3.3.7.Лазерное излучение
Лазерное излучение (ЛИ) представляет собой особый вид ЭМИ оптического диапазона с длиной волны 102...106 нм. Отличие ЛИ от других видов ЭМИ заключается в монохроматичности (строго одной длины волны), когерентности (источники изучения испускают электромагнитные волны в одной фазе) и острой направленности луча.
Основным источником ЛИ является лазер (оптический квантовый генератор).
Плотность мощности излучения лазерных генераторов достигает 1011...1014 Вт/см2, в то время как для испарения большинства материалов достаточно 109 Вт/см2 (т.е. в 10 раз меньше). Для сравнения — плотность солнечного излучения 0,15...0,25 Вт/см2. Опасность представляет не только прямое, но и диффузно отраженное лазерное излучение. Кроме того, при работе лазерных установок появляются сопутствующие факторы — электромагнитные поля, высокое напряжение, аэрозоли и химические вещества в зоне действия луча. Работа лазерных установок, как правило, сопровождается шумом. На фоне постоянного шума, который может достигать 70…80 дБ, имеют место звуковые импульсы с уровнем интенсивности 100… 120 дБ, возникающие в результате перехода световой энергии в механическую в месте соприкосновения луча с обра-
263
батываемой поверхностью или за счет работы механических затворов лазерных установок.
В настоящее время лазеры широко используются в различных областях промышленности, науки и техники, связи, сельском хозяйстве, медицине, биологии и др. Лазерные установки применяются в точных измерительных приборах, оптической локации, в точной сварке, плавке, сверлении тугоплавких металлов и т.д. В медицине с помощью лазерных установок проводятся операции на глазах, сосудах, нервных волокнах.
На объектах железнодорожного транспорта внедряются лазерные установки для высокоточной механической обработки поверхностей из тугоплавких материалов и материалов высокой твердос-ти. В электронных платах приборов автоматики и СЦБ с помощью лазеров прошиваются высокоточные отверстия диаметром, измеряемым в нм.
Воздействие лазерного излучения на организм зависит от целого ряда параметров. Согласно ГОСТ 15093—90 в качестве ведущих критериев при оценке степени опасности генерируемого лазерного излучения приняты мощность и энергия излучения на единицу облучаемой поверхности, длина волны, длительность импульса, частота следования импульсов, время облучения, площадь облучаемой поверхности. Кроме того, воздействие ЛИ зависит от биологических и физико-химических особенностей облучаемых тканей и органов че-
264
ловека. Энергия ЛИ в тканях и органах человека может вызывать как органические изменения, так и изменения функционального характера. При этом наблюдается сочетанное термическое и механическое действие на облучаемые структуры.
Классификация лазеров по степени опасности генерируемого излучения приведена в ГОСТ Р 50723—94. Она построена, в основном, на специфике воздействия ЛИ на органы зрения и кожу. В зависимости от опасности, которую лазерные установки представляют для обслуживающего персонала, они подразделяются на четыре класса:
•класс 1 (безопасные) — выходное излучение не опасно для глаз;
•класс 2 (малоопасные) — опасно для глаз прямое или зеркально отраженное излучение, защита же глаз в достаточной мере обеспечивается естественными реакциями организма — эффектом мигания;
•класс 3 (среднеопасные) — опасно для глаз прямое, зеркально отраженное излучение, а также диффузное (рассеянное) излучение на расстоянии 10 см от отражающей поверхности и (или) для кожи прямое или зеркально отраженное излучение. При работе с лазерными установками класса 3А может быть опасно наблюдение луча с помощью оптических приборов. У лазеров класса 3В непосредственное наблюдение луча всегда опасно. Ви-
265
димое рассеянное излучение обычно безопасно только при расстоянии до экрана более 13 см и времени наблюдения до 10 с;
•класс 4 (высокоопасные) — опасно для кожи диффузно отраженное излучение на расстоянии 10 см от отражающей поверхности. У лазеров класса 4 представляет опасносгь не только непосредственное наблюдение прямого излучения, но и рассеянного излучения. Эти излучения могут вызывать по-
ражение кожи и внутренних органов человека, создавать пожароопасность. Лазерное излучение действует избирательно на различные органы. Различают локальные и общие повреждения организма. Результатом локального воздействия могут быть ожоги разной степени тяжести (до обугливания), особенно на пигментированных участках кожи. При фокусировке луча внутри opганизма возможно поражение внутренних органов человека. При большой интенсивности и продолжительности облучения возможно повреждение ряда
внутренних органов и тканей.
Наиболее чувствительным органом является глаз. Эффект воздействия лазерного излучения на орган зрения в значительной степени зависит от длины волны и локализации воздействия. Клиническая картина расстройств функций зрения может быть от небольших функциональных нарушений до полной потери зрения. Лазерное излучение видимой и ближней инфракрасной области спектра при попадании в орган зрения достигает сетчатки, а излучение ультра-
266
фиолетовой и дальней инфракрасной областей спектра поглощается конъюнктивой, роговицей, хрусталиком глаза. Роговица и хрусталик повреждаются и теряют прозрачность. Нагрев хрусталика приводит к образованию катаракты. В спектральном диапазоне 0,4...1,4 мкм опасность для зрения резко возрастает, так как для этих длин волн оптические среды глаза становятся прозрачными. При повреждении сетчатки происходит необратимое нарушение зрения.
Характер повреждений кожи или слизистых оболочек варьируется от легкого покраснения до различной степени ожогов, вплоть до поверхностного обугливания и образования глубоких дефектов кожи, особенно на пигментированных участках (родимые пятна, области тела с сильным загаром). Повреждение кожи может быть вызвано ЛИ любой длины волны в спектральном диапазоне 180...100 000 нм.
При воздействии ЛИ в непрерывном режиме преобладают в основном тепловые эффекты, следствием которых является свертывание белка, а при больших мощностях — испарение биоткани.
ЛИ, особенно дальней инфракрасной области (с волнами длиной свыше 1400 нм), способно проникать через ткани тела на значительную глубину, поражая внутренние органы человека. К примеру, прямое облучение поверхности брюшной стенки вызывает повреждение печени, кишечника и других органов, а при облучении головы возможны внутричерепные кровоизлияния.
267
При применении современных лазеров большой мощности возросла опасность случайного повреждения внутренних органов. Общее воздействие ЛИ может приводить к функциональным нарушениям нервной и сердечно-сосуди- стой систем, работы желез внутренней секреции, повышению артериального давления, утомляемости, снижению работоспособности.
Биологический эффект воздействия лазерного излучения усиливается при неоднократных воздействиях и при сочетании с другими неблагоприятными производственными факторами.
Защита от лазерного излучения. Предупреждение поражений лазерным излучением включает систему мер инженерно-технического, организационного, санитарно-гигиенического характера. Большое влияние оказывают планировочные решения помещений.
При использовании лазеров II—III классов в целях исключения облучения персонала необходимо либо ограждение лазерной зоны, либо экранирование пучка излучения.
Лазеры IV класса опасности размещаются в отдельных изолированных помещениях и обеспечиваются дистанционным управлением.
К индивидуальным средствам защиты, обеспечивающим безопасные условия труда при работе с лазерами, относятся специальные очки, щитки, маски, обеспечивающие снижение облучения глаз до ПДУ.
268
Работающие с лазерами подлежат предварительным и периодическими (один раз в год) медицинским осмотрам с участием терапевта, невропатолога, окулиста.
Гигиеническое нормирование лазерного излучения. Предельно допустимые уровни (ПДУ) ЛИ устанавливаются для двух условий излучения — однократного и хронического, для трех диапазонов длин волн: 180...380 нм, 380...1400 нм, 1400...100000 нм. Нормируемыми параметрами являются энергетическая экспозиция (Н) и облученность (Е). ПДУ ЛИ существенно различаются в зависимости от длины волны, длительности одиночного импульса, частоты следования импульсов и длительности воздействия. Установлены различные ПДУ для глаз (роговицы и сетчатки) и кожи.
Предельно допустимые уровни лазерного излучения регламентированы «Санитарными нормами и правилами устройства и эксплуатации лазеров» № 5804—91, которые позволяют разрабатывать мероприятия по обеспечению безопасных условий труда при работе с лазерами. Санитарные нормы и правила позволяют определять величины ПДУ для каждого режима работы и участка оптического диапазона по специальным формулам и таблицам.
Контроль уровней лазерного излучения производится приборами различных типов в зависимости от длины волны излучения и его мощности. Эти приборы рекомендованы Минтруда России в «Положении о порядке проведения
269