Научная Петербургская Академия

Вопросы лазерной безопасности - (реферат)

Вопросы лазерной безопасности - (реферат)

Дата добавления: март 2006г.

    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? ?? ?? ?? ? ? ?? ?? ?? ? ?? ?? ? ? ?? ? ?? ?? ?? ? ?? ? ?? ?? ?? ?? ? ?? ?? ?? ?? ? ?? ?? ? ? ?? ?? ? 7 ? ?. ? ?? ? ? ? ?? ?? ? ? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?. ? ?? ?? ?? ?, ? ?? ? ?? ?? ?? ? ?? ?? ?? ? ( ? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ? ?? ?? ? ? ?? ?? ?? ) ? ?? ?— ? ?-? ? ? ?? ?? ?? ? ? ?? ?? ?? ?? , ? ? ?? ?? ?? ? ?? ?? ?? ? — ? ?-? ? ? ?? ?? ?? ?? ? ? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ? ? ?? ?? ?? ? ? ?? ?? ?? ?? ?. ] 1. 1. 1. МДУ прямого облучения сетчатки

Кроме длины волны l, необходимо учитывать также длительность воздействия светового излучения. При очень коротких импульсах ( когда не успевают сработать механизмы теплопроводности в области сетчатки ) нормируют плотность энергии для видимого излучения ( 0. 4
    Рисунок 1. Спектральные характеристики глаза:
    t1 — относительное пропускание глазной среды;

t2 — произведение пропускания глазной среды на поглощение всеми слоями сетчатки Во всех рассматриваемых далее случаях переходная область спектра — от темно-красного ( l>700 нм ) до полностью невидимого ближнего ИК-излучения ( l

Приведенные данные по МДУ охватывают область наиболее критических значений параметров облучения зрачка глаза, когда в интервале от 10-9до 10 с причиной повреждения сетчатки является тепловое действие сфокусированного света при прямом наблюдении лазерного пучка, тогда как сверхкороткие лазерные импульсы вызывают в основном термоакустическое воздействие—протоплазма клеток из-за быстрого разогрева закипает и разрывает оболочку. В этом случае нормируют плотность мощности: для видимого излучения МДУ составляет 5Ч106 Вт/м2, для ИК-излучения — 5Ч107 Вт/м2.

Длительное ( Dt>10 с ) прямое воздействие лазерного излучения на сетчатку приводит в основном к фотохимическим процессам ее разрушения. Чтобы избежать этого (как и в случае сверхкоротких импульсов), нормируют энергетическую освещенность (экспозицию). Для зеленого (l=550 нм) и более коротковолнового (l>400 нм) видимого света МДУ составляет 100 Дж/м2. Что касается "теплых" цветов (550103ё104c) прямое воздействие лазерного излучения характеризуется малым значением МДУ, а именно 0. 01 Вт/м2 для сине-зеленого (0. 410 c: для 1. 05700 нм (темно-красное излучение) и l

При наличии последовательности импульсов не только ни один из них, но и усредненная облученность не должны превышать МДУ. При усреднении воздействия последовательности импульсов с длительностьюDt1 Гц МДУ одиночного импульса должен быть уменьшен в С5 раз:

    (1. 1)

Если длительность отдельных импульсов Dt в последовательности превышает 10 мкс ( а частота следования f>1 Гц), то для импульса длительностью NDt за ограничение облученности принимают (1/N)-ю часть МДУ. Наиболее сложно определить МДУ для повторяющихся серий, состоящих из определенного числа импульсов. Когда в серии не более 10 импульсов, ее приравнивают к одному эквивалентному импульсу. При этом:

если Dt серии меньше 10 мкс, то за длительность эквивалентного импульса принимают длительность самого короткого импульса в серии, а за энергетическое воздействие— суммарное (полное) энергетическое воздействие всей серии; если Dt серии больше 10 мкс, то за длительность эквивалентного импульса принимают суммарную длительность парциальных импульсов, а за энергетическое воздействие— суммарное энергетическое воздействие всей серии. Если в серии более 10 импульсов, то МДУ рассчитывают как для одного, якобы непрерывного импульса, охватывающего всю последовательность. 1. 1. 2. МДУ для наружных покровов глаз человека

Невидимое УФ (0. 2T1=10(l-295)/5 c; если Dt

1. 1. 3. Представление МДУ облучения как поверхности в координатах l — Dt В 825-й публикации МЭК полностью, хотя и не всегда с достаточно высокой точностью, определены МДУ облучения роговой оболочки глаза человека прямым (то есть направленным непосредственно из оптической системы, а не рассеянным на каких-либо шероховатых поверхностях) лазерным излучением. Для удобства практического применения эти рекомендации МЭК представлены в виде таблицы 1. 1. В результате, во первых, появляется возможность достаточно просто (хотя и приближенно) определить численные значения МДУ при прямом облучении глаза человека лазерным излучением. При измерении следует лишь помнить следующие рекомендации МЭК по пространственному усреднению облученности: для 0. 2
    поддиапазон — УФ-С и УФ-В, 200    поддиапазон — УФ-А, 315    поддиапазон — весь видимый и ИК-А, 0. 4    поддиапазон — ИК-В и ИК-С, 1. 4

Кроме того, всегда суммируют воздействия облучений 2-го и 4-го поддиапазонов. Аналогичное суммирование проводят и при совместном воздействии на кожные покровы лазерных излучений 2-го и 3-го поддиапазонов.

