Методы защиты от лазерного излучения. Защита от ионизирующих излучений

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 экра-нирование. 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. В этом случае через отверстие диафрагмы проходит только прямой луч, а отраженное излучение от мишени попадает на диафрагму, которая поглощает и рассеивает энергию.

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.

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.

Лазер считается одним из самых идеальных предвидений Альберта Эйнштейна. Он активно твердил о том, что атомы могут излучать свет. Данная теория подтвердилась через полвека, когда Прохоров, Басов изобрели квантовый генератор. Лазер способен давать особое излучение. В современном мире они широко используются в медицине, в разных областях техники, в шоу и представлениях на эстраде. Несмотря на сумасшедшую популярность, важно разобраться, какое воздействие осуществляется на человеческий организм.

Специфика излучения

Лазерное излучение рождается в атомах, так же как и простой свет. Однако для этого необходимы специальные физические процессы, благодаря которым, происходит необходимое влияние внешнего поля – электромагнитного. Именно поэтому излучение принято считать стимулированным, вынужденным. Для измерения его мощности используют особый прибор – измеритель для этого используются многие способы.

Простыми словами, лазерное излучение представляет собой волны электромагнитные, которые распространяются параллельно друг другу. Именно поэтому лазерный луч обладает острой направленностью, очень маленьким углом рассеивания, а также повышенной интенсивностью влияния на поверхность, которая подвергается облучению.

Чем же отличается лазерное излучение оттого, которое получается от лампы? Следует отметить, что лапа накапливания считается рукотворным источником освещения, который дает волны электромагнитные, что отличается от лазерного. Угол распространения в спектральном диапазоне составляет триста шестьдесят градусов.

Воздействие лазера на человеческий организм

По причине различного использования квантового генератора, многие ученые и медики решили изучить лазерное излучение, а также его воздействие на организм человека. Благодаря многочисленным опытам, научным работам, стало известно, что излучение лазерное имеет такие свойства:

• в процессе взаимодействия с источником подобного излучения, повреждающим фактором может выступать установка и отраженные лучи;
• тяжесть поражения напрямую связана с параметрами локализации облучения, электромагнитных волн;
• энергия, которая поглощается подобными тканями, вызывает перечень негативных, вредных эффектов, а именно – световых, тепловых и прочих.

В момент биологического действия такого излучения поражение происходит в определенной последовательности:

• Резко повышается температура тела, которая сопровождается ожогами.
• Затем закипает межтканевая, клеточная жидкость.
• Пар, который образуется в результате подобного процесса, оказывает невероятное давление, поэтому все заканчивается взрывом, своеобразной волной ударной, разрушающей ткани.

Малая, средняя интенсивность облучений оказывает поражающий эффект на кожу. Если происходит более серьезное облучение, то повреждения проявляются отеками на кожном покрове, омертвением участков тела, кровоизлиянием. Относительно внутренних тканей – они сильно трансформируются. Основная опасность источает от зеркально отраженного, прямого излучения. Такой процесс становится причиной серьезных изменений в работе всех внутренних систем, органов.

Больше всего страдают органы зрения – глаза, именно поэтому при работе с лазером, необходимо носить специальные защитные очки.

Лазер генерирует короткие импульсы облучения, которые провоцируют сильнейшее повреждение роговицы и сетчатки, хрусталика, а также радужной оболочки глаза.

Существует три основных причины для таких явлений:

• За короткий отрезок времени, в течение которого срабатывает лазерное излучение, мигательный рефлекс не успевает вовремя сработать.
• Роговица и оболочка считаются наиболее уязвимыми.
• Пагубное воздействие спровоцировано оптической системой глаза, которая фокусирует излучение на дне глаза. Точка лазера попадает на сосуды сетчатки, закупоривая ее. Учитывая то, что там отсутствуют рецепторы, отвечающие за боль, повреждение сетчатки практически незаметно. Если выжженная часть глаза обретает большие размеры, изображения предметов, попадающие на нее – просто испаряются.

Характерные признаки поражения органов зрения:

• наблюдается кровоизлияние в клетчатке;
• отечность век;
• болезненные ощущения в глазах;
• помутнение, размытое изображение;
• спазмы век.

В результате подобных повреждений, восстановить клетки сетчатки невозможно! Сила излучения, которая вызывает повреждение глаз, обладает более низким уровнем, чем-то облучение, которое поражает кожный покров. Основную опасность несут все лазеры инфракрасные. Помимо этого, все приборы, которые дают излучение видимого спектра с размером мощности более 5 мвт – чрезвычайно опасны для человека!

Основные способы защиты на производстве

Большинство людей сразу подумают о том, что понадобятся одни защитные очки от лазерного излучения, но их будет недостаточно. Учитывая то, что множество людей работает на предприятиях с квантовыми генераторами, важно знать главные предписания, нормы, касающиеся защиты от подобного облучения. Они состоят из индивидуальной, общей защиты, так как все зависит от степени опасности, которую несет установка с лазером.

Можно насчитать четыре группы опасности, о которых должен предупредит производитель. Для человеческого организма опасны те лазеры, которые входят во вторую, третью, четвертую группу. К коллективным средствам защиты можно отнести кожухи, экраны защитные и световоды, блокировка и сигнализация, телеметрические способы слежения, ограждение места с облучением, которое превышает допустимую норму.

Что касается индивидуальной защиты работников, то их необходимо обеспечить специальной одеждой. Что касается глаз, то потребуются защитные очки, имеющие специальное покрытие. Очки помогут вам сократить уровень негативного воздействия, сохранить зрение и здоровье глаз. Идеальная профилактика подобного облучения – современное посещение врача, соблюдение всех правил безопасности.

Важно всегда носит очки защитные, спецодежду, так можно уберечь себя и свое здоровье от проблем.

Меры защиты от лазерных гаджетов

Участились случаи, когда люди пользуются в быту без особого контроля светильниками, лазерами самодельными, фонариками лазерными и световыми указками, не понимая, какую они несут опасность. Даже при их использовании необходимо носить защитные очки. Чтобы предотвратить печальные последствия, важно всегда помнить:

• носить защитные очки;
• особую опасность несут те лучи, которые отражаются от пряжек, стекла, предметов;
• защитные очки обязаны подходить длине волны всего излучения от лазера;
• «играть» с лазером можно там, где нет людей;
• если луч с небольшой интенсивностью попадет в глаза спортсмену, пилоту или же водителю, может произойти трагедия;
• хранение подобных гаджетов – в недоступном месте для детей, подростков;
• запрещается смотреть в объектив, который является источником излучения.

Стоит помнить, что лазерные гаджеты, генераторы квантовые, способны нести огромную угрозу для окружающих, а также их обладателей. Тщательное соблюдение правил безопасности позволит вам обезопасит себя. Защитные очки это — не аксессуар, а надежная и эффективная защита.

Польза низкоинтенсивного излучения

В современной дерматологии, косметологии особой популярностью пользуется низкоинтенсивное лазерное излучение. В процессе воздействия подобным излучением на организм человека, можно наблюдать положительные трансформации:

• ликвидируются все воспалительные процессы, протекающие в организме;
• замедляется старение клеток и ткани;
• укрепляется общий, местный иммунитет;
• происходит антибактериальное влияние;
• повышается эластичность кожного покрова;
• утолщается эпидермальный слой;
• реконструируется дерма;
• увеличивается численность сальных, потовых желез, за счет нормализации их полноценной активности;
• фиксируется скопление жира, увеличивается мышечная масса, благодаря улучшенным процессам обмена веществ;
• за счет хорошего питания тканей и клеток, усиленной циркуляции крови, наблюдается активный рост волос.

Подобный положительный эффект возможен благодаря длительному, систематическому лечению. Первый результат заметен спустя три сеанса, но в основном требуется не менее 10-30 терапий. Чтобы закрепить результат, профилактика проводится трижды в год по 10 сеансов.

Измерение мощности излучений

Что касается энергии и мощности излучений, то это совершенно разные, но связаны между собой величины, ими называют параметры энергетические. Измерение энергии, мощности, производится разными способами, а также теми, которые используют в СВЧ-диапазоне. Понадобится специальный измеритель.

Измеритель мощности бывает следующим:

• Фотоэлектрический измеритель мощности лазерного излучения. Практически каждый фотоприемник, который имеет выходной сигнал пропорционально падающему потоку, позволит провести измерение мощности от непрерывных излучений. С этой целью понадобится полупроводниковый фотоприемник.
• Измеритель большой мощности излучения. Для этой цели потребуются эффекты в кристаллах. Например, измеритель мощности сегнетоэлектрический. Когда лучи падают на него, то на специальном кристалле или же резисторе, можно увидеть напряжение, которое поддается измерению. В роли сегнетоэлектрика могут выступать – титанат бария или свинца. Такой измеритель очень эффективен.
• Измеритель мощности с обратным электрооптическим эффектом. Когда монохроматическое излучение касается кристалла, происходит поляризация. Когда такой кристалл помещают в специальный конденсатор, то мощно померить мощность, которая связана с особым напряжением.

Измеритель поможет определить силу лазерного излучения. Важно помнить, что при работе с лазерами, особенно на большом производстве, необходимо соблюдать все возможные меры безопасности. Не забывайте носить специальные очки и одежду.

Лазеры становятся все более важными инструментами исследования в области медицины, физики, химии, геологии, биологии и техники. При неправильном использовании они могут ослеплять и наносить травмы (в т. ч. ожоги и электротравмы) операторам и другому персоналу, включая случайных посетителей лаборатории, а также нанести значительный ущерб имуществу. Пользователи этих устройств должны в полной мере понимать и применять необходимые меры безопасности при обращении с ними.

Что такое лазер?

Слово «лазер» (англ. LASER, Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) является аббревиатурой, которая расшифровывается как «усиление света индуцированным излучением». Частота излучения, генерируемого лазером, находится в пределах или вблизи видимой части электромагнитного спектра. Энергия усиливается до состояния чрезвычайно высокой интенсивности с помощью процесса, который носит название «излучение лазерное индуцированное».

Термин «радиация» часто понимается неправильно, потому что его также используют при описании В данном контексте оно означает передачу энергии. Энергия переносится из одного места в другое посредством проводимости, конвекции и излучения.

Существует множество различных типов лазеров, работающих в разных средах. В качестве рабочей среды используются газы (например, аргон или смесь гелия с неоном), твердые кристаллы (например, рубин) или жидкие красители. Когда энергия подается в рабочую среду, она переходит в возбуждённое состояние и высвобождает энергию в виде частиц света (фотонов).

Пара зеркал на обоих концах герметизированной трубки либо отражает, либо передает свет в виде концентрированного потока, называемого лазерным лучом. Каждая рабочая среда производит луч уникальной длины волны и цвета.

Цвет света лазера, как правило, выражается длиной волны. Он является неионизирующим и включает ультрафиолетовую (100-400 нм), видимую (400-700 нм) и инфракрасную (700 нм - 1 мм) часть спектра.

Электромагнитный спектр

Каждая электромагнитная волна обладает уникальной частотой и длиной, связанной с этим параметром. Подобно тому, как красный свет имеет свою собственную частоту и длину волны, так и все остальные цвета - оранжевый, желтый, зеленый и синий - обладают уникальными частотами и длинами волн. Люди способны воспринимать эти электромагнитные волны, но не в состоянии видеть остальную часть спектра.

Наибольшую частоту имеют и ультрафиолет. Инфракрасное, микроволновая радиация и радиоволны занимают нижние частоты спектра. Видимый свет находится в очень узком диапазоне между ними.

воздействие на человека

Лазер производит интенсивный направленный пучок света. Если его направить, отразить или сфокусировать на объект, луч частично поглотится, повышая температуру поверхности и внутренней части объекта, что может вызвать изменение или деформацию материала. Эти качества, которые нашли применение в лазерной хирургии и обработке материалов, могут быть опасны для тканей человека.

Кроме радиации, оказывающей тепловое воздействие на ткани, опасно лазерное излучение, производящее фотохимический эффект. Его условием является достаточно короткая т. е. ультрафиолетовая или синяя части спектра. Современные устройства производят лазерное излучение, воздействие на человека которого сведено к минимуму. Энергии маломощных лазеров недостаточно для нанесения вреда, и опасности они не представляют.

Ткани человека чувствительны к воздействию энергии, и при определенных обстоятельствах электромагнитное излучение, лазерное в том числе, может привести к повреждению глаз и кожи. Были проведены исследования пороговых уровней травмирующей радиации.

Опасность для глаз

Человеческий глаз более подвержен травмам, чем кожа. Роговица (прозрачная внешняя передняя поверхность глаза), в отличие от дермы, не имеет внешнего слоя омертвевших клеток, защищающих от воздействия окружающей среды. Лазерное и поглощается роговицей глаза, что может нанести ей вред. Травма сопровождается отёком эпителия и эрозией, а при тяжёлых повреждениях - помутнением передней камеры.

Хрусталик глаза также может быть подвержен травмам, когда на него воздействует различное лазерное излучение - инфракрасное и ультрафиолетовое.

Наибольшую опасность, однако, представляет воздействие лазера на сетчатку глаза в видимой части оптического спектра - от 400 нм (фиолетовый) до 1400 нм (ближний инфракрасный). В пределах этой области спектра коллимированные лучи фокусируются на очень маленьких участках сетчатки. Наиболее неблагоприятный вариант воздействия происходит, когда глаз смотрит вдаль и в него попадает прямой или отражённый луч. В этом случае его концентрация на сетчатке достигает 100 000 крат.

Таким образом, видимый пучок мощностью 10 мВт/см 2 воздействует на сетчатку глаза с мощностью 1000 Вт/см 2 . Этого более чем достаточно, чтобы вызвать повреждение. Если глаз не смотрит вдаль, или если луч отражается от диффузной, не зеркальной поверхности, к травмам ведёт значительно более мощное излучение. Лазерное воздействие на кожу лишено эффекта фокусировки, поэтому она гораздо меньше подвержена травмам при этих длинах волн.

Рентгеновские лучи

Некоторые высоковольтные системы с напряжением более 15 кВ могут генерировать рентгеновские лучи значительной мощности: лазерное излучение, источники которого - мощные с электронной накачкой, а также плазменные системы и источники ионов. Эти устройства должны быть проверены на в том числе для обеспечения надлежащего экранирования.

Классификация

В зависимости от мощности или энергии пучка и длины волны излучения, лазеры делятся на несколько классов. Классификация основана на потенциальной способности устройства вызывать немедленную травму глаз, кожи, воспламенение при прямом воздействии луча или при отражении от диффузных отражающих поверхностей. Все коммерческие лазеры подлежат идентификации с помощью нанесённых на них меток. Если устройство было изготовлено дома или иным образом не помечено, следует получить консультацию по соответствующей его классификации и маркировке. Лазеры различают по мощности, длине волны и длительности экспозиции.

Безопасные устройства

Устройства первого класса генерируют низкоинтенсивное лазерное излучение. Оно не может достичь опасного уровня, поэтому источники освобождаются от большинства мер контроля или других форм наблюдения. Пример: лазерные принтеры и проигрыватели компакт-дисков.

Условно безопасные устройства

Лазеры второго класса излучают в видимой части спектра. Это лазерное излучение, источники которого вызывают у человека нормальную реакцию неприятия слишком яркого света (мигательный рефлекс). При воздействии луча человеческий глаз моргает через 0,25 с, что обеспечивает достаточную защиту. Однако излучение лазерное в видимом диапазоне способно повредить глаз при постоянном воздействии. Примеры: лазерные указатели, геодезические лазеры.

Лазеры 2а-класса являются устройствами специального назначения с выходной мощностью менее 1 мВт. Эти приборы вызывают повреждение только при непосредственном воздействии в течение более 1000 с за 8-часовой рабочий день. Пример: устройства считывания штрих-кода.

Опасные лазеры

К классу 3а относят устройства, которые не травмируют при кратковременном воздействии на незащищённый глаз. Могут представлять опасность при использовании фокусирующей оптики, например, телескопов, микроскопов или биноклей. Примеры: гелий-неоновый лазер мощностью 1-5 мВт, некоторые лазерные указатели и строительные уровни.

Луч лазера класса 3b может привести к травме при непосредственном воздействии или при его зеркальном отражении. Пример: гелий-неоновый лазер мощностью 5-500 мВт, многие исследовательские и терапевтические лазеры.

Класс 4 включает устройства с уровнями мощности более 500 мВт. Они опасны для глаз, кожи, а также пожароопасны. Воздействие пучка, его зеркального или диффузного отражений может стать причиной глазных и кожных травм. Должны быть предприняты все меры безопасности. Пример: Nd:YAG-лазеры, дисплеи, хирургия, металлорезание.

Лазерное излучение: защита

Каждая лаборатория должна обеспечить соответствующую защиту лиц, работающих с лазерами. Окна помещений, через которые может проходить излучение устройств 2, 3 или 4 класса с нанесением вреда на неконтролируемых участках, должны быть покрыты или иным образом защищены во время работы такого прибора. Для обеспечения максимальной защиты глаз рекомендуется следующее.

• Пучок необходимо заключить в неотражающую негорючую защитную оболочку, чтобы свести к минимуму риск случайного воздействия или пожара. Для выравнивания луча использовать люминесцентные экраны или вторичные визиры; избегать прямого воздействия на глаза.
• Для процедуры выравнивания луча использовать наименьшую мощность. По возможности для предварительных процедур выравнивания использовать устройства низкого класса. Избегать присутствия лишних отражающих объектов в зоне работы лазера.
• Ограничить прохождение луча в опасной зоне в нерабочее время, используя заслонки и другие преграды. Не использовать стены комнаты для выравнивания луча лазеров класса 3b и 4.
• Использовать неотражающие инструменты. Некоторый инвентарь, не отражающий видимый свет, становится зеркальным в невидимой области спектра.
• Не носить отражающие ювелирные изделия. Металлические украшения также повышают опасность поражения электрическим током.

Защитные очки

При работе с лазерами 4 класса с открытой опасной зоной или при риске отражения следует пользоваться защитными очками. Тип их зависит от вида излучения. Очки необходимо выбирать для защиты от отражений, особенно диффузных, а также для обеспечения защиты до уровня, когда естественный защитный рефлекс может предотвратить травмы глаз. Такие оптические приборы сохранят некоторую видимость луча, предотвратят ожоги кожи, снизят возможность других несчастных случаев.

Факторы, которые следует учитывать при выборе защитных очков:

• длина волны или область спектра излучения;
• оптическая плотность при определенной длине волны;
• максимальная освещённость (Вт/см 2) или мощность пучка (Вт);
• тип лазерной системы;
• режим мощности - импульсное лазерное излучение или непрерывный режим;
• возможности отражения - зеркального и диффузного;
• поле зрения;
• наличие корректирующих линз или достаточного размера, позволяющего ношение очков для коррекции зрения;
• комфорт;
• наличие вентиляционных отверстий, предотвращающих запотевание;
• влияние на цветовое зрение;
• ударопрочность;
• возможность выполнения необходимых задач.

Так как защитные очки подвержены повреждениям и износу, программа безопасности лаборатории должна включать периодические проверки этих защитных элементов.

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.

Оптические квантовые генераторы или лазеры находят все более широкое применение в промышленности. Их использование возможно благодаря таким уникальным свойствам, как монохроматичность и высокая плотность излучаемых колебаний, а также благодаря возможности формирования с помощью в генераторов очень узких пучков излучения с высокой концентрацией в них электромагнитной энергии.

Можно выделить два направления применения лазеров и отрасли. Первое направление связано о целенаправленным воздействием на обрабатываемое вещество (микросварка, термообработка, резка хрупких и твердых материалов, подгонка параметров микросхем и др.), второе направление находит все большее развитие в применении лазеров (измерение и контроль параметров изделий микроэлектроники, передача и обработка информации).

Диапазон длин волн, излучаемых лазерами, охватывает видимый спектр и распространяется в инфракрасную и ультрафиолетовую области. Чаще всего используются лазеры с длинами волн:0,49 - 0,51; 0,53 - 0,63; 0,694; 1,06; 10,6 мкм.

Действие лазерного излучения бывает: тепловым – заключается в том, что при (фокусировке излучения выделяется значительное количество тепле в небольшом объеме за короткий промежуток времени; энергетическим – определяется высоким градиентом электрического поля, который может вызвать поляризацию молекул, резонансные и другие эффекты, фотохимическим – проявляется и выцветании некоторых красителей; механическим – характеризуется возникновением колебаний типа ультразвуковых в облучаемом организме.

Основную опасность при эксплуатации лазера представляет прямое лазерное излучение. Из-за его большой интенсивности и малой расходимости луча возникает возможность получения высокой плотности излучения, достигающей иногда 1011 - 1014 Вт/см2, в то время, как для испарения самых твердых материалов достаточно 109 Вт/см2.

Излучение лазера, выходящее из резонатора, направляется через различные оптические элементы (фильтры, линзы, призмы, светоотделительные пластинки и т.д.) на какую-либо мишень. Все эти элементы в некоторой степени отражают или рассеивают излучение оптических квантовых генераторов. Зеркально-отраженное излучение опасно в той же мере, что и прямое. Кроме того, зеркально-отраженный луч лазера может многократно зеркально или диффузно отражаться от различных поверхностей.

Степень потенциальной опасности лазерного излучения зависит от мощности источника, длины волны, длительности импульса и чистоты его следования, окружающих условий, отражения и рассеяния излучения.

Кроме воздействия лазерного излучения возникают и другие опасные факторы.

Вредное влияние на глаза может оказать световая энергия от импульсных ламп накачки. Во время разряда лампа накачки излучает энергию, достигающую десятков килоджоулей. Кроме того, спектр излучения импульсных ламп содержит длинноволновые ультрафиолетовые лучи, которые могут дополнительно вызывать специфическую реакцию глаз.

К сопутствующим опасным факторам, возникающим при эксплуатации лазерных установок, можно отнести:

Высокое напряжение зарядных устройств, питающих батарею конденсаторов большей емкости. После разряда конденсаторов на лампы вспышки они могут сохранять электрический разряд высокого потенциала;

Загрязнение воздушной среды химическими веществами, образующимися при разрядке импульсных ламп накачки (озон, окислы азота), в результате испарения материала мишени при сварке, сверлении и других технологических операциях (окись углерода, свинец, ртуть, продукты термоокислительного разложения материала мишени, побочные продукты реакции лазера);

Интенсивный шум, возникающий в момент работы некоторых лазеров;

Рентгеновское излучение при фокусировании излучения лазера в газе в режиме модулирования добротности и образование сгустка высокоионизированной плазмы с плотностью электронов 1015 - 1020 см-3.

Биологические эффекты, возникающие при воздействии лазерного излучения на организм человека, делятся на две группы:

1) Первичные эффекты - органические изменения, возникающие непосредственно в облучаемых тканях;

2) Вторичные эффекты - неспецифические изменения, появляющиеся в организме в ответ на облучение.

Наиболее подвержен поражению лазерным излучениям глаз человека. Сфокусированный на сетчатке хрусталиком глаза лазерный луч будет иметь вид малого пятна с еще более плотной концентрацией энергии, чем падающее на глаз излучение. Поэтому попадание лазерного излучения в глаз опасно и может вызвать повреждение сетчатой и сосудистой оболочек с нарушением зрения. При малых плотностях энергии происходит кровоизлияние, а при больших - ожег, разрыв сетчатой оболочки, появление пузырьков глаза в стекловидном теле.

Излучение лазера, работающего в ультрафиолетовом и дальнем инфракрасном диапазоне длин волн, почти полностью будет поглощаться прозрачными средами глаза, содержащими большое количество жидкости. Вследствие этого их повреждения могу наступить при сравнительно небольших интенсивностях излучения, обычно эти повреждения имеют характер ожогов.

Лазерное излучение может вызвать также повреждение кожи и внутренних органов человека. Повреждение кожи лазерным излучением схоже с термическим ожегом. На степень повреждения влияют как входные характеристики лазеров, так и цвет, и степень пигментации кожи. Интенсивность излучения, которая вызывает повреждение кожи, намного выше интенсивности, приводящей к повреждению глаза. Кроме ожегов кожи лазерное излучение способно вызвать повреждения внутренних органов, даже в тех случаях, когда на теле возникают относительно слабые поверхностные повреждения. Эти повреждения имеют характер отеков, кровоизлияний, омертвления тканей, свертывания и распада крови. В ряде случаев имеет место воздействие как прямого, так и зеркально отраженного лазерного излучения на отдельные органы человека, а также диффузно отраженного излучения на весь организм человека. Результатом такого воздействия оказываются различные функциональные изменения центральной нервной системы, сердечно-сосудистой системы, эндокринных желез, физическое утомление и др.

В соответствии с “Санитарными нормами и правилами устройства и эксплуатации лазеров” лазеры подразделяются по степени опасности генерируемого ими излучения на четыре класса.

К лазерам класса I относятся лазеры, выходное излучение которых не представляет опасности для глаз и кожи.

К лазерам класса II относятся лазеры, выходное излучение которых представляет опасность при облучении глаз прямыми или зеркально отраженным излучением.

У лазеров класса III выходное излучение представляет опасность при облучении глаз прямым, зеркально и диффузно отраженным излучением на расстоянии десяти сантиметров от диффузно отражающей поверхности и при облучении кожи прямым и зеркально отраженным излучением.

Лазеры класса IV представляют опасность при облучении кожи диффузно отраженным излучением на расстоянии десяти сантиметров от отражающей поверхности.

Классификация технологических лазерных установок проводится измерением уровней лазерного излучения в рабочей зоне и сравнением их с предельно-допустимым уровнем (ПДУ).

Кроме прямого лазерного излучения на организм человека при эксплуатации лазеров различных классов могут воздействовать сопутствующие опасные и вредные производственные факторы (табл.3.1).

Таблица 3.1.

Сопутствующие опасные и вредные производственные факторы при эксплуатации лазеров

* Знак “+” означает наличие вредного фактора, знак “-” - его отсутствие.

При разработке и монтаже лазерных установок необходимо знать интенсивность облучения для определения зоны безопасности и обеспечения необходимой защиты.

Энергетическую экспозицию, освещенность лазерного излучения H,E Вт/см2 (Дж/см2) на расстоянии R от источника при условии равномерного распределения энергии в пятне можно определить по формуле

где P - мощность энергии излучения, Вт (Дж); q - угол расхождения луча;
;d - коэффициент ослабления излучения лазера воздушной средой.

Во многих случаях необходимо знать, какой интенсивностью обладает в данной точке пространства отраженный луч (от объекта, стен помещения и т.п.). В условиях диффузного отражения энергетическую экспозицию, освещенность в заданной точке можно определить по формуле

(в которую при необходимости добавляется сомножитель
)

Где P n - энергия (мощность), падающая на отраженную поверхность, Дж (Вт); К о - коэффициент отражения поверхности; b - угол между нормалью к поверхности и направлением на глаз; K n - коэффициент, учитывающий размер пятна; если
(- радиус пятна), то
.

Для определения безопасного расстояния R приведенные формулы преобразуются заменой H на допустимые значения Н пду .

Министерством Здравоохранения СССР утверждены в 1981г “Санитарные нормы и правила устройства и эксплуатации лазеров”, в которых установлены ПДУ облучения роговой оболочки сетчатки глаз и кожи.

На ПДУ влияют следующие параметры:

Длина волны лазерного излучения l;

Длительность импульса t;

Частота повторения импульса f;

Длительность воздействия t;

Угол расхождения луча: для лабораторных условий берется равным 20`, для полевых условий при
(где R - расстояние от глаза до излучателя; d - диаметр пучка на выходе генератора) принят I¢;

Диаметр зрачка глаза: при работе в дневных условиях принимается равным четырем миллиметрам, а в ночных - восьми миллиметрам.

Для лазеров с моноимпульсным и непрерывным режимом излучения нормируется энергетическая освещенность E (облученность - отношения потока излучения, падающего на рассматриваемый участок поверхности, к площади этого участка, иначе: произведение энергетической освещенности (облученности) на длительность облучения (ГОСТ 7601-78)).

При одновременном воздействии лазерного излучения с различными параметрами на один и тот же участок тела и при условии суммирования биологических эффектов сумма отношений уровней лазерного излучения H n к величине ПДУ H пду не должна превышать единицы, т.е.

H 1 /H пду(1) +Н 2 /Н пду(2) +...+Н n /Н пду(n) 1.

Для контроля лазерного излучения и определения границ опасной зоны в условиях производства применяют ряд приборов. В зависимости от типа приемника излучения приборы разделяют на калориметрические, фотоэлектрические, фотохимические, механические и др. Наибольшее распространение получили первые два вида приборов.

Калориметрический метод основан на поглощении энергии излучения приемником прибора и превращении ее в тепловую энергию. Однако этот метод не точен вследствие наложения на показания колебаний температуры внешней среды.

При фотоэлектрическом методе измерений происходит преобразование энергии излучения в электрическую энергию. Этот метод позволяет достичь высокой чувствительности и поэтому в настоящее время является основным при дозиметрии лазерного излучения. На этом принципе основаны приборы “Измеритель-1”, ИЛД-2. Прибор “Измеритель-1” предназначен для измерения службами охраны труда непосредственно на рабочих местах плотностей мощности и энергии отраженного лазерного излучения с длинами волн 0,53; 0,63; 0,69 и 1,069 мкм. Прибор ИЛД-2 измеряет энергетические характеристики направленного или отраженного лазерного излучения с длиной волны 0,49 - 1,15 и 2 - 11 мкм в заданной точке пространства.

Величину лазерного излучения определяют на рабочих местах на уровне глаз работающего и открытых частей его тела.

По результатам измерений строится диаграмма направленности уровней плотности отраженной энергии, что дает возможность оценить опасность и разработать комплекс защитных мероприятий.

Методы и средства защиты от воздействия лазерного излучения можно подразделить на организационные, инженерно-технические и средства индивидуальной защиты.

Организационные методы защиты обеспечивают правильную организацию работ, исключающую попадание людей в опасные зоны при работе на лазерных установках.

Инженерно-технические методы предусматривают создание безопасных лазерных установок за счет уменьшения мощности применяемого лазера, надежной экранировки лазерной установки и дистанционного управления. Надежной защитой от случайного попадания на человека является экранирование луча световодом на всем пути его действия. Для снижения уровня отраженного излучения линзы, призмы и другие твердые предметы с зеркальной поверхностью на пути следования луча снабжают блендами, а перед облученным объектом устанавливают защитные экраны - диафрагмы с отверстием, диаметром несколько превышающим диаметр луча.

В качестве средств индивидуальной защиты применяются специальные защитные очки, стекла в которых подбираются в соответствии с ГОСТ 9411-81Е; технологические халаты и перчатки, изготавливаемые из хлопчатобумажной ткани светло-зеленого или голубого цвета.

Для уменьшения опасности необходима защита от сопутствующих опасностей, источниками которых являются сама лазерная установка и обрабатываемые объекты. Для уменьшения загрязнения воздуха парами и аэрозолями испаряющихся веществ мишени, а также образующегося в воздухе озона в рабочих помещениях предусматривают специальную систему вентиляции. Применяют также необходимые меры защиты от высокого напряжения (защитные и предохранительные блокировки), воздействие электромагнитных полей (защитные экраны), шума (звукоизолирующие кожухи), жесткого рентгеновского излучения, ионизации воздуха, взрывов и пожаров. Выполнение мер защиты обеспечивает безопасность работ, проводимых с лазерными установками.