Допустимі значення рівнів уф випромінювання

Діпазон ультрафіолетового випромінювання, нм	Допустимі значення ГДР УФ випромінювання, Вт/м2
200-280 (УФ-С)	0,001
280-315 (УФ-В)	0,01
315-400 (УФ-А)	10,0

Захист від УФ випромінювань досягається наступними методами:

• захистом відстанню;

• екрануванням робочих місць;

• засобами індивідуального захисту;

• спеціальним фарбуванням приміщень та раціональним розташуванням робочих місць.

Визначаючи захисну відстань від джерел УФ випромінювання, використовують дані безпосередніх вимірів у конкретних виробничих умовах. Найбільш раціональним методом захи­сту є екранування джерел випромінювання за допомогою різноманітних матеріалів та світлофільтрів. Екрани виконуються у вигляді щитів, ширм, кабін. Повний захист від УФ випромінювання усіх областей спектру забезпечує флінтглас (скло, яке вміщує оксид свинцю).

У якості ЗІЗ використовують: спецодяг (куртки, брюки, рукави­чки, фартухи), які виготовлені із спеціальних тканин, що не пропускають УФ випромінювання (льняні, бавовняні, поплін); захисні окуляри та щитки із світлофільтрами. Для захисту рук застосовують мазі із вмістом спеціальних речовин, що служать світлофільтрами (салол, саліцилово-метиловий ефір і т. ін.).

2.7.3. Біологічна дія, нормування та захист від лазерного випромінювання

Основні характеристики лазерного випромінювання (ЛВ). В сучасному виробництві лазерна техніка знаходить дуже широке застосування. Зараз нараховується більше 200 галузей застосування оптичних квантових генераторів (ОКГ). Вони використовуються в системах передачі інформації, телебаченні, спектроскопії, в електронній та обчислювальній техніці, , біології, медицині, металообробці, металургії, будівництві для забезпечення термоядерних процесів під час обробки твердих і надтвердих матеріалів, під час зварювальних робіт і т. ін. Мала кутова розбіжність ЛВ дозволяє здійснити його фокусування на площах дуже малих розмірів (порівняних з довжиною хвилі) і одержувати щільність потужності світлового потоку, достатньої для інтенсивного розігрівання і випаровування матеріалів (густина потужності випромінювання досягає 10 -10¹⁴ Вт/см²). Висока локальність нагрівання дозволяє використовувати лазери для збирання мікросхем (зварювання металевих виводів і напівпровідникових матеріалів і т. ін.). В мікроелектронній промисловості за допомогою лазерного променя здійснюють проплав багатошарових матеріалів, приєднання резисторів, конденсаторів, виготовлення друкованих схем і т. ін. Також широко використову­ють ОКГ для одержання мікроотворів у надтвердих матеріалах.

Розширене застосування лазерних установок у найрізноманітніших галузях діяльності людини сприяє залученню великої кількості працівників для їх обслуговування. Поряд із унікальними властивостями ОКГ (спрямованість і величезна густина потоку енергії в промені) та перевагами перед іншим устаткуванням, лазерні установки створюють певну небезпеку для здоров'я обслуговуючого персоналу.

Принцип дії лазерного випромінювання заснований на використанні генерованого електромагнітного випромінювання, одержуваного від робочої речовини в результаті збудження її атомів енергією зовнішнього джерела.

Основні властивості лазерного випромінювання:

• висока ступінь когерентності (сталість різниць фаз між коливаннями);

• монохроматичність (ширина смуги випромінювання до 2 Гц);

• мала розбіжність променя (22" - теоретична, 2' - практична);

• значна густина потужності (до 10¹⁴ Вт/см²).

У залежності від характеру робочої речовини розрізняють наступні основні типи ОКГ: твердотільні (робоча речовина – рубін, скло з неодимом і т. ін); напівпровідникові (ZnO, CaSe, Те, Pb i т. ін.); рідинні (з рідко земельними активато­рами і т. ін.); газові (He-Ne, Ar, Xe, C0₂ і т. ін.).

За режимом роботи лазери підрозділяються на лазери безперервної дії та імпульсні. Найбільш поширенні лазери , які працюють в діапазоні довжин хвиль від 0,6 мм до 10 нм – це субміліметровий, ІЧ, видимий та УФ діапазони згідно існуючої класифікації. Вже створенні лазери з рентгенівським випромінюванням (10 нм – 0,01 нм) і ведуться роботи із створення лазеpiв працюючих в області гамма-випромінювань (0,01-0,0005 нм). Лазерне випромінювання в цих діапазонах крім монохроматичності та когерентності, гострої спрямованості та високої густини потужності буде мати ще і високу проникаючу здатність, що робить їх ще більш небезпечними для обслуговуючого персоналу.