Естественно, что принимать во внимание эффект аддитивного воздействия имеет смысл лишь при близких к МДУ значениях облучения для каждой из генерируемых длин волн. К сожалению, 825-я публикация МЭК не дает аналитического выражения для определения МДУ аддитивного облучения, а лишь указывает на необходимость особой осторожности, если длительности воздействия существенно различаются (например, совместное действие импульсного и непрерывного излучений). В случае, если длительности импульсов или время экспозиции соизмеримы (имеют один порядок), то полагают, что парциальное (на одной длине волны) облучение пропорционально МДУ для данного излучения, то есть суммарное относительное облучение не должно превышать единицы:

    (1. 2)

И, наконец, МЭК настоятельно напоминает об опасности любого облучения, в том числе лазерного, подчеркивая, что МДУ является не порогом безопасности, а лишь усредненным значением (определенным на основе многочисленных экспериментов) уровня опасности повреждения органов зрения (и кожного покрова) человека.

    Таблица 1. 1
    МДУ прямого облучения глаз человека
    Длина
    МДУ
    волны
    Еди
    Усло
    При длительности излучения Dt, с
    l, нм
    ница изме-рения
    вие
        От 10-9 до 10-7
    От 10-7 до 1. 8Ч10-5
    От 1. 8Ч10-5 до 5Ч10-5
    От 5Ч10-5 до 10
    От 10 до 103
    От 103 до 104
    От 104 до 3Ч104
    От 200 до
    ГВт/м2
    —
    30
    —
    —
    —
    —
    —
    —
    —
    302. 5 (УФ-С)
    Дж/м2
    —
    —
    30
    30
    30
    30
    30
    30
    30
    От 302. 5
    Дж/м2
    При DtЈT1
    —
    C1
    C1
    C1
    C1
    —
    —
    —
    до 315 (УФ-В)
    Дж/м2
    При Dt>T1
    —
    C2
    C2
    C2
    C2
    —
    —
    —
    Дж/м2
    —
    —
    —
    —
    —
    —
    C2
    C2
    C2
    ГВт/м2
    —
    30
    —
    —
    —
    —
    —
    —
    —
    От 315 до 400
    Вт/м2
    —
    3Ч1010
    —
    —
    —
    —
    —
    10
    10
    (УФ-А)
    Дж/м2
    —
    —
    C1
    C1
    C1
    C1
    104
    —
    —
    От 400
    Вт/м2
    —
    5Ч106
    —
    —
    —
    —
    —
    —
    10-2
    до 550
    Дж/м2
    —
    —
    5Ч10-3
    5Ч10-3
    C6
    C6
    100
    100
    —
    От 550 до 700
    Дж/м2
    При DtЈT2
    —
    —
    —
    —
    —
    С6
    С6
    —
    Дж/м2
    При Dt>T2
    —
    —
    —
    —
    —
    С3Ч102
    С3Ч102
    —
    Дж/м2
    —
    —
    5Ч10-3
    5Ч10-3
    С6
    С6
    —
    —
    —
    Вт/м2
    —
    5Ч106
    —
    —
    —
    —
    —
    —
    С3Ч10-2
    От 700 до
    Дж/м2
    —
    —
    5С4Ч10-3
    5С4Ч10-3
    С4С6
    С4С6
    С4С6
    —
    —
    1050 (ИК-А)
    Вт/м2
    —
    5С4Ч106
    —
    —
    —
    —
    —
    3. 2С4
    3. 2С4
    От 1050 до
    Дж/м2
    —
    —
    5Ч10-2
    5Ч10-2
    5Ч10-2
    5С6
    5С6
    —
    —
    1400 (ИК-В)
    Вт/м2
    —
    5Ч107
    —
    —
    —
    —
    —
    16
    16
    От 1400
    Дж/м2
    —
    —
    100
    С1
    С1
    С1
    —
    —
    —
    до 106 (ИК-С)
    Вт/м2
    —
    1011
    —
    —
    —
    —
    103
    103
    103
    С1=5. 6Ч103(Dt)0. 25; T1=100. 8(l-295)-15;
    C2=100. 2(l-295); T2=101+0. 02(l-550);
    C3=100. 015(l-550);
    C4=10(l-700)/500;
    С6=18(Dt)0. 75;
    1. 1. 4. МДУ облучения глаз рассеянным лазерным излучением

Рисунок 2. Предельный угол видения (предполагаемый угол поля зрения): 1 — 0. 012 рад;

    2 — 0. 00885 рад;
    3 — 0. 00025(Dt)-0. 17 (при 1050Јl    5 — 0. 015Ч (Dt)0. 21 (при 400Јl    6 — 0. 24 рад.

На практике наиболее вероятно именно рассеянное лазерное облучение. В этом случае важно при определении МДУ облучения перенормировать плотность излучения в диапазоне 0. 4aприведены в таблице 1. 2. Напомним, что при измерении энергетической яркости рассеянного (точнее: со значительным углом расходимости) излучения ее усреднение при измерении МДУ следует выполнять по углуa(см. рисунок 2). Кроме того, поскольку глаза устроены так, что не пропускают к сетчатке УФ и ИК излучение сl>1. 4 мкм, то в этих диапазонах разница между МДУ, указанным в таблице 1. 1, и МДУ, указанным в таблице 1. 2, отсутствует.

