Обеспечение безопасности при работе и эксплуатации лазеров

Обеспечение безопасности при работе и эксплуатации лазеров

Оптические квантовые генераторы (ОКГ), или лазеры, находят широкое применение в различных сферах жизнедеятельности Украины: обработка материалов (резка, пайка, точечная сварка, сверление отверстий в металлах, сверхтвердых материалах и кристаллах), строительство, радиоэлектроника, медицина, космос и т.д.

Принцип действия лазера основан на свойстве атома (сложной квантовой системы) излучать фотоны при переходе из возбужденного состояния.

Возбуждение атомов достигается с помощью различных приемов подачи на рабочее тело (кристалл, газ, жидкость) энергии накачки (свет, ВЧ - электромагнитное поле и т.д.). При этом число атомов, находящихся в возбужденном состоянии, возникает больше числа атомов, находящихся на основном уровне энергии. Лавинообразный переход атомов за короткий промежуток времени из возбужденного состояния в основное приводит к возникновению лазерного излучения.

Излучение существующих лазеров охватывает практически весь оптический диапазон – от ультрафиолетовой до инфракрасной области спектра электромагнитных волн. Электромагнитная энергия образуется в результате возбуждения атомов так называемых рабочих веществ, создающих лазерный эффект. У большинства современных лазеров плотность потока мощности достигает 1011 – 1014 Вт/см2. Лазеры позволяют концентрировать энергию на сравнительно малой площади.

ОКГ в зависимости от характера генерации лазера подразделяются на импульсные (длительность излучения 0,25 с.) и лазеры непрерывного действия (длительность излучения 0,25 с. и более).

Лазерное излучение является электромагнитным излучением, генерируемым в диапазоне длин волн 0,2 – 1000 мкм, который может быть разбит в соответствии с биологическим действием на ряд спектров:

от 0,2 до 0,4 мкм – ультрафиолетовая область;

свыше 0,4 до 0,75 мкм – видимая область;

свыше 0,75 до 1,4 мкм – ближняя инфракрасная область;

свыше 1,4 мкм – дальняя инфракрасная область.

Основной энергетической характеристикой лазера при импульсном режиме генерации является энергия лазерного импульса, его длительность. Импульсные генераторы характеризуются энергией выхода (Дж), нормируемым параметром является плотность энергии на единицу поверхности (Дж/см2).

Генератор непрерывного излучения характеризуется выходной мощностью (Вт) – нормирование проводится по отношению мощности к площади поверхности (Вт/см2).

Лазерное излучение разделяется на:

прямое (ограниченное телесным углом);

рассеянное (за счет прохождения луча через вещество среды);

зеркальное и диффузное отражения.

Лазер является источником нескольких видов опасности, главным из которых является его излучение.

Согласно ГОСТ 12.1.040-83 “Лазерная безопасность. Общие положения” по степени опасности генерирующего ими излучения лазеры подразделяются на четыре класса:

I-й класс – лазеры, выходное излучение которых не представляет опасности для глаз и кожи;

II-й класс – лазеры, выходное излучение которых представляет опасность при облучении глаз прямым или зеркально отраженным излучением;

III-й класс – лазеры, выходное излучение которых представляет опасность при облучении глаз прямым, зеркально отраженным, а также диффузно отраженным излучением на расстоянии 10 см от отражающей поверхности;

IV-й класс – лазеры, выходное излучение которых представляет опасность при облучении кожи отраженным излучением на расстоянии 10 см от отражающей поверхности.

Класс лазера устанавливается предприятием-изготовителем.

Биологическое воздействие лазерного излучения на организм делится на две группы:

первичные эффекты или органические изменения, возникающие непосредственно в облучаемых тканях персонала;

вторичные эффекты – различные неспецифические изменения, возникающие в тканях в ответ на облучение.

Основные негативные проявления на организм человека: тепловые, фотоэлектрические, люминесцентные, фотохимические.

При попадании лазерного излучения на поверхность металла, стекла и др. происходит отражение и рассеивание лучей.

Опасные и вредные факторы работы ОКГ:

лазерное облучение (прямое, рассеянное, отраженное);

световое излучение от импульсных ламп;

ультрафиолетовое излучение от кварцевых газоразрядных трубок;

шумовые эффекты;

ионизирующее излучение;

электромагнитные поля ВЧ и СВЧ от генераторов накачки;

инфракрасное излучение и тепловыделение от оборудования и нагретых поверхностей;

агрессивные и токсические вещества, используемые в конструкции лазера.

Степень воздействия лазерного излучения на организм человека зависит от длины волны, интенсивности (мощности и плотности) излучения, длительности импульса, частоты импульсов, времени воздействия, биологических особенностей тканей и органов. Наиболее биологически активно ультрафиолетовое излучение, вызывающее фотохимические реакции.

За счет термического действия лазерного излучения на коже возникают ожоги, а при энергии более 100 Дж происходит разрушение и сгорание биоткани. При длительном воздействии импульсного излучения в облученных тканях энергия излучения быстро преобразуется в теплоту, что ведет к мгновенному разрушению тканей.

Нетермическое действие лазерного излучения связано с электрическими и фотоэлектрическими эффектами.

Поток энергии, попадая на биологические ткани, вызывает в них изменения, наносящие вред здоровью человека. Опасно это излучение и для органов зрения. Особенно опасно, если лазерный луч пройдет вдоль зрительной оси глаза. Если луч лазера фиксируется на сетчатке глаза, то может произойти коагуляция сетчатки, в результате чего возникнет слепота в пораженной области сетчатки. При этом необходимо помнить, что опасность для органов зрения представляет не только прямой, но и отраженный лазерный луч, даже если отражающая его поверхность незеркальная.

В качестве основного критерия при нормировании лазерного излучения принята степень изменений, которые происходят под его воздействием в органах зрения и коже. Согласно СанНиП 5804-91 “Санитарные нормы и правила устройства и эксплуатации лазеров” и ГОСТ 12.1.040-83 “ССБТ. Лазерная безопасность. Общие требования” установлены предельно допустимый уровень (ПДУ) лазерного излучения в зависимости от длины волны (табл. 2.6.7.).

За ПДУ лазерного излучения принимается энергетическая экспозиция облучаемых тканей. Энергетической экспозицией называется отношение падающей энергии к площади этого участка. Единицей измерения является Дж/см2.

Суммирующий биологический эффект лазерного излучения оценивается с учетом одновременного воздействия различных параметров излучений и времени воздействия. Например, энергетическая экспозиция на роговице глаза и коже за общее время облучения в течение рабочей смены в диапазоне длин волн 0,2…0,4 мкм составляет 10-8–10-3 Дж/см2.

Методы защиты от лазерного излучения подразделяются на: инженерно-технические, организационные, санитарно-гигиенические, планировочные, а также включают использование средств индивидуальной защиты.