеспечить требования санитарных правил.

Для выбора средств защиты лазеры классифицируются по степени опасности:

Класс I (безопасные) - выходное излучение не представ­ляет опасности для глаз и кожи;

Класс II (малоопасные) - выходное излучение представля­ет опасность для глаз прямым и зеркально отраженным излучением;

Класс III (опасные) - опасно для глаз прямое, зеркальное, а также диффузно отраженное излучение на расстоянии 10 см от диффузно отражающей поверхности и для кожи прямое и зеркально отраженное облучение;

Класс IV (высокоопасные) - опасно для кожи диффузно отраженное излучение на расстоянии 10 см от отражаю­щей поверхности.

Энергия лазерного луча уменьшается с расстоянием. Вокруг лазеров определяется граница лазерно-опасной зоны, которая может быть обозначена на полу помещения линией.

Наиболее эффективным методом защиты от ЛИ является эк­ранирование. Луч лазера передается к мишени по волноводу (световоду) или огражденному экраном пространству.

Для снижения уровня отраженного излучения линзы, приз­мы и другие предметы с зеркально отражающей поверхностью, устанавливаемые на пути луча, снабжаются блендами. Для защи­ты от отраженного облучения от объекта (мишени) применяются диафрагмы с отверстием, немного превышающим диаметр луча (рис. 3.37). В этом случае через отверстие диафрагмы проходит только прямой луч, а отраженное излучение от мишени попадает на диафрагму, которая поглощает и рассеивает энергию.

Рис. 3.37. Схема экранирования отраженного излучения лазера блендами и диа­фрагмами: 1 - лазер; 2- бленда; 3- линза; 4- диафрагма; 5 - мишень

На открытых площадках обозначаются опасные зоны и уста­навливаются экраны, предотвращающие распространение излу­чений за пределы зон. Экраны могут быть непрозрачными и прозрачными.

Непрозрачные экраны изготовляются из металлических лис­тов (стали, дюралюминия и др.), гитенакса, пластика, текстоли­та, пластмасс.

Прозрачные экраны из специальных стекол светофильтров или неорганического стекла со спектральной характеристикой, соответствующей длине волны излучения лазера.

Приведение лазера в рабочее состояние обычно блокируется с установкой защитного устройства. Генератор и лампы накачки лазера заключаются в светонепроницаемую камеру. Лампы на­качки должны иметь блокировку, исключающую вспышку лам­пы при открытом положении камеры.

Для основного луча каждого лазера выбирается направление и зона, в которых исключается пребывание людей. Работы с ла­зерными установками проводятся в отдельных помещениях или специально отгороженных частях помещения. Само помещение изнутри, оборудование и другие предметы не должны иметь зер­кально отражающих поверхностей, если на них может падать прямой или отраженный луч лазера. Эти поверхности окрашива­ются в матовые цвета.

Для мишени рекомендуется темная окраска. В помещении должна быть создана хорошая освещенность. Коэффициент есте­ственной освещенности (КЕО) должен быть не менее 1,5 %, а об­щее искусственное освещение не менее 150 л к (см. гл. 2, разд. IV).

При эксплуатации импульсных лазеров с высокой энергией излучения должно применяться дистанционное управление. Ла­зеры IV класса опасности обязательно располагаются в отдель­ном помещении и снабжаются дистанционным управлением. Присутствие в помещении людей при работе такого лазера не допускается.

Средства индивидуальной защиты применяются при недоста­точности для защиты средств коллективной защиты. К СИЗ от­носятся технологические халаты, перчатки (для защиты кожных покровов), специальные очки, маски, щитки (для защиты глаз). Халаты изготовляют из хлопчатобумажной ткани белого, свет­ло-зеленого или голубого цвета. Очки снабжены оранжевыми, сине-зелеными и бесцветными стеклами специальных марок, обеспечивающими защиту от лазерного излучения определенных диапазонов длин волн. Поэтому выбор очков должен соответст­вовать длине волны лазерного излучения.

Защита персонала от лазерного излучения осуществляется техническими, организационными и санитарно-гигиеническими методами и средствами.

К основным организационным мероприятиям относятся:

Рациональное размещение лазерных установок;

Ограничение времени воздействия излучения;

Обучение персонала;

Проведение инструктажей;

Выбор, планировка и внутренняя отделка помещений;

Организация рабочего места.

К техническим мероприятиям относятся:

Применение коллективных средств защиты;

Применение индивидуальных средств защиты.

Санитарно-гигиенические и лечебно-профилактические методы включают:

Контроль за уровнями опасных и вредных производственных факторов на рабочих местах;

Контроль за прохождением персоналом предварительных и периодических медицинских осмотров.

Технические средства защиты применяются для предотвращения воздействия или снижения уровня излучения до допустимых значений, не ограничивая при этом технологических возможностей лазеров и не снижая работоспособность человека. Их защитные характеристики должны оставаться неизменными в течение установленного срока эксплуатации.

К средствам коллективной защиты от лазерного излучения относятся:

1) оградительные устройства (экраны, щиты, смотровые окна, световоды, перегородки, камеры, кожухи, козырьки, бленды и др.), подразделяемые:

По принципу ослабления на поглощающие; отражающие и комбинированные;

По степени ослабления на непрозрачные и частично прозрачные;

2) предохранительные устройства, подразделяемые по конструктивному исполнению на:

Оптические устройства для визуального наблюдения и юстировки с вмонтированными светофильтрами;

Юстировочные лазеры;

Телеметрические и телевизионные системы наблюдения;

Индикаторные устройства;

Устройства автоматического контроля и сигнализации;

Устройства дистанционного управления;

Символы органов управления.

Средства индивидуальной защиты от лазерного излучения включают:

Средства защиты глаз и лица (защитные очки, щитки, насадки);

Средства защиты рук (перчатки);

Специальную одежду (халаты из хлопчатобумажной или бязевой ткани).

Средства индивидуальной защиты глаз и лица применяются только в тех случаях (пусконаладочные, ремонтные, экспериментальные работы), когда коллективные средства не обеспечивают безопасность персонала.

Применение различных средств защиты от лазерного излучения в зависимости от класса опасности лазера приведено в табл. 31.

Расположение защитных устройств в лазерной установке дано на рис. 87. Экраны и элементы оградительных устройств изготавливаются из огнестойких материалов, не выделяющих вредных веществ при высоких температурах. Конструкция лазерной установки должна исключать воздействие на работающих прямых и диффузных лазерных излучений.

Таблица 31

Средства защиты от лазерного излучения

Примечание. ЛОЗ (лазерно-опасная зона) – часть пространства, в пределах которого уровень лазерного излучения превышает предельно допустимый уровень. Юстировка лазера – это совокупность операций по регулировке оптических элементов лазерного изделия для получения требуемых пространственно-энергетических характеристик лазерного излучения.

Лазерное излучение - вынужденное испускание атомами вещества порций-квантов электромагнитного излучения. Слово "лазер" - аббревиатура, образованная из начальных букв английской фразы Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (усиление света с помощью индуцированного излучения). Следовательно, лазер (оптический квантовый генератор) - это генератор электромагнитного излучения оптического диапазона, основанный на использовании вынужденного (стимулированного) излучения . Лазерная установка включает активную (лазерную) среду с оптическим резонатором, источник энергии ее возбуждения и, как правило, систему охлаждения. За счет монохроматичности лазерного луча и его малой расходимости создаются исключительно высокие энергетические экспозиции, позволяющие получить локальный термоэффект. Это является основанием для использования лазерных установок при обработке материалов (резание, сверление, поверхностная закалка и др.), в хирургии и т. д.

Лазерное излучение способно распространяться на значительные расстояния и отражаться от границы раздела двух сред, что позволяет применять это свойство для целей локации, навигации, связи и т. д. Путем подбора тех или иных веществ в качестве активной среды лазер может индуцировать излучение практически на всех длинах волн, начиная с ультрафиолетовых и кончая длинноволновыми инфракрасными. Наибольшее распространение в промышленности получили лазеры, генерирующие электромагнитные излучения с длиной волны 0,33; 0,49; 0,63; 0,69; 1,06; 10,6 мкм.

Основные физические величины , характеризующие лазерное излучение:

Длина волны, мкм;

Энергетическая освещенность (плотность мощности), Вт/м 2 , - отношение потока излучения, падающего на рассматриваемый небольшой участок поверхности, к площади этого участка;

Энергетическая экспозиция, Дж/м 2 , - отношение энергии излучения, определяемой на рассматриваемом участке поверхности, к площади этого участка;

Длительность импульса, с;

длительность воздействия, с, - срок воздействия лазерного излучения на человека в течение рабочей смены;

частота импульсов, Гц, - количество импульсов за 1 с.

Воздействие на человека (при работе с лазерными установками) оказывают прямое (непосредственно из лазера), рассеянное и отраженное излучения. Степень неблагоприятного воздействия зависит от параметров лазерного излучения, прежде всего от длины волны, мощности (энергии) излучения, длительности воздействия, частоты следования импульсов, а также от размеров облучаемой области ("размерный эффект") и анатомо-физиологических особенностей облучаемой ткани (глаза, кожа).

Энергия лазерного излучения, поглощенная тканями, преобразуется в другие виды энергии: тепловую, механическую, энергию фотохимических процессов, что может вызывать ряд эффектов: тепловой, ударный, светового давления и пр.

В настоящее время доказано, что на месте воздействия луча лазера возникает первичный биологический эффект - ожог с резким повышением температуры. Локальное повышение температуры приводит к вскипанию тканевой, межтканевой и клеточной жидкости, образованию пара и огромному давлению. Последующий взрыв и ударная волна распространяются на окружающие ткани, вызывая их гибель.

Лазерное излучение представляет опасность для глаз. Могут быть поражены сетчатка, роговица, радужка, хрусталик. Короткие импульсы (0,1-10…14 с), которые генерируют лазеры, способны вызвать повреждения за значительно более короткий промежуток времени, чем тот, который необходим для срабатывания защитных физиологических механизмов (мигательный рефлекс 0,1 с). Отражающая способность кожного покрова в видимой области спектра высокая. Лазерное излучение дальней инфракрасной области начинает сильно поглощаться кожей, возникает опасность ожогов. Данные исследований свидетельствуют о том, что лазерное излучение видимой области спектра вызывает сдвиги в функционировании эндокринной и иммунной систем, центральной и периферической нервной системы, белкового, углеводного и липидного обмена. Длительное хроническое действие Л. и. длиной волны 1,06 мкм вызывает вегетативно-сосудистые нарушения. Практически все исследователи, изучавшие состояние здоровья лиц, обслуживающих лазеры, подчеркивают более высокую частоту обнаружения у них астенических и вегетативно-сосудистых расстройств. Наиболее характерными у работающих с лазерами являются астения и вегетососудистая дистония.

Лазерное излучение нормируется ГОСТ 12.1.040-83 «ССБТ. Лазерная безопасность. Общие положения» и Санитарными правилами и нормами 2.2.4.13-2-2006 "Лазерное излучение и гигиенические требования при эксплуатации лазерных изделий".

По степени опасности генерируемого излучения лазеры подразделяются на четыре класса. К лазерам I класса относят полностью безопасные лазеры, то есть такие лазеры, выходное коллимированное излучение которых не представляет опасности при облучении глаз и кожи. Лазеры II класса - это лазеры, выходное излучение которых представляет опасность при облучении кожи или глаз человека коллимированным пучком (опасность при облучении кожи существует только в I и III спектральных диапазонах); диффузно отраженное излучение безопасно как для кожи, так и для глаз. 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. Четвертый (IV) класс включает такие лазеры, диффузно отраженное излучение которых представляет опасность для глаз и кожи на расстоянии 10 см от отражающей поверхности.

Класс опасности лазерного изделия определяется классом используемого в нем лазера.

Биологические эффекты воздействия лазерного излучения на организм определяются механизмами взаимодействия излучения с тканями (тепловой, фотохимический, ударно-акустический и др.) и зависят от длины волны излучения, длительности импульса (воздействия), частоты следования импульсов, площади облучаемого участка, а также от биологических и физико-химических особенностей облучаемых тканей и органов. Излучение с длиной волны от 380 до 1400 нм представляет наибольшую опасность для сетчатой оболочки глаза, а излучение с длиной волны от 180 до 380 нм и свыше 1400 нм - для передних сред глаза. Повреждение кожи может быть вызвано излучением любой длины волны рассматриваемого спектрального диапазона 180…10 2 нм.

12. Предельно допустимые уровни (ПДУ) ЛИ устанавливаются для двух условий облучения - однократного и хронического для трех диапазонов длин волн:

I. 180 ˂λ≤ 380 нм;

II. 380 ˂λ≤1400;

III. 1400 ˂λ≤ 10 5 .

13. Нормируемыми параметрами ЛИ являются энергетическая экспозиция и облученность, усредненные по ограничивающей апертуре.

Защита от лазерного излучения осуществляется организационно-техническими, санитарно-гигиеническими и лечебно-профилактическими методами.

Организационно-технические методы:

Выбор, планировка и внутренняя отделка помещений;

Рациональное размещение лазерных установок и порядок их обслуживания;

Использование минимального уровня излучения для достижения поставленной цели;

- организация рабочего места (применение средств защиты, ограничение времени воздействия излучения, проведение инструктажа и назначение лиц, ответственных за организацию и проведение работ);

- обучение персонала.

Санитарно-гигиенические и лечебно-профилактические методы:

контроль за уровнями вредных и опасных факторов на рабочих местах;

контроль за прохождением персоналом предварительных и периодических медицинских осмотров.

Средства защиты от лазерного излучения должны обеспечивать предотвращение воздействия излучения или снижение его величины до уровня, не превышающего допустимого. К средствам коллективной защиты (СКЗ) относятся: ограждения, защитные экраны, блокировки и автоматические затворы, кожухи и др. Они должны предусматриваться на стадии проектирования и монтажа лазеров, при организации рабочих мест, при выборе эксплуатационных параметров.

Средства индивидуальной защиты (СИЗ) от включают: защитные очки, щитки, маски и др.

Выбор средств защиты должен производиться в зависимости от класса лазера, интенсивности излучения в рабочей зоне, характера выполняемой работы. Показатели защитных свойств средств защиты не должны снижаться под воздействием др. вредных и опасных факторов (вибрации, температуры и т. д.). Конструкция средств защиты должна обеспечивать возможность смены основных элементов (светофильтров, экранов, смотровых стекол и пр.). СИЗ глаз и лица (защитные очки и щитки), снижающие интенсивность Л. и. до ПДУ, должны применяться только в тех случаях (пусконаладочные, ремонтные и экспериментальные работы), когда СКЗ не обеспечивают безопасность персонала.

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%.