книги из ГПНТБ / Рэди, Дж. Действие мощного лазерного излучения

На очки, экранирующие глаза от лазерного света, не следует полагаться при прямом облучении. Даже пользуясь очками нуж­ ного типа, не следует смотреть прямо навстречу лучу. Более того, очки должны быть снабжены боковыми щитками, чтобы уменьшить вероятность случайного бокового попадания излучения в глаз.

Длина, волны, икм

Ф и г , 7.12.

Оптические плотности некоторых выпускаемых промышленностью стекол как функция длины волны.

Обозначения кривых расшифрованы в табл, 7.3. Указаны длины волн генерации некото­ рых часто используемых лазеров.

Остановимся на выборе защитных очков для данного лазера. Оптическая плотность защитных очков должна быть достаточно большой, чтобы снижать мощность лазерного луча до такого уровня, при котором интенсивность падающего на сетчатку излу­ чения при случайном попадании ниже порога образования повреж­ дений. Максимально допустимая интенсивность излучения на сет­ чатке сравнима с минимальной интенсивностью излучения, соот­ ветствующей образованию ожога сетчатки. Очки выбирают с таким ослаблением, которое достаточно для снижения мощности излу­ чения ниже порогового уровня. Чтобы определить иитенсивность излучения на сетчатке при случайном облучении, необходимо знать выходную энергию или мощность конкретного лазера, оптическую плотность защитных очков на длине волны генерации лазера и геометрию установки. Многие специалисты, ответствен­ ные за безопасность при работе с лазерами, вводят дополнитель­

иа зрение человека изучено не полностью, имеется тем не менее достаточно информации для того, чтобы попытаться сформули­ ровать руководящие принципы. Общий метод состоит в использо­ вании пороговых величии, при которых, как было описано выше, образуются минимальные различимые при клиническом исследо­ вании повреждения. Максимально допустимые уровни экспозиции при облучении лазером определяют на роговице, поскольку расчет экспозиции для нее более прост. Их определяют как уровни, при которых возникают пороговые повреждения сетчатки. На современном этапе исследований мы пока ие знаем, какие явле­ ния, доступные клиническим наблюдениям, могут происходить ниже этих уровней. Среди большого числа различных рекомендаций

ТАБЛИЦА 7.4

Максимально допустимые уровни облучения роговицы

коэффициент, который линейно возрастает от 1 до 5 в интервале от 0,7 до 1,06 мкм п равен 5 в интервале от 1,06 до 1,4 мкм.

по максимально допустимым уровням облучения достаточно обос­ нованными представляются рекомендации, разработанные в 1972 г. Национальным институтом стандартов США. Возможно, что в даль­ нейшем программа, предлагаемая Национальным институтом стан­ дартов, получит силу закона, будучи включена как в постанов­ ления отдельных штатов, так и в общеамериканский Закон о про­ фессиональной безопасности и здоровье.

Рекомендованные Национальным институтом стандартов мак­ симально допустимые уровни облучеппя указаны для прямого облучения коллимированным лучом через ограничивающую диа­ фрагму диаметром 7 мм. Для видимого света (длины воли от 0,4 до 0,7 мкм) максимально допустимые уровни облучения приведе­ ны в табл. 7.4. Для интервала длин воли от 0,6943 до 1,4 мкм предусмотрено увеличение максимально допустимого уровня облу­ чения.

Максимально допустимая экспозиция для инфракрасного излу­ чения с длиной волны от 1,4 до 13 мкм определена как максималь­ ная плотность потока излучения, падающего на роговицу, усред­ ненная по пятну диаметром 1 мм. Заметим, что указанные вели­ чины гораздо выше, чем соответствующие им в видимой области. Это обстоятельство существенно для применения распространен­ ного лазера на С02 е длиной волны 10,6 мкм. На этой длине вол­ ны глаз по чувствительности к лучевому поражению ие сильно отличается от других частей тела. Конечно, слабый ожог роговицы может причинить больше беспокойства, чем такой же ожог другой области.

Относительно ультрафиолетового излучения (от 0,2 до 0,4 мкм) нет достаточной информации для того, чтобы указать точную норму. Поэтому во всем указанном спектральном интервале предлагается верхний предел интенсивности, равный 1 Вт/см2. Эти уровни не являются абсолютными стандартами, гарантирую­ щими полную безопасность. Они скорее представляют собой реко­ мендации для лиц, специализирующихся в промышленной гигиене,, и именно этп люди должны объяснять смысл указанных цифр' и применять их на практике. Работники, ответственные за тех­ нику безопасности на конкретных лазерных установках, часто снижают эти рекомендованные в качестве исходных уровни, вводя дополнительный «коэффициент безопасности».