Лазерне випромінювання сконцентровано у вузько спрямованому промені і має значну густину потужності, яка може досягати дуже великих величин за рахунок сумарної енергії безлічі когерентних променів від окремих атомів, що приходять в обрану точку простору з однаковою фазою.

Густина потужності лазерного випромінювання на малій площині об’єкта визначається за формулою:

P_s = (2.109)

де: Р – вихідна потужність випромінювання лазера;

D – діаметр об’єкта оптичної системи;

– довжина хвилі;

f – фокусна відстань оптичної системи.

Напруженість електричного поля (E_п) лазерного випромінювання визначається за формулою:

E_п = (2.110)

де μ – магнітна проникність середовища (для повітря = 4 Гн/м);

ε – діелектрична проникність середовища (для повітря ε₀ = 8,85 Ф/м).

За рахунок значної густини потужності лазерне випромінювання може руйнувати і випаровувати матеріали. Одночасно в області падіння лазерного випромінювання на поверхні матеріалу створюється світловий тиск у сотні тисяч мегапаскалей (мільйони атмосфер), так як лазерний промінь – це потік фотонів, кожний з яких може мати енергію й імпульс сили. Температура в області падіння лазерного випромінювання може сягати декількох мільйонів Кельвінів. При фокусуванні лазерного променя в газі відбувається утворення високотемпературної плазми, що є джерелом довгохвильового рентгенівського випро­мінювання (1 нм).

При проходженні променя ОКГ через неоднорідне середовище, наприклад повітря, відбувається його розбіжність і блукання за рахунок ефекту відбиття. Розрізняють дзеркальне і дифузне відбиття лазерного променя. Для оцінки дифузного відбиття лазерного випромінювання слід враховувати геометричні розміри поверхні, що відбиває лазерний промінь (крапкова чи про­тяжна).

Густина енергії для прямого лазерного випромінювання визначається за фор­мулою:

Е= (2.111)

де: І₀ – вихідна енергія ОКГ, Дж;

– кут розбіжності випромінювання;

R – відстань ОКГ до розрахункової точки, м;

– коефіцієнт послаблення випромінювання ОКГ повітряним середовищем

(залежить від дальності видимості -V), = 3,9/V.

В умовах відбитого лазерного випромінювання густину енергії в заданій точці можна визначити за формулою:

E= (2.112)

де: І_п – енергія, що падає на відбиваючу поверхню, Дж;

К – коефіцієнт відбиття поверхні;

– кут між нормаллю до поверхні і напрямком візування;

K – коефіцієнт, що враховує розміри плями, наприклад, якщо R > 30r (r – радіуc плями), то K = 1 (точкове джерело).

Біологічна дія лазерного випромінювання (ЛВ). Під біологічною дією ЛВ розуміють сукупність структурних, функціональних та біохімічних змін, що виникають у живому організмі під впливом даного випромінювання. ЛВ впливає на шкіру, внутрішні органи і особливо небезпечне для органів зору. Результат впливу ЛВ визначається як фізіологічними властивостями окремих тканин (відбиваючою і поглинаючою здатністю, теплоємністю, акустичними та механічними властивостями), так і характеристиками ЛВ (енергія в імпульсі, щільність потужності, довжина хвилі, тривалість дії, площа опромінювання).

При дії лазерного випромінювання на біологічні об'єкти розрізняють термічний та ударний ефекти.

Термічний (тепловий) ефект. Цей ефект схожий з тепловим опіком – відбувається омертвіння тканин. Для термічного ураження ЛВ характерні різкі границі уражених ділянок і можливість концентрації енергії ЛВ в глибоких шарах тканини. На характер ушкодження сильно впливає ступінь пігментації тканини, її мікроструктура i щільність. Максимальному ураженню піддаються тканини, що мають безбарвну речовину – меланин (пігмент шкіри), який має максимальне поглинання при довжині хвилі _mах = 0,5 - 0,55 мкм, тобто в діапазоні випромінювань найбільш розповсюджених ОКГ. Специфікою печінки та селезінки є те, що вони мають максимальне поглинання при = 0,48 та 0,51 мкм – це характерні частоти аргонових ОКГ (синьо-зелене забарвлення). Для ОКГ із = 0,48-10,6 мкм гранична щільність лазерної енергії для біологічної тканини дорівнює 50 Дж/см².

Залежність ступеня термічного ура­ження біологічної тканини від потужності випромінювання лазерів близька до лінійної.