    Таблица 1. 2
    МДУ облучения глаз человека рассеянным лазерным излучением
    Длина
    МДУ
    волны
    Единица
    Условие
    При длительности экспозиции Dt, с
    l, нм
    изме-рения
        От 10-9 до 10-7
    От 10-7 до 10
    От 10 до 103
    От 103 до 104
    От 104 до 3Ч104
    От 200
    ГВт/м2
    —
    30
    —
    —
    —
    —
    —
    до 302. 5
    Дж/м2
    —
    —
    30
    30
    30
    30
    30
    От 302. 5 до 315
    Дж/м2
    При DtЈT1
    —
    C1
    C1
    —
    —
    —
    Дж/м2
    При Dt>T1
    —
    C2
    C2
    —
    —
    —
    Дж/м2
    —
    —
    —
    —
    C2
    C2
    C2
    ГВт/м2
    —
    30
    —
    —
    —
    —
    —
    От 315
    Вт/м2
    —
    3Ч1010
    —
    —
    —
    10
    10
    до 400
    Дж/м2
    —
    —
    C1
    C1
    104
    —
    —
    От 400
    Вт/м2 ср
    —
    1011
    —
    —
    —
    —
    21
    до 550
    Дж/м2 ср
    —
    —
    С7
    С7
    2. 1Ч105
    2. 1Ч105
    —
    От 550 до 700
    Дж/м2 ср
    При DtЈT2
    —
    —
    —
    2С8
    2С8
    —
    Дж/м2 ср
    При Dt>T2
    —
    —
    —
    2. 1Ч105С3
    2. 1Ч105С3
    —
    Дж/м2 ср
    —
    —
    С7
    С7
    —
    —
    —
    Вт/м2 ср
    —
    1011
    —
    —
    —
    —
    21С3
    От 700
    Дж/м2 ср
    —
    —
    С4С7
    С4С7
    2С4С8
    —
    —
    до 1050
    кВт/м2ср
    —
    С4Ч108
    —
    —
    —
    6. 4С4
    6. 4С4
    От 1050
    Дж/м2 ср
    —
    —
    5С7
    5С7
    10С8
    —
    —
    до 1400
    Вт/м2 ср
    —
    5Ч1011
    —
    —
    —
    3. 2Ч104
    3. 2Ч104
    От 1400
    Дж/м2
    —
    100
    С1
    —
    —
    —
    до 106
    Вт/м2
    —
    1011
    —
    —
    103
    103
    103
    С1=5. 6Ч103(Dt)0. 25; T1=100. 8(l-295)-15;
    C2=100. 2(l-295); T2=101+0. 02(l-550);
    C3=100. 015(l-550);
    C4=10(l-700)/500;
    С7=105(Dt)0. 33;
    С8=1. 9Ч104(Dt)0. 75;
    Таблица 1. 3
    МДУ облучения наружных покровов человека
    Длина
    МДУ
    волны
    Единица
    Условие
    При длительности экспозиции Dt, с
    l, нм
    изме-рения
        От 10-9 до 10-7
    От 10-7 до 10
    От 10 до 103
    От 103 до 3Ч104
    От 200
    Дж/м2
    —
    —
    30
    30
    30
    30
    до 302. 5
    ГВт/м2
    —
    30
    —
    —
    —
    —
    От 302. 5
    Дж/м2
    При DtЈT1
    —
    C1
    C1
    —
    —
    до 315
    Дж/м2
    При Dt>T1
    —
    C2
    C2
    —
    —
    Дж/м2
    —
    —
    —
    —
    —
    —
    Вт/м2
    —
    3Ч1010
    —
    —
    10-3С3
    10-3С2
    От 315
    Дж/м2
    —
    —
    С1
    С1
    104
    —
    до 400
    Вт/м2
    —
    3Ч1010
    —
    —
    —
    10
    От 400
    Дж/м2
    —
    —
    200
    С9
    —
    —
    до 1400
    Вт/м2
    —
    2Ч1011
    —
    —
    2000
    2000
    От 1400
    Дж/м2
    —
    —
    100
    С1
    —
    —
    до 106
    Вт/м2
    —
    1011
    —
    —
    1000
    1000
    С1=5. 6Ч103(Dt)0. 25; T1=100. 8(l-295)-15;
    C2=100. 2(l-295);
    С9=1. 1Ч104(Dt)0. 25;
    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 (l

Применение того или иного способа обеспечения безопасности человека при лазерном излучении зависит от стадии изготовления или эксплуатации лазерного прибора. На защиту пользователя от лазерного облучения, превышающего МДУ, нацелены рекомендуемые МЭК конструктивные мероприятия, необходимые при изготовлении лазерных приборов. Поскольку эти мероприятия в той или иной степени обязательны для всех изготовителей лазерных приборов, целесообразно рассмотреть их более подробно.

2. Требования к изготовителям лазерных приборов в связи с обеспечением безопасности пользователей

МЭК рекомендует в связи с унификацией требований к конструкциям лазерных приборов разделять эти приборы на четыре класса с точки зрения опасности лазерного излучения для пользователей.

    2. 1. Лазерные излучатели класса 1

Наиболее безопасными как по своей природе (МДУ облучения никак не может быть превышен), так и по конструктивному исполнению являются лазерные приборы класса 1. В связи с таким двойным подходом допустимые пределы излучения (ДПИ) лазерных приборов класса 1 в спектральной области от 0. 4 до 1. 4 мкм, для которой возможно как точечное, так и протяженное повреждение сетчатки, характеризуются значениями в двух аспектах—энергетическом (в ваттах или джоулях) и яркостном. Соответствующие значения приведены в таблице 2. 1 (кроме УФ излучения, а также ИК излучения от 1. 4 мкм)