Уровни, цитируемые в табл. 7.4 для импульсных лазеров, вызы­ вают минимальные пороговые повреждения сетчатки (фиг. 7.2), если излучение фокусируется в пятно диаметром около 3 мкм. Это, вероятно, слишком осторожная оценка, так как более реаль­ ным минимальным размером изображения на сетчатке является дифракционный предел глаза, для которого обычно приводят величину 10—20 мкм.

Понятие повреждения, использованное при определении этих уровней, является функциональным. Орган не считается повреж­ денным, если он продолжает нормально функционировать, ие обна­ руживая никаких заметных для хозяина глаза изменений. Воз­ можно, что повреждение в микроскопическом смысле (т. е. такое, когда гистологическое исследование указывает на отклонения от нормы в структуре тканей) существует и ниже порога функцио­ нального повреждения. Во всяком случае, большинство рекомен­

даций по защите до сих пор связывалось с понятием функциональ­ ного повреждения и основывалось, хотя бы неявно, на данных, приведенных на фиг. 7.2, где указан порог функционального повреждения, вызываемого излучением импульсных лазеров. Следует иметь в виду, что данные фиг. 7.2 получены на кроликах и что другие авторы, как уже отмечалось, сообщали несколько иные чпсла. Мы отмечали также, что на порог повреждения сетчатки могут влиять многие факторы, которые пока не вполне изучены. Таким образом, ясно, что цитируемые в табл. 7.4 вели­ чины не являются абсолютными стандартами лазерной безопас­ ности. Эти рекомендации являются наилучшими при современном состоянии знаний, т. е. нам неизвестно ип о каких функциональ­ ных нарушениях, которые происходят ниже этих уровней.

При оценке опасности для глаз следует напомнить о возмож­ ности зеркального отражения лазерного луча от поверхностей. Попадание в глаз зеркально отраженного лазерного луча может быть столь же опасным, как и прямое попадание. И действительно, несчастные случаи повреждения глаз человека отраженными лазерными лучами были описаны в литературе [41, 43]. Не следует допускать, чтобы луч попадал на зеркально отражающие пред­ меты. Импульсные лампы, используемые для накачки импульсных лазеров, должны быть закрыты, так как они тоже способны вызы­ вать повреждение глаз (а в некоторых случаях могут и взрываться). Опасным может быть также ультрафиолетовое излучение от неко­ торых лазерных источников накачки, особенно если их баллоны выполнены из кварца.

В качестве рекомендации по нормам облучения кожи проект Национального института стандартов США рекомендует для лазеров, работающих в видимой и инфракрасной областях спектра, при длптельностп облучения более 10 с максимально допусти­ мый уровень облучения, не превосходящий либо 0,2 Вт/см2 по плотности мощности, либо 0,5 Вт по полной мощности. Для импульсных лазеров максимально допустимый уровень облуче­ ния кожи принимается либо вдвое больше, чем соответствующая величина для роговицы в случае инфракрасного облучения (см. табл. 7.4), либо равным 0,5 Вт, если последняя величина больше. Несколько иные рекомендации содержатся в более ран­ них работах [82—86]. Эти рекомендации не следует рассматривать как окончательные, пока не будут получены более определенные данные по облучению кожи. Поскольку ситуация в отношении хронических экспозиций кожи продолжает оставаться неясной, то в случаях, когда возможно хроническое облучение, следует применять средства ее защиты.

Были предложены различные предупредительные знаки о лазер­ ной опасности, которые следует изображать в тех местах, где работают с лазерами.

Защита от излучения лазеров иа углекислом газе представляет собой особую проблему в связи с непрерывным излучением в неви­ димой части спектра. Там, где ситуация это позволяет, всю лазер­ ную установку на С02 можно накрыть кожухом из прозрачного пластика. Большинство пластмасс непрозрачны на длине волны генерации С02-лазера (10,6 мкм). Такой кожух позволяет наблю­ дать за работой и избежать лазерного облучения.