Прояви теплової дії ЛВ: від опікових міхурів і випаровування поверхневих шарів тканини до ураження внутрішніх органів. Ступень ураження поверхні тіла і, в першу чергу, органів зору залежить від того, сфокусоване чи несфокусоване лазерне випромінювання. Для внутрішніх органів фокусування ЛВ має менше значення.

Як правило, тепловий ефект ЛВ характерний для випадку використання ОКГ з безперервним режимом роботи.

Ударний ефект. Причиною багатьох видів ураження ЛВ є ударні хвилі. Різке підвищення тиску призводить до виникнення ударної хвилі, яка поширюється з надзвуковою швидкістю і може викликати руйнування внутрішніх органів без будь-яких зовнішніх проявів. Взаємодія ЛВ з біологічною тканиною призводить до появи не тільки ударної хвилі, а також і ультразвукових хвиль, що можуть викликати кавітаційні процеси та руйнування тканин. Ударний ефект характерний для імпульсного режиму роботи ОКГ.

Вплив ЛВ невеликої інтенсивності призводить до різних функціональних зрушень у серцево-судинній системі, ендокринних залозах, центральній нервовій системі. З’являються симптоми підвищеної стомлюваності, великі стрибки артеріального тиску, головні болі і т. ін.

При локальній дії найбільшу небезпеку ЛВ становить для органів зору. Для < 0,4 мкм і > 1,4 мкм ЛВ найбільше впливає на рогівку очей і шкіру, а у значеннях = 0,4 - 1,4 мкм - на сітківку ока. Обумовлено це тим, що кришталик ока діє, як додаткова фокусуюча лінза, що підвищує концентрацію енергії на сітківці ока. Все це значно, у 5-10 разів, знижує максимально припустимий рівень опромінювання для зіниці ока.

Нормування лазерного випромінювання. Нормування лазерного випро­мінювання здійснюється згідно санітарних норм і правил СНиП 5804-91 та ГОСТ 12.01.040-83 „ССБТ. Лазерная безопасность. Общие положения”. За нормативами для проектування лазерної техніки має бути діючим принцип відсутності впливу на людину прямого, дзеркально та дифузно відбитого випромінювань.

При визначені класу небезпеки лазерного випромінювання необхідно враховувати спектральний діапазон роботи лазера: I – 180нм < < 380нм, II – 380нм < < 1400нм, III – 1400нм < < 10⁵нм.

Нормованими параметрами ЛВ з точки зору небезпеки є енергія W (Дж) і потужність Р (Вт) випромінювання, що пройшли обмежуючу апертуру діаметрами d_a = 1,1 мм (у спектральних діапазонах I і II) та d_a = 7 мм (у діапазоні III); енергетична експозиція Н і інтенсивність опромінення Е, усереднені по обмежуючій апертурі:

Н = W/S_a; E = P/S_a, (2.113)

де: S_a — площа обмежуючої апертури.

Згідно нормативам лазерне устаткування за ступенем небезпеки поділяється на 4 класи:

1. клас – повністю безпечні лазери, які не мають шкідливої дії на очі та шкіру;

2. клас – лазери, що становлять небезпеку для очей та шкіри у випадку прямої дії колімірованим, тобто замкнутим у малому куті розповсюдження пучком, а дзеркальне або дифузно відбите випромінювання таких лазеpiв безпечне для людини;

3. клас – це лазери, які діють у видимому діапазоні спектру і становлять небезпеку як для очей (пряме і дзеркальне відбите випромінювання на відстані 10 см від відбиваючої поверхні), так і шкіри (тільки пряме випромінювання);

4. клас – найбільш потужні лазери, які небезпечні при дифузно відбитому випромінюванні для очей і шкіри на відстані 10 см від дифузно відбиваючої поверхні.

Згідно СНиП 5804-91 регламентуються гранично допустимі рівні (ГДР) ЛВ в залежності від режиму роботи лазера, його спектрального діапазону, тривалості впливу, однократна чи багатократна дія ЛВ. Гранично допустимі рівні випромінювання нормуються окремо для шкіри, сітківки та рогівки ока. Наприклад, відповідно до санітарних норм, під час роботи з ОКГ ГДР випромінювання для очей при однократній дії ЛВ є енергія W (Дж), яка нормується в залежності від довжини хвилі і тривалості впливу ЛВ (таблиця 2.37 – випадок колімірованого (прямого) ЛВ у діапазоні 380 нм < 1400 нм).

Гранично допустимі рівні лазерного випромінювання у діапазоні 1400<10⁵ нм наведені у таблиці 2.38 для випадку прямого чи розсіяного ЛВ.

Таблиця 2.37