46 Лазерне випромінювання
Використання лазерної техніки зумовлене унікальними властивостями лазерного випромінювання: монохромністю (генерування хвилі лише однієї довжини хвилі), високою спрямованістю (малим кутовим розширенням променя навіть на значних відстанях), великою інтенсивністю (до 1014 Вт/см2) когерентністю f = const
Діапазон лазерного випромінювання ділиться на УФ 0,2...0,4 мкм, видиме 0,4...0,75 мк; ближнє ІЧ 0,75...1,4 мкм, дальнє ІЧ >1,4 мкм.
Випромінювання металу відбувається при потужності лазерного випромінювання порядку 1012 Вт/см2, тривалості імпульсу 10-9с.
Джерелом лазерного випромінювання є оптичний квантовий генератор (лазер), принцип роботи якого базується на використанні вимушеного (стимульованого) електромагнітного випромінювання, яке генерується робочим елементом у результаті збудження (накачування) його атомів електромагнітною енергією. Лазери відрізняються за наступними ознаками:
за активним елементом, в якому енергія накачування перетворюється у випромінювання – газові, рідинні, твердотілі, напівпровідникові;
за методом збудження (накачування) – пропусканням постійного, імпульсного чи високочастотного струму через газ; неперервним чи імпульсним світлом; опромінення іонізуючими променями;
за довжиною світлової хвилі, що регенерується – ультрафіолетові, видимого випромінювання, інфрачервоні;
за режимом роботи – неперервний та імпульсний;
за конструктивним виконанням – закриті та відкриті;
за особливостями використання – стаціонарні та переносні;
за способом відведення тепла від лазера – з природним та примусовим охолодженням: повітряним чи водяним;
за ступенем безпеки вимірювання, що генерується лазером – чотирьох класів (дивись таблицю).
Дія лазерного випромінювання на організм людини відзначається складним характером, а біологічні ефекти, які при цьому виникають можна підрозділити на дві групи: первинні ефекти – органічні зміни, що виникають безпосередньо в опромінених тканинах; вторинні ефекти – фізіологічні зміни, що виникають в організмі, як реакція на опромінення. Вторинні ефекти проявляються у частих болях голови, швидкому стомлюванні, порушенні сну, підвищеній збудливості тощо. Оскільки лазерне випромінювання характеризується великою густиною енергії, то в опромінених тканинах можуть виникнути опіки різного ступеня. Найбільш небезпечне лазерне випромінювання для очей, оскільки кришталик фокусує та концентрує його на сітківці. Залежно від інтенсивності лазерне випромінювання може викликати тимчасову чи незворотну втрату зору внаслідок сильного опіку сітківки. При великій інтенсивності випромінювання можливе ураження не лише очей, але й шкіри, оболонок мозку, внутрішніх органів.
Клас лазера залежно від небезпеки вихідного випромінювання
Клас лазера |
Небезпека вихідного випромінювання лазера |
І ІІ
ІІІ
ІV |
Немає небезпеки для очей та шкіри Існує небезпека при опроміненні очей прямим або дзеркально відбитим випромінюванням Існує небезпека при опроміненні очей прямим, дзеркально відбитим, а також дифузно відбитим випромінюванням на відстані 10 см від дифузно відбиваючої поверхні та (або) при опроміненні шкіри прямим і дзеркально відбитим випромінюванням Існує небезпека при опроміненні шкіри дифузно відбитим випромінюванням на відстані 10 см від дифузно відбиваючої поверхні |
При експлуатації лазера виникає небезпека, пов’язана не лише з дією лазерного вимірювання, а й з низкою супутніх несприятливих чинників, а саме: підвищеною запиленістю та загазованістю повітря робочої зони продуктами взаємодії лазерного випромінювання з матеріалом мішені та повітрям (утворюється озон, окиси азоту та ін.); ультрафіолетовим випромінюванням імпульсних ламп накачки або кварцових газорозрядних трубок у робочій зоні; світлом високої яскравості від імпульсних ламп накачування і зони взаємодії лазерного променя з матеріалом мішені; іонізуючими випромінюваннями, які використовуються для накачування; електромагнітними випромінюваннями радіочастотного діапазону, які виникають при роботі генераторів накачування газових лазерів; підвищеною напругою в електричних колах керування та живлення лазера.
З метою забезпечення безпечних умов праці персоналу санітарними правилами та нормами (СанПиН № 5804-91)регламентовані гранично допустимі рівні (ГДР) лазерного випромінювання на робочих місцях, які виражені в енергетичних експозиціях. Енергетична експозиція – це відношення енергії випромінювання, що падає на відповідну ділянку поверхні, до площі цієї ділянки. Енергетична експозиція нормується окремо для рогівки та сітківки ока, а також шкіри. В різних діапазонах довжин хвиль норми встановлюють ГДР лазерного випромінювання в залежності від тривалості імпульсу, частоти повторення імпульсів, тривалості дії, кутового розміру променя чи діаметру плями засвітки на сітківці, фонової освітленості обличчя працівника тощо. Одиницею вимірювання є Дж/см2.
В діапазоні 0,4...1,4 мкм нормується також діаметр плями засвічування на сітківці, діаметр кришталика у видимій області додатково нормується величина фонового засвічування (освітленості ока).
При дії на один і той же орган повинна виконуватись умова:
,
де ГДЗ гранично допустиме значення.
В залежності від класу лазерної установки використовуються ті чи інші засоби та заходи, які за організаційною ознакою підрозділяються на колективні та індивідуальні. До колективних засобів та заходів лазерної безпеки належать:
- вибір лазера для технологічної операції за мінімально необхідним рівнем випромінювання;
- розташування лазерів IV класу в ізольованих приміщеннях;
- використання дистанційного керування;
- огороджування зон можливого поширення лазерного випромінювання (прямого, розсіяного, відбитого);
- оброблення внутрішніх поверхонь приміщення, в якому встановлені лазерні установки матеріалами з високим коефіцієнтом поглинання;
- екранування променя лазера на всьому шляху його поширення, а також зони взаємодії променя і мішені;
- встановлення на лазерній установці блокувальних засобів та сигналізації початку та закінчення роботи лазера;
- проведення контролю рівнів лазерного опромінення.
До засобів індивідуального захисту від лазерного випромінювання належать захисні окуляри із світлофільтрами, маски, щитки, халати, рукавички. Їх вибір здійснюється з урахуванням інтенсивності та довжини хвилі лазерного випромінювання.
Для вимірювання енергетичних характеристик лазерного випромінювання використовують прилад типу ИЛД-2.