Лазерное излучение

1.Физическая  сущность лазерного излучения

 

Лазер (от английского Lighting amplification by stimulated emission of radiation) - устройство, предназначенный для выработки  и усиления электромагнитной энергии  оптического диапазона частот с  использованием процесса управляемой индукционной эмиссии. Он работает на принципе индуцированного излучения, получаемого при оптической накачке (например, воздействием импульсов света) термически неравновесной (активной) среды, в качестве которой служат диэлектрические кристаллы, стекло, газы, полупроводники и плазма.

Отдельные атомы таких  материалов при попадании на них  фотона обладают свойствами перехода с верхнего энергетического уровня на нижний уровень с испусканием  двух фотонов, индуцированных с той  же частотой, поляризацией и направлением распространения.

Примером может служить  рубиновый оптический квантовый  генератор, в котором рабочим  телом является рубин. Мощность в  импульсе составляет около 100 МВт при  мощности на возбуждение около 20 кВт/см3, а температура, создаваемая лазерным пучком, может достигать 1015 К (примерно в 1011 раз больше температуры Солнца).

Существуют и другие виды лазеров с твердым телом, например из ниодимового стекла, флюоритита кальция с примесью атомов таких  редкоземельных элементов, как диспрозий, самарий и пр. (длина волны излучения равна 1,06 мкм), или газовые лазеры, например гелий – ниодимовые лазеры (длина волны излучения равна 632,8 нм; 1,15 и 3,39 мкм) и др.

В процессе изготовления, испытания  и эксплуатации лазерных изделий  на обслуживающий персонал могут воздействовать физические, химические и психофизиологические опасные и вредные факторы.

К физическим факторам относятся:

Лазерное излучение (прямое, рассеянное, зеркальное или  диффузно отраженное);

Высокое напряжение в цепях  управления и источниках электропитания лазера (лазерных установок);

Повышенный уровень ультрафиолетовой радиации от импульсных ламп накачки  или кварцевых газоразрядных  трубок в рабочей зоне;

Повышенная яркость света  от импульсных ламп накачки и зоны взаимодействия лазерного излучения с материалом мишени;

Повышенный шум и вибрация на рабочем месте, возникающие при  работе лазера (лазерной установки);

Повышенный уровень ионизирующего  рентгеновского излучения от газоразрядных  трубок и др. элементов, работающих при анодном напряжении более 5 кВ;

Повышенный уровень электромагнитных излучений ВЧ – и СВЧ – диапазонов в рабочей зоне;

Повышенный уровень инфракрасной радиации в рабочей зоне;

Повышенная температура  поверхностей оборудования;

Взрывоопасность в системах накачки лазеров;

Возможность взрывов и  пожаров при попадании лазерного  излучения на горючие материалы.

К химическим факторам относятся:

Загрязнение воздуха  рабочей зоны продуктами взаимодействия лазерного излучения с мишенью  и радиолиза воздуха (озон, окислы азота и др);

Токсические газы и пары от лазерных систем с прокачкой  хладагентов и др.

Психофизиологические  факторы – это:

Монотония, гипокинезия, эмоциональная напряженность, психологический  дискомфорт;

Локальные нагрузки на мышцы и кисти предплечья; напряженность  анализаторных функций (зрение, слух).

 

Таблица 1

Класс лазера	Выходные излучения  лазера
I	Не представляет опасности для глаз и кожи
II	Представляет  опасность при облучении глаз прямым или зеркальным отражением излучения
III	Представляет  опасность при облучении глаз прямым, зеркальным отражением излучения, а также диффузно отраженным излучением на расстоянии 10 см от диффузно отражающей поверхности и (или) при облучении кожи прямым или зеркальным отражением излучения
IV	Представляет  опасность при облучении кожи диффузно отраженным излучением на расстоянии 10 см от диффузно отражающей поверхности

 

Наличие опасных  и вредных факторов в зависимости  от класса лазера (классы лазеров приведены  в табл. 1) приведено в табл. 2.

Таблица 2

Опасные и вредные  производственные факторы	классы лазера
	I	II	III	IV
Лазерное излучение Прямое, зеркальное отраженное Диффузно отраженное	- -	+ -	+ +	+ +
Повышенная  напряженность электрического поля	-(+)	+	+	+
Повышенная  запыленность и загазованность воздуха  рабочей зона	-	-	-(+)	+
Повышенный  уровень ультрафиолетовой радиации	-	-	-(+)	+
Повышенная  яркость света	-	-	-(+)	+
Повышенные  уровни шума и вибрации	-	-	-(+)	+
Повышенный  уровень ионизирующих излучений	-	-	-	+
Повышенный  уровень электромагнитных излучений  ВЧ – и СВЧ – диапазонов	-	-	-	-(+)
Повышенный  уровень инфракрасной радиации	-	-	-(+)	+
Повышенная  температура поверхностей оборудования	-	-	-(+)	+
Химические  опасные и вредные производственные факторы	При работе с  токсичными веществами

 

Воздействие лазерного излучения на организм

Лазерное излучение  представляет собой вид электромагнитного  излучения, генерируемого в оптическом диапазоне длин волн 0,1…1000 мкм. Отличие  его от других видов излучения  заключается в монохромности, когерентности  и высокой степени направленности. Благодаря малой расходимости луча лазера плотность потока мощности может достигать 1016…1017 Вт/м2.

Эффекты воздействия (тепловой, фотохимический, ударно –  акустический и др.) определяются механизмом взаимодействия лазерного излучения  с тканями и зависят от энергетических и временных параметров излучения, а также от биологических и  физики – химических особенностей облучаемых тканей и органов.

Лазерное излучение  представляет особую опасность для  тканей, максимально поглощающих  излучение. Сравнительно легкая уязвимость роговицы и хрусталика глаза, а также  способность оптической системы  глаза многократно увеличивать плотность энергии(мощность) излучения видимого и ближнего инфракрасного диапазона (780<λ<1400 нм) на глазном дне по отношению к роговице делают глаз наиболее уязвимым органом.

При повреждении  появляется боль в глазах, спазм  век, слезотечение, отек век и глазного яблока, помутнение сетчатки, кровоизлияние. Клетки сетчатки после повреждения не восстанавливаются.

Ультрафиолетовое  излучение вызывает фотокератит, средневолновое инфракрасное излучение(1400<λ<3000 нм) может вызвать отек, катаракту  и ожог роговой оболочки глаза; дальнее ИК – излучение (3000<λ<106 нм) – ожог роговицы.

Повреждение кожи может быть вызвано лазерным излучением любой длинны волны в спектральном диапазоне 180…100000 нм. Характер поражения  кожи аналогичен термическим ожогам. Степень тяжести повреждения кожи, а в некоторых случаях и всего организма, зависит от энергии излучения, длительности воздействия, площади поражения, ее локализации, добавления вторичных источников воздействия (горение, тление). Минимальное повреждение кожи развивается при плотности энергии 1000…10000 Дж/м2.

Лазерное излучение  дальней инфракрасной области (>1400 нм) способно проникать через ткани  тела на значительную глубину, поражая  внутренние органы (прямое лазерное излучение).

Длительное  хроническое действие диффузно отраженного лазерного излучения нетепловой интенсивности может вызывать неспецифические, преимущественно вегетативно – сосудистые нарушения; функциональные сдвиги могут наблюдаться со стороны нервной, сердечно – сосудистой системы, желез внутренней секреции. Работающие жалуются на головные боли, повышенную утомляемость, раздражительность, потливость. 

Нормирование  лазерного излучения 

Основными нормативными правовыми актами при оценке условий  труда являются:

"Санитарные  нормы и правила устройства  и эксплуатации лазеров" № 2392-81; методические рекомендации "Гигиена труда при работе с лазерами", утвержденные МЗ РСФСР 27.04.81 г.;

ГОСТ 24713-81 "Методы измерений параметров лазерного  излучения. Классификация"; ГОСТ 24714-81 "Лазеры. Методы измерения параметров излучения. Общие положения"; ГОСТ 12.1.040-83 "Лазерная безопасность. Общие положения"; ГОСТ 12.1.031 -81 "Лазеры. Методы дозиметрического контроля лазерного излучения".

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

При использовании  лазеров II-III классов в целях исключения облучения персонала необходимо либо ограждение лазерной зоны, либо экранирование  пучка излучения. Экраны и ограждения должны изготавливаться из материалов с наименьшим коэффициентом отражения, быть огнестойкими и не выделять токсических веществ при воздействии на них лазерного излучения.

Лазеры IV класса опасности размещаются в отдельных  изолированных помещениях и обеспечиваются дистанционным управлением их работой.

При размещении в одном помещении нескольких лазеров следует исключить возможность  взаимного облучения операторов, работающих на различных установках. Не допускаются в помещения, где  размещены лазеры, лица, не имеющие отношения к их эксплуатации. Запрещается визуальная юстировка лазеров без средств защиты.

Для удаления возможных  токсических газов, паров и пыли оборудуется приточно-вытяжная вентиляция с механическим побуждением. Для  защиты от шума принимаются соответствующие меры звукоизоляции установок, звукопоглощения и др.

К индивидуальным средствам защиты, обеспечивающим безопасные условия труда при работе с  лазерами, относятся специальные  очки, щитки, маски, обеспечивающие снижение облучения глаз до ПДУ.

Средства индивидуальной защиты применяются только в том случае, когда коллективные средства защиты не позволяют обеспечить требования санитарных правил.

 

Методы  защиты от лазерного излучения

 

К организационным  защитным мероприятиям относятся:

Организация рабочих мест с определением всех необходимых защитных мероприятий и учетом специфики конкретных обстоятельств использования лазерных установок;

Обучение персонала и  контроль знаний правил техники безопасности;

Организация медицинского контроля и т.д.

Технические мероприятия и средства защиты подразделяются на коллективные и индивидуальные. Коллективные включают в себя:

Средства нормализации внешней  среды;

Автоматические системы  управления технологическим процессом;

Использование предохранительных  устройств, приборов, различных ограждений лазерно – опасной зоны;

Использование телеметрических  и телевизионных систем наблюдения;

Применение заземления, зануления, блокировки и т.д.