Еще одна проблема связана с посетителями лазерных лабора­ торий. Нельзя ожидать, что они столь же хорошо знакомы с пра­ вилами техники безопасности, как и люди, работающие в лабора­ тории. Доступ к лазерам должен быть ограничен, и если присут­ ствие посетителей в лаборатории необходимо, они должны находиться под контролем ответственных лиц. Посетителей следует снабдить соответствующимп средствами для защиты глаз.

Лазерная установка, находящаяся вне помещений, требует особого наблюдения. Чтобы гарантировать безопасность работы, сотрудники отделов техники безопасности должны в каждом конкретном случае принимать специальные меры и осуществлять контроль за работой лазера.

Рекомендуется производить регулярные медицинские обсле­ дования персонала, работающего с лазерами. Особое внимание следует уделять коже и глазам. Для обнаружения разрушений сетчатки важно проводить фундускопическое исследование дна глазного яблока. Все лица, регулярно работающие с лазерами или подвергающиеся облучению светом лазеров, должны пройти медицинский осмотр для определения состояния здоровья. Повтор­ ные осмотры должны проводиться регулярно в течение всего периода работы с излучением.

• Использование лазеров может представлять опасность не только для глаз и кожи. Была оценена также потенциальная опасность от токсичных и взрывчатых веществ, применяемых при работе лазеров [87]. Многие газы, используемые в качестве активной среды или образующиеся как побочные продукты реакций в газо­ вых лазерах, такие, как окись углерода, цианид водорода или бром, могут представлять опасность, если имеется утечка или образуется трещина^В лазерном оборудовании, например в лазерных моду­ ляторах и элементах, модулирующих добротность, используются многие воспламеняющиеся или ядовитые вещества (такие, как ацетон, нитробензол и ацетонитрил). Эту возможную химическую опасность следует учитывать и принимать соответствующие меры предосторожности.

Нужно с осторожностью относиться и к веществу, испаряемому лазером. В частности, опасные и вредные пары образуются при облучении мишеней из определенных материалов. Конкретный пример — образование паров, содержащих бериллий, при дейст­ вии на огнеупорный кирпич излучения С02-лазера. Для удаления

и сверления лазерным лучом, необходимо предусматривать соот­ ветствующее оборудование.

^Серьезная опасность может быть связана с электрическими цепями лазеров. Электрическая энергия, которая запасается в конденсаторах, питающих импульсные лазеры, потенциальносмертельна. Источники питания лазеров непрерывного действия часто имеют высокое напряжение, которое может представлятьопасность; некоторые несчастные случаи, связанные с лазерами, произошли именно по причине электрического шокад[77]. Лица,, ответственные за безопасность работ на лазерной установке, должны тщательно учитывать любую потенциальную опасность электрического шока.

В проекте Национального института стандартов обсуждается классификация лазеров. Предлагается распределить лазеры по сле­ дующим пяти классам в зависимости от степени опасности (при этом указываются меры контроля для каждого из классов).

1.Безопасные лазеры. К этому классу относятся лазеры, уровень излучения которых не превосходит указанных выше максимально допустимых величин. Безопасные лазеры не требуют нп контроля, ни предупредительных знаков.

2.Непрерывные лазеры малой мощности, работающие в види­ мой областп. Этот класс включает лазеры видимого диапазона, уровень излучения которых при прямом облучении может пре­ восходить максимально допустимый для глаз при экспозиции 10 с, но не превосходит максимально допустимого при экспозиции 0,25 с. Для этого класса лазеров необходим предупредитель­ ный знак.

3.Лазеры средней мощности. Этот класс объединяет лазеры различных типов, включая лазеры видимого и инфракрасногодиапазонов, работающие в импульсном или непрерывном режиме. Чтобы быть отнесенным к этому классу, лазер должен иметь уровень мощности или плотности мощности, не превосходящий некоторого предела, но превышающий максимально допустимый уровень для прямого облучения глаз. Прямое попадание в глаз диффузно рассеянного излучения от лазеров этого типа ие пред­ ставляет опасности. Такие лазеры требуют принятия ряда мер безопасности, включая специальную подготовку обслуживающе­ го персонала, использование устройств блокировки и прерывания луча, контроль за траекторией луча, ограничение числа лиц, могущих подвергнуться облучению, использование защитных очков, предупредительных знаков и при возможности — устройств, ограждающих путь луча.

4.Мощные лазеры. К этому классу относятся лазеры, излу­ чение которых по мощности или интенсивности превосходит как максимально допустимый уровень облучения для глаз, так и огра-

ничеыня, введенные для класса 3. