Вопросы лазерной безопасности

Вопросы лазерной безопасности

Московский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции

и ордена Трудового Красного Знамени

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

имени Н. Э. Баумана.

_____________________________________________________________

Факультет РЛ

Кафедра РЛ 2

Реферат по теме

"Вопросы лазерной

безопасности"

студента

Майорова Павла

Леонидовича, группа РЛ 3-81.

Руководитель

Щетинкин

Владимир Савельевич.

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.

1.1. Воздействие лазерного излучения на органы зрения

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]

1.1.1. МДУ прямого облучения сетчатки

Кроме длины волны (, 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 ( 0.4700 нм ) до полностью невидимого ближнего ИК-излучения (

(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 ((=550 нм) и более

коротковолнового ((>400 нм) видимого света МДУ составляет 100 Дж/м2. Что

касается "теплых" цветов (550103(104 c) 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 (1 Гц МДУ одиночного импульса должен быть уменьшен в

С5 раз:

[pic] (1.1)

Если длительность отдельных импульсов (t в последовательности

превышает 10 мкс ( а частота следования f>1 Гц), то для импульса

длительностью N(t 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:

1) если (t 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;

2) если (t 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((-295)/5 c; если (t(

приведены 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 углу ( (см. рисунок 2).

Кроме того, поскольку глаза устроены так, что не пропускают к сетчатке УФ и

ИК излучение с (>1.4 мкм, то в этих диапазонах разница между МДУ, указанным

в таблице 1.1, и МДУ, указанным в таблице 1.2, отсутствует.

[pic]

Таблица 1.2

МДУ облучения глаз человека рассеянным лазерным излучением

|Длина |МДУ |

|волны |Единиц|Услови|При длительности экспозиции (t, с |

| |а |е | |

|(, нм |изме-р| |(10-9 |От |От |От 10 |От 103|От 104|

| |ения | | |10-9 |10-7 |до 103|до 104|до |

| | | | |до |до 10 | | |3(104 |

| | | | |10-7 | | | | |

|От 200|ГВт/м2|— |30 |— |— |— |— |— |

|до |Дж/м2 |— |— |30 |30 |30 |30 |30 |

|302.5 | | | | | | | | |

|От |Дж/м2 |При |— |C1 |C1 |— |— |— |

|302.5 | |(t(T1 | | | | | | |

|до 315| | | | | | | | |

| |Дж/м2 |При |— |C2 |C2 |— |— |— |

| | |(t(T1 | | | | | | |

| |Дж/м2 |— |— |— |— |C2 |C2 |C2 |

| |ГВт/м2|— |30 |— |— |— |— |— |

|От 315|Вт/м2 |— |3(1010|— |— |— |10 |10 |

|до 400|Дж/м2 |— |— |C1 |C1 |104 |— |— |

|От 400|Вт/м2 |— |1011 |— |— |— |— |21 |

| |ср | | | | | | | |

|до 550|Дж/м2 |— |— |С7 |С7 |2.1(10|2.1(10|— |

| |ср | | | | |5 |5 | |

|От 550|Дж/м2 |При |— |— |— |2С8 |2С8 |— |

|до 700|ср |(t(T2 | | | | | | |

| |Дж/м2 |При |— |— |— |2.1(10|2.1(10|— |

| |ср |(t(T2 | | | |5С3 |5С3 | |

| |Дж/м2 |— |— |С7 |С7 |— |— |— |

| |ср | | | | | | | |

| |Вт/м2 |— |1011 |— |— |— |— |21С3 |

| |ср | | | | | | | |

|От 700|Дж/м2 |— |— |С4С7 |С4С7 |2С4С8 |— |— |

| |ср | | | | | | | |

|до |кВт/м2|— |С4(108|— |— |— |6.4С4 |6.4С4 |

|1050 |ср | | | | | | | |

|От |Дж/м2 |— |— |5С7 |5С7 |10С8 |— |— |

|1050 |ср | | | | | | | |

|до |Вт/м2 |— |5(1011|— |— |— |3.2(10|3.2(10|

|1400 |ср | | | | | |4 |4 |

|От |Дж/м2 |— | |100 |С1 |— |— |— |

|1400 | | | | | | | | |

|до 106|Вт/м2 |— |1011 |— |— |103 |103 |103 |

С1=5.6(103((t)0.25; T1=100.8((-295)-15;

C2=100.2((-295); T2=101+0.02((-550);

C3=100.015((-550);

C4=10((-700)/500;

С7=105((t)0.33;

С8=1.9(104((t)0.75;

[pic]

Таблица 1.3

МДУ облучения наружных покровов человека

|Длина |МДУ |

|волны |Единица|Условие|При длительности экспозиции (t, с |

|(, нм |изме-ре| |(10-9 |От 10-9|От 10-7|От 10 |От 103 |

| |ния | | |до 10-7|до 10 |до 103 |до |

| | | | | | | |3(104 |

|От 200 |Дж/м2 |— |— |30 |30 |30 |30 |

|до |ГВт/м2 |— |30 |— |— |— |— |

|302.5 | | | | | | | |

|От |Дж/м2 |При |— |C1 |C1 |— |— |

|302.5 | |(t(T1 | | | | | |

|до 315 |Дж/м2 |При |— |C2 |C2 |— |— |

| | |(t(T1 | | | | | |

| |Дж/м2 |— |— |— |— |— |— |

| |Вт/м2 |— |3(1010 |— |— |10-3С3 |10-3С2 |

|От 315 |Дж/м2 |— |— |С1 |С1 |104 |— |

|до 400 |Вт/м2 |— |3(1010 |— |— |— |10 |

|От 400 |Дж/м2 |— |— |200 |С9 |— |— |

|до 1400|Вт/м2 |— |2(1011 |— |— |2000 |2000 |

|От 1400|Дж/м2 |— |— |100 |С1 |— |— |

|до 106 |Вт/м2 |— |1011 |— |— |1000 |1000 |

С1=5.6(103((t)0.25; T1=100.8((-295)-15;

C2=100.2((-295);

С9=1.1(104((t)0.25;

[pic]

1.2. МДУ лазерного облучения кожных покровов

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 ((1 Гц.

Однако при длительности отдельных импульсов (t10 мкс одиночным считают импульс

длительностью T=(t(n и значение его вклада уменьшают в n раз;

4. 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.

3. Технико-гигиеническая оценка лазерных изделий в России

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

СНиП 5804-91

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.

Наиболее опасно лазерное излучение с длиной волны:

380(1400 нм — для сетчатки глаза,

180(380 нм и свыше 1400 нм — для передних сред глаза,

180(105 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:

1 к нему относят полностью безопасные лазеры, выходное излучение

которых не представляет опасности для глаз и кожи человека;

2 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;

3 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);

4 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.

[pic]

Таблица 3.1

|Класс | |

|опасности |180(((380 |380(((1400 |1400(((105 |

|лазерного |Диапазон |

|излучения |I |II |III |

|1 |+ |+ |+ |

|2 |+ |+ |+ |

|3 |— |+ |— |

|4 |+ |+ |+ |

[pic]

3.2. Гигиеническое нормирование лазерного излучения.

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:

H=W/Sa; E=P/Sa (3.1)

где Sa — площадь ограничивающей апертуры.

Угловой размер ( протяженного источника излучения определяется по

формуле

[pic] (3.2)

где S0 — площадь источника, l — расстояние от точки наблюдения до

источника, ( — угол между нормалью к поверхности источника и направлением

визирования.

В случае протяженного источника излучения вводят дополнительный

коэффициент В(1 для всего диапазона возможных интервалов облучения при

(>(пред — 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:

1) уровни лазерного излучения, при которых "существует незначительная

вероятность возникновения обратимых отклонений в организме"

человека;

2) 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 5(10 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 180102 |EПДУ=5(102 |

|500(((900 |10-10(t(3 |HПДУ=[pic] |

| |3(t(102 |EПДУ=[pic] |

| |t>102 |EПДУ=5(102 |

|900(((1400 |10-10(t(1 |HПДУ=[pic] |

| |1(t(102 |EПДУ=[pic] |

| |t>102 |EПДУ=5(102 |

Примечания: 1. Ограничивающая апертура = 1.1(10-3 м.

2. Wпду =10-6Hпду; Pпду =10-6Eпду.

[pic]

3.2.4. ПДУ лазерного излучения в диапазоне 1400102 |EПДУ=5(102 |

|1800(((2500 |10-10(t(3 |HПДУ=[pic] |

| |3(t(102 |EПДУ=[pic] |

| |t>102 |EПДУ=5(102 |

|250(((105 |10-10(t(10-1 |HПДУ=[pic] |

| |10-1(t(1 |HПДУ=[pic] |

| |1(t(102 |EПДУ=[pic] |

| |t>102 |EПДУ=5(102 |

Примечания: 1. Ограничивающая апертура = 1.1(10-3 м.

2. Wпду =10-6Hпду; Pпду =10-6Eпду.

[pic]

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.

[pic]

Таблица 3.9

Соотношения для определения классов по

степени опасности генерируемого излучения

|Длина |Класс |Режим генерации излучения |

|волны |опас- |Одиночные импульсы |Серии импульсов |Непрерывное излучение |

|(, нм |ности | | | |

|180((10-2(Hпду(tи) |Wic(tи)>((10-2(Hпду(tи) |P(t)>((10-2(Eпду(tи) * |

| |4 |[pic](tи)>((10-2(H(пду((3(104|[pic](tи)>((10-2(H(пду((3(104|[pic](ti)ti>((10-2(H(пду((3(1|

| | |) |) |04) |

|380((104(Wпду(tи) ***|Wс(t)>((104(Wспду(t) ***|P(t)>((104(Pпду(t) * |

| | | | |*** |

Окончание таблицы 3.9

|Длина |Класс |Режим генерации излучения |

|волны |опас- |Одиночные импульсы |Серии импульсов |Непрерывное излучение |

|(, нм |ности | | | |

|750((10-2(Hпду(tи) |Wс(t)>((10-2(Hспду(t) |P(t)>((10-2(Eпду(t) * |

| | |*** |*** |*** |

|1400((10-2(Hпду(tи) |Wс(t)>((10-2(Hспду(t) |P(t)>((10-2(Eпду(t) * |

* Длительность воздействия непрерывного излучения в

диапазонах 180<((380 нм, 750<((1400 нм и 1400<((105 нм составляет 10 с

(наиболее вероятное время пребывания человека в состоянии полной

неподвижности).

** Длительность воздействия непрерывного излучения в диапазоне

380<((750 нм составляет 0.25 с (время мигательного рефлекса).

*** Предельно допустимые уровни Нпду и Епду для кожи.

[pic]

Оглавление

1.1. Воздействие лазерного излучения на органы зрения 2

1.1.1. МДУ прямого облучения сетчатки 2

1.1.2. МДУ для наружных покровов глаз человека 5

1.1.3. Представление МДУ облучения как

поверхности в координатах ( — (t 6

1.1.4. МДУ облучения глаз рассеянным лазерным излучением 8

1.2. МДУ лазерного облучения кожных покровов 10

2. Требования к изготовителям лазерных приборов в связи с

обеспечением безопасности пользователей 11

2.1. Лазерные излучатели класса 1 11

2.2. Лазерные излучатели класса 2 12

2.3. Лазерные излучатели класса 3 13

2.3.1. Лазерные излучатели подкласса 3А 13

2.3.2. Лазерные излучатели подкласса 3Б 14

2.4. Лазерные излучатели класса 4 15

2.5. Особенности использования ДПИ при классификации

лазерных излучателей 15

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

3.2.1. ПДУ лазерного излучения УФ диапазона 20

3.2.2 ПДУ лазерного излучения при облучении

глаз в диапазоне 380<((1400 нм 21

3.2.3 ПДУ лазерного излучения при облучении

кожи в диапазоне 380<((1400 нм 22

3.2.4. ПДУ лазерного излучения в диапазоне 1400<((105 нм 22

3.2.5. Определение класса лазерного изделия по

степени опасности излучения, генерируемого лазером 23

[pic]

-----------------------

[1] Световой диаметр зрачка при расчете МДУ облучения принимают обычно

равным 7 мм. Это не всегда соответствует действительности. Например, при

большой светлоте ( физиологическая оценка яркости ) фона — из-за световой

адаптации, в пожилом возрасте — из-за уменьшения чувствительности световых

рецепторов.