    Таблица 2. 1
    ДПИ для лазеров класса 1
    Длина
    ДПИ
    волны
    Еди
    Усло
    При длительности излучения Dt, с
    l, нм
    ница изме-рения
    вие
        От 10-9 до 10-7
    От 10-7 до 1. 8Ч10-5
    От 1. 8Ч10-5 до 5Ч10-5
    От 5Ч10-5 до 10
    От 10 до 103
    От 103 до 104
    От 104 до 3Ч104
    От 200
    мкДж
    —
    —
    24
    24
    24
    24
    24
    24
    24
    до 302. 5
    кВт
    —
    24
    —
    —
    —
    —
    —
    —
    —
    От 302. 5
    мкДж
    При DtЈT1
    —
    0. 79C1
    0. 79C1
    0. 79C1
    0. 79C1
    —
    —
    —
    до 315
    мкДж
    При Dt>T1
    —
    0. 79C2
    0. 79C2
    0. 79C2
    0. 79C2
    —
    —
    —
    мкДж
    —
    —
    —
    —
    —
    —
    0. 79C2
    0. 79C2
    0. 79C2
    кВт
    —
    24
    —
    —
    —
    —
    —
    —
    —
    От 315
    кВт
    —
    24
    —
    —
    —
    —
    —
    7. 9Ч10-9
    7. 9Ч10-9
    до 400
    мкДж
    —
    —
    0. 79C1
    0. 79C1
    0. 79C1
    0. 79C1
    7. 9Ч103
    —
    —
    От 400
    Дж
    —
    —
    21Ч104
    С10
    С10
    С10
    3. 9Ч10-3
    3. 9Ч10-3
    —
    до
    Дж/м2 ср
    —
    —
    С7
    С7
    С7
    С7
    2. 1Ч105
    2. 1Ч105
    —
    550*
    Вт
    —
    200
    —
    —
    —
    —
    —
    —
    3. 9Ч10-7
    Вт/м2 ср
    —
    1011
    —
    —
    —
    —
    —
    —
    21
    От 550 до 700*
    мДж и Дж/м2 ср
    При DtЈT2
    —
    —
    —
    —
    —
    103С10
    103С10
    —
    мДж
    При Dt>T2
    —
    —
    —
    —
    —
    3. 9С3
    3. 9С3
    —
    МДж/ м2 ср
    —
    —
    10-6С7
    10-6С7
    10-6С7
    10-6С7
    —
    —
    —
    мДж и Дж/м2 ср
    —
    —
    2Ч10-4
    103С10
    103С10
    2Ч10-4
    —
    —
    —
    мкВт
    —
    200
    —
    —
    —
    —
    —
    —
    0. 39Ч 10-6ЧС3
    Вт/м2
    —
    1011
    —
    —
    —
    —
    —
    —
    21С3
    От 700
    Дж
    —
    —
    2С4Ч10-7
    2С4Ч10-7
    С4С10
    С4С10
    С4С10
    —
    —
    до 1050*
    Дж/ м2ср
    —
    —
    С4С7
    С4С7
    С4С7
    С4С7
    2С4С8
    —
    —
    кВт
    —
    0. 2С4
    —
    —
    —
    —
    —
    12С4
    12С4
    кВт/ м2ср
    —
    С4Ч108
    —
    —
    —
    —
    —
    6. 4С4
    6. 4С4
    От 1050
    Дж
    —
    —
    2Ч10-6
    2Ч10-6
    2Ч10-6
    5С10
    5С10
    —
    —
    до 1400*
    Дж/ м2ср
    —
    —
    С7
    С7
    С7
    С7
    С7
    —
    —
    Вт
    —
    2Ч103
    —
    —
    —
    —
    —
    6Ч104
    6Ч104
    Вт/ м2ср
    —
    5Ч1011
    —
    —
    —
    —
    —
    3. 2Ч104
    3. 2Ч104
    От 1400
    мкДж
    —
    —
    80
    0. 4С9
    0. 4С9
    0. 4С9
    —
    —
    —
    до 105
    Вт
    —
    8Ч104
    —
    —
    —
    —
    8Ч10-4
    8Ч10-4
    8Ч10-4
    От 105
    Дж
    —
    —
    10-2
    10-4С1
    10-4С1
    10-4С1
    —
    —
    —
    до 106
    Вт
    —
    107
    —
    —
    —
    —
    0. 1
    0. 1
    0. 1
    С1=5. 6Ч103(Dt)0. 25; T1=100. 8(l-295)-15;
    C2=100. 2(l-295); T2=101+0. 02(l-550);
    C3=100. 015(l-550);

C4=10(l-700)/500; *— Необходимы двойные пределы для класса 1. С7=105(Dt)0. 33;

    С8=1. 9Ч104(Dt)0. 75;
    С9=1. 1Ч104(Dt)0. 25;
    С10=7Ч10-4(Dt)0. 75;
    2. 2. Лазерные излучатели класса 2

Это маломощные лазерные приборы, излучающие только в видимом (0. 4

Таким образом, лазерные излучатели класса 2 не могут нанести вред человеку помимо его желания.

    2. 3. Лазерные излучатели класса 3

Излучатели этого класса занимают переходное положение между безопасными приборами классов 1, 2 и лазерами класса 4 (которые безусловно требуют принятия мер по защите персонала). В соответствии с этим МЭК рекомендует подразделять лазерные излучатели класса 3 на два подкласса— 3А и 3Б.

    2. 3. 1. Лазерные излучатели подкласса 3А

К ним относят условно безопасные излучатели. Они не способны повредить зрение человека, но при условии неиспользования каких-либо дополнительных оптических приборов для наблюдения прямого лазерного излучения. В соответствии с этим условием мощность видимого излучения непрерывных лазеров подкласса 3А не должна превышать 5 мВт (то есть пятикратного значения ДПИ для класса 2), а облученность— 25 Вт/м2. Допустимая энергетика для других длин волн и длительностей облучения не должна более чем в 5 раз превышать ДПИ для класса 1 (см. таблицу 2. 2).

    Таблица 2. 2
    ДПИ для лазеров подкласса 3А
    Длина
    ДПИ
    волны
    Еди
    Усло
    При длительности излучения Dt, с
    l, нм
    ница изме-рения
    вие
        От 10-9 до 10-7
    От 10-7 до 1. 8Ч10-5
    От 1. 8Ч10-5 до 5Ч10-5
    От 5Ч10-5 до 10
    От 10 до 103
    От 103 до 104
    От 104 до 3Ч104
    От 200
    мДж
    —
    —
    0. 12
    0. 12
    0. 12
    0. 12
    0. 12
    0. 12
    0. 12
    до
    Дж/м2
    —
    —
    30
    30
    30
    30
    30
    30
    30
    302. 5*
    МВт
    —
    0. 12
    —
    —
    —
    —
    —
    —
    —
    ГВт/м2
    —
    30
    —
    —
    —
    —
    —
    —
    —
    От 302. 5
    мкДж
    При DtЈT1
    —
    4C1
    4C1
    4C1
    4C1
    4C1
    —
    —
    до 315
    мкДж
    При Dt>T1
    —
    4C2
    4C2
    4C2
    4C2
    4C2
    —
    —
    мкДж
    —
    —
    —
    —
    —
    —
    —
    4C2
    4C2
    Дж/м2
    При DtЈT1
    —
    C1
    C1
    C1
    C1
    C1
    —
    —
    Дж/м2
    При Dt>T1
    —
    C2
    C2
    C2
    C2
    C2
    —
    —
    Дж/м2
    —
    —
    —
    —
    —
    —
    —
    C2
    C2
    МВт
    —
    0. 12
    —
    —
    —
    —
    —
    —
    —
    ГВт/м2
    —
    30
    —
    —
    —
    —
    —
    —
    —
    От 315
    Вт
    —
    1. 2Ч105
    —
    —
    —
    —
    —
    —
    4Ч10-5
    до 400
    Вт/м2
    —
    3Ч1010
    —
    —
    —
    —
    —
    —
    10
    мкДж
    —
    —
    4C1
    4C1
    4C1
    4C1
    4C1
    4Ч10-4
    —
    Дж/м2
    —
    —
    C1
    C1
    C1
    C1
    C1
    104
    —
    От 400
    Дж
    —
    —
    10-6
    10-6
    5С10
    5С10
    —
    —
    —
    до 700
    Дж/м2
    —
    —
    5Ч10-3
    5Ч10-3
    С6
    С6
    —
    —
    —
    Вт
    —
    1000
    —
    —
    —
    —
    5Ч10-3
    5Ч10-3
    5Ч10-3
    Вт/м2
    —
    5Ч106
    —
    —
    —
    —
    25**
    25**
    25**
    От 700
    Дж
    —
    —
    С4Ч10-6
    С4Ч10-6
    5С4С10
    5С4С10
    5С4С10
    5С4С10
    —
    до 1050
    Дж/м2
    —
    —
    5Ч10-3Ч С4
    5Ч10-3Ч С4
    С4С6
    С4С6
    С4С6
    С4С6
    —
    Вт
    —
    103ЧС4
    —
    —
    —
    —
    —
    —
    6Ч10-4Ч С4
    Вт/м2
    —
    5Ч106С4
    —
    —
    —
    —
    —
    —
    3. 2С4
    От 1050
    мДж
    —
    —
    0. 01
    0. 01
    0. 01
    С6
    С6
    С6
    —
    до
    Дж/м2
    —
    —
    0. 05
    0. 05
    0. 05
    5С6
    5С6
    5С6
    —
    1400
    Вт
    —
    104
    —
    —
    —
    —
    —
    —
    3Ч10-3
    Вт/м2
    —
    5Ч107
    —
    —
    —
    —
    —
    —
    16
    От 1400
    мкДж
    —
    —
    400
    2С9
    2С9
    2С9
    2С9
    —
    —
    до 105
    Дж/м2
    —
    —
    100
    С1
    С1
    С1
    С1
    —
    —
    Вт
    —
    4Ч105
    —
    —
    —
    —
    —
    4Ч10-3
    4Ч10-3
    Вт/м2
    —
    1011
    —
    —
    —
    —
    —
    103
    103
    От 105
    мДж
    —
    —
    50
    0. 5С1
    0. 5С1
    0. 5С1
    0. 5С1
    —
    —
    до 106
    Дж/м2
    —
    —
    100
    С1
    С1
    С1
    С1
    —
    —
    Вт
    —
    5Ч107
    —
    —
    —
    —
    —
    0. 5
    0. 5
    Вт/м2
    —
    1011
    —
    —
    —
    —
    —
    103
    103
    С1=5. 6Ч103(Dt)0. 25; T1=100. 8(l-295)-15;
    C2=100. 2(l-295); T2=101+0. 02(l-550);
    C4=10(l-700)/500;

С6=18(Dt)0. 75; *— Здесь и далее необходимы двойные пределы С9=1. 1Ч104(Dt)0. 25; для класса 3А.

    С10=7Ч10-4(Dt)0. 75; **— Естественная защитная реакция на
    излучение более 0. 25 секунд.
    2. 3. 2. Лазерные излучатели подкласса 3Б

К ним относят излучатели средней мощности, непосредственное наблюдение которых даже невооруженным (без фокусирующей оптической системы) глазом опасно для зрения. Однако при соблюдении определенных условий—удалении глаза более чем на 13 см от рассеивателя и времени воздействия не более 10 с—допустимо наблюдение диффузно рассеянного излучения. Поэтому непрерывная мощность таких лазеров не может превышать 0. 5 Вт, а энергетическая экспозиция— 100 кДж/м2. Остальные значения ДПИ для лазеров подкласса 3Б приведены в таблице 2. 3.

    Таблица 2. 3
    ДПИ для лазеров подкласса 3Б
    Длина волны
    ДПИ
    l, нм
    Единица
    При длительности излучения Dt, с
    измерения
        От 10-9 до 0. 25
    От 0. 25 до 3Ч104
    От 200 до 302. 5
    Дж
    —
    3. 8Ч10-4
    —
    Вт
    3. 8Ч10-5
    —
    1. 5Ч10-3
    От 302. 5 до 315
    Дж
    —
    1. 25Ч10-5ЧС2
    —
    Вт
    1. 25Ч104ЧС2
    —
    5Ч10-5ЧС2
    От 315 до 400
    Дж
    —
    0. 125
    —
    Вт
    1. 25Ч108
    —
    0. 5
    От 400 до 700*
    Дж/м2
    —
    3. 14ЧС7 и     —
    Вт
    —
    —
    0. 5
    Вт/м2
    3. 14Ч1011
    —
    —
    От 700 до 1050*
    Дж/м2
    —
    3. 14ЧС4ЧС7 и     —
    Вт
    —
    —
    0. 5
    Вт/м2
    3. 14Ч1011
    —
    —
    От 1050 до 1400*
    Дж/м2
    —
    15. 7ЧС7 и     —
    Вт
    —
    —
    0. 5
    Вт/м2
    1. 57Ч1012
    —
    —
    От 1400 до 106
    Дж/м2
    —
    105
    —
    Вт
    —
    —
    0. 5
    Вт/м2
    1014
    —
    —
    C2=100. 2(l-295);

C4=10(l-700)/500; *— Необходимы двойные пределы для класса 3Б. С7=105(Dt)0. 33;

    2. 4. Лазерные излучатели класса 4

Это мощные лазерные установки, способные повредить зрение и кожные покровы человека не только прямым, но и диффузно рассеянным излучением. Значения ДПИ в данном случае превышают значения, принятые для подкласса 3Б. Работа с лазерными излучателями класса 4 требует обязательного соблюдения соответствующих защитных мер.

2. 5. Особенности использования ДПИ при классификации лазерных излучателей Лазерные излучатели, генерирующие на двух или более длинах волн неаддитивно, классифицируют по наибольшему классу опасности для каждой из них. В случае попадания генерируемых волн в один поддиапазон (аддитивные воздействия) поступают аналогично определению МДУ, то есть сумма относительных излучений, нормированных по ДПИ для данной длины волны, не должна превышать единицы: (ИS)отн = Иотн(l1) + Иотн(l1) + .... = Иотн(l1) / ДПИ(l1) + Иотн(l1) / ДПИ(l2) + .... < 1. Если, например, через какое-либо отверстие корпуса защитного кожуха, или при введении оптического зонда, или в случае отказа блокировок лазерное излучение может попасть на человека—его глаза или только на кожные покровы, то классификацию осуществляют с учетом и этого дополнительного облучения.

Классификация лазерных приборов, излучающих повторяющиеся импульсы, осуществляют следующим образом. Последовательно определяют класс опасности для:

    наиболее мощного импульса в серии;

средней мощности импульсов в серии, действующих якобы как один импульс с длительностью, равной длительности серии;

наиболее мощного импульса последовательности из n импульсов (за время проведения классификации) при мгновенной частоте повторения импульсов (определяемой по самому короткому интервалу) f>1 Гц. Однако при длительности отдельных импульсовDt10 мкс одиночным считают импульс длительностью T=DtЧn и значение его вклада уменьшают в n раз; наиболее мощного эквивалентного импульса, представляющего собой последовательность (группу) из n10 мкс). В результате лазерному прибору присваивают наиболее высокий класс опасности из вычисленных в пунктах 1—4. Если при определении ДПИ для эквивалентного импульса требования будут более жесткими, то, следуя пунктам 1—3, можно немного уменьшить получаемые значения. Причем если n>10, то нужно следовать пункту 3.

Кроме того, 825-й публикацией МЭК предусмотрен целый ряд дополнительных организационно-технических мероприятий, обязательных для изготовителя, по обеспечению безопасности лазерных изделий.

    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:
    380ё1400 нм — для сетчатки глаза,
    180ё380 нм и свыше 1400 нм — для передних сред глаза,

180ё105 нм (т. е. во всем рассматриваемом диапазоне) — для кожи. Нашими гигиенистами выдвинуты требования, в соответствии с которыми в основу проектирования, разработки и эксплуатации лазерной техники должен быть положен принцип исключения воздействия на человека (кроме лечебных целей) лазерного излучения, как прямого, так и зеркально ил диффузно отраженного. В соответствии со СНиП 5804-91 лазерные изделия по степени опасности генерируемого излучения подразделяют на 4 класса. При этом класс опасности лазерного изделия определяется классом опасности используемого в нем лазера. Классификацию лазеров с точки зрения безопасности проводит предприятие-изготовитель путем сравнения выходных характеристик излучения с предельно допустимыми уровнями (ПДУ) при однократном воздействии. Определяя принадлежность лазерного изделия к тому или иному классу по степени опасности лазерного излучения, необходимо учитывать воздействие прямого или отраженного лазерного пучка на глаза и кожу человека и пространственные характеристики лазерного излучения (при этом различают коллимированное излучение, то есть заключенное в ограниченном телесном угле, и неколлимированное, то есть рассеянное или диффузно отраженное). Использование дополнительных оптических систем не входит в понятие "коллимация", а оговаривается отдельно. Лазерные изделия с точки зрения техники безопасности классифицируют в основном по степени опасности генерируемого излучения. Установлены следующие 4 класса лазеров:

к нему относят полностью безопасные лазеры, выходное излучение которых не представляет опасности для глаз и кожи человека;

к нему относят лазеры, выходное излучение которых представляет опасность при облучении кожи или глаз человека коллимированным пучком. В то же время диффузно отраженное излучение лазеров этого класса безопасно как для кожи, так и для глаз;

к нему относят лазерные устройства, работающие в видимой области спектра и выходное излучение которых представляет опасность при облучении как глаз (коллимированным и диффузно отраженным излучением на расстоянии менее 10 см от отражающей поверхности), так и кожи (только коллимированным пучком); наиболее опасный —к нему относят лазерные устройства, даже диффузно отраженное излучение которых представляет опасность для глаз и кожи на расстоянии менее 10 см. При определении класса опасности лазерного излучения учитываются три спектральных диапазона.

    Таблица 3. 1
    Класс
    опасности
    180    380    1400    лазерного
    Диапазон
    излучения
    I
    II
    III
    1
    +
    +
    +
    2
    +
    +
    +
    3
    —
    +
    —
    4
    +
    +
    +
    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 l протяженного источника излучения определяется по формуле (3. 2)

где S0 — площадь источника, l — расстояние от точки наблюдения до источника, Q — угол между нормалью к поверхности источника и направлением визирования. В случае протяженного источника излучения вводят дополнительный коэффициент Ві1 для всего диапазона возможных интервалов облучения при l>lпред — углового размере точечного источника. ПДУ лазерного излучения устанавливают для двух условий —однократного и хронического облучения. Под хроническим понимают "систематически повторяющееся воздействие, которому подвергаются люди, профессионально связанные с лазерным излучением". ПДУ при этом определяют как: уровни лазерного излучения, при которых "существует незначительная вероятность возникновения обратимых отклонений в организме" человека;

уровни излучения, которые "при работе установленной продолжительности в течение всего трудового стажа не приводят к травме (повреждению), заболеванию или отклонению в состоянии здоровья как самого работающего, так и последующих его поколений".

ПДУ хронического воздействия рассчитывают путем уменьшения в 5ё10 раз ПДУ однократного воздействия. ПДУ при одновременном воздействии излучений с разными длинами волн устанавливают так: для кожи и передних сред глаза— в спектральных диапазонах I и III (длина волн 180
    (3. 3)

где n — число источников излучения, действие которых аддитивно, i — условный порядковый номер источника, — предельно допустимые значения энергии (или мощности) каждого источника; Сi —относительный энерговклад каждого источника, определяемый как отношение энергии (мощности) источника с порядковым номером i к суммарной энергии (мощности) всех источников.

    3. 2. 1. ПДУ лазерного излучения УФ диапазона

Для УФ излучения с длиной волны l=180ё380 нм (как коллимированного, так и рассеянного) при однократном воздействии на глаза и кожу человека нормируют Hпду, Eпду и Wпду, Рпду. В этом спектральном диапазоне диаметр ограничивающей апертуры da=1. 1Ч10-3 м. Поэтому (3. 4)

где ПДУ облучения зависит от длительности воздействия и длины волны

    Таблица 3. 2
    Предельные дозы при однократном воздействии на глаза

и кожу коллимированного или рассеянного лазерного излучения Длина волны l, нм

    Длительность воздействия t, с
    HПДУ, ДжЧм-2;
    EПДУ, ВтЧм-2
    180    tЈ10
    HПДУ
    380    10    HПДУ=25; EПДУ=25/t
    302. 5    10    HПДУ
    302. 5    T1    HПДУ=0. 8Ч100. 2(l-295); EПДУ=0. 8Ч100. 2(l-295)/t
    315    10-9    HПДУ
    315    10    HПДУ=8Ч103; EПДУ=8Ч103/t

Примечания: 1. Во всех случаях Wпду=HпдуЧ10-6; Pпду=EпдуЧ10-6. 2. Для второго спектрального поддиапазона T1=105Ч100. 8(l-295), где l в нанометрах. 3. Ограничивающая апертура составляет 1. 1Ч10-3 м.

На практике важное значение имеет предельно допустимая однократная суточная доза.

    Таблица 3. 3

Предельные однократные суточные дозы при облучении глаз и кожи лазерным излучением

    Длина волны l, нм
    HSПДУ (3Ч104) ДжЧм-2;
    180    25
    302. 5    0. 8Ч100. 2(l-295)
    305
    80
    307. 5
    250
    310
    8Ч102
    312. 5
    2. 5Ч103
    315
    8Ч103
    315    8Ч103

3. 2. 2 ПДУ лазерного излучения при облучении глаз в диапазоне 380
    Таблица 3. 4
    Предельные дозы при однократном воздействии на глаза
    коллимированного лазерного излучения
    Длина волны l, нм
    Длительность воздействия t, с
    WПДУ, Дж
    380    tЈ2. 3Ч10-11
    2. 3Ч10-11    8Ч10-8
    5Ч10-5    600    tЈ6. 5Ч10-11
    6. 5Ч10-11    1. 6Ч10-7
    5Ч10-5    750    tЈ2. 5Ч10-10
    2. 5Ч10-10    4Ч10-7
    5Ч10-5    1000    tЈ10-9
    10-9    10-6
    5Ч10-5    Примечания: 1. Длительность воздействия меньше 1 с.
    2. Ограничивающая апертура = 7Ч10-3 м.

3. 2. 3 ПДУ лазерного излучения при облучении кожи в диапазоне 380
    Таблица 3. 7

Предельные дозы при однократном воздействии на кожу коллимированного или рассеянного лазерного излучения

    Длина волны l, нм
    Длительность
    излучения t, с
    HПДУ, ДжЧм-2;
    EПДУ, ВтЧм-2
    380    10-10    HПДУ=
    10-1    HПДУ=
    1    EПДУ=
    t>102
    EПДУ=5Ч102
    500    10-10    HПДУ=
    3    EПДУ=
    t>102
    EПДУ=5Ч102
    900    10-10    HПДУ=
    1    EПДУ=
    t>102
    EПДУ=5Ч102
    Примечания: 1. Ограничивающая апертура = 1. 1Ч10-3 м.
    2. Wпду =10-6Hпду; Pпду =10-6Eпду.
    3. 2. 4. ПДУ лазерного излучения в диапазоне 1400    Таблица 3. 8

Предельные дозы при однократном воздействии на глаза и кожу коллимированного или рассеянного лазерного излучения

    Длина волны l, нм
    Длительность
    облучения t, с
    HПДУ, ДжЧм-2;
    EПДУ, ВтЧм-2
    1400    10-10    HПДУ=
    1    EПДУ=
    t>102
    EПДУ=5Ч102
    1800    10-10    HПДУ=
    3    EПДУ=
    t>102
    EПДУ=5Ч102
    250    10-10    HПДУ=
    10-1    HПДУ=
    1    EПДУ=
    t>102
    EПДУ=5Ч102
    Примечания: 1. Ограничивающая апертура = 1. 1Ч10-3 м.
    2. Wпду =10-6Hпду; Pпду =10-6Eпду.

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.

    Таблица 3. 9
    Соотношения для определения классов по
    степени опасности генерируемого излучения
    Длина
    Класс
    Режим генерации излучения
    волны
    l, нм
    опас
    ности
    Одиночные импульсы
    Серии импульсов
    Непрерывное излучение
    180    1
    Wi(tи)ЈHпду(tи)Sп
    Wic(tи)ЈHcпду(tи)Sп
    P(t)ЈEпду(t)Sп *
    Ј380
    1
    (tи)ЈHSпдуЧ(3Ч104)Sп
    (tи)ЈHSпдуЧ(3Ч104)Sп
    (ti)tiЈHSпдуЧ(3Ч104)Sп
    2
    Wi(tи)ЈpЧ10-2ЧHпду(tи)
    Wic(tи)ЈpЧ10-2ЧHпду(tи)
    P(t)ЈpЧ10-2ЧEпду(tи) *
    2
    (tи)ЈpЧ10-2ЧHSпдуЧ(3Ч104)
    (tи)ЈpЧ10-2ЧHSпдуЧ(3Ч104)
    (ti)tiЈpЧ10-2ЧHSпдуЧ(3Ч104)
    4
    Wi(tи)>pЧ10-2ЧHпду(tи)
    Wic(tи)>pЧ10-2ЧHпду(tи)
    P(t)>pЧ10-2ЧEпду(tи) *
    4
    (tи)>pЧ10-2ЧHSпдуЧ(3Ч104)
    (tи)>pЧ10-2ЧHSпдуЧ(3Ч104)
    (ti)ti>pЧ10-2ЧHSпдуЧ(3Ч104)
    380    Ј750
    1
    **
    2
    W(tи)Ј8Ч102ЧWпду(tи)
    Wс(t)Ј8Ч102ЧWспду(t)
    P(t)Ј8Ч102ЧPпду(t) **
    3
    W(tи)ЈpЧ104ЧWпду(tи) ***
    Wс(t)ЈpЧ104ЧWспду(t) ***
    P(t)ЈpЧ104ЧPпду(t) * ***
    4
    W(tи)>pЧ104ЧWпду(tи) ***
    Wс(t)>pЧ104ЧWспду(t) ***
    P(t)>pЧ104ЧPпду(t) * ***
    Окончание таблицы 3. 9
    Длина
    Класс
    Режим генерации излучения
    волны
    _l, нм
    опас
    ности
    Одиночные импульсы
    Серии импульсов
    Непрерывное излучение
    750    Ј1400
    1
    *
    2
    W(tи)Ј8Ч102ЧWпду(tи)
    Wс(t)Ј8Ч102ЧWспду(t)
    P(t)Ј8Ч102ЧPпду(t) **
    3
    W(tи)ЈpЧ10-2ЧHпду(tи) ***
    Wс(t)ЈpЧ10-2ЧHспду(t) ***
    P(t)ЈpЧ10-2ЧEпду(t) * ***
    4
    W(tи)>pЧ10-2ЧHпду(tи) ***
    Wс(t)>pЧ10-2ЧHспду(t) ***
    P(t)>pЧ10-2ЧEпду(t) * ***
    1400    1
    W(tи)ЈHпду(tи)Sп
    Wc(t)ЈHcпду(tи)Sп
    P(t)ЈEпду(t)Sп *
    Ј105
    2
    W(tи)ЈpЧ10-2ЧHпду(tи)
    Wс(t)ЈpЧ10-2ЧHспду(t)
    P(t)ЈpЧ10-2ЧEпду(t) *
    4
    W(tи)>pЧ10-2ЧHпду(tи)
    Wс(t)>pЧ10-2ЧHспду(t)
    P(t)>pЧ10-2ЧEпду(t) *

* Длительность воздействия непрерывного излучения в диапазонах 180

** Длительность воздействия непрерывного излучения в диапазоне 380
    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 l — Dt 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    3. 2. 3 ПДУ лазерного излучения при облучении
    кожи в диапазоне 380

3. 2. 4. ПДУ лазерного излучения в диапазоне 1400
    степени опасности излучения, генерируемого лазером 23



(C) 2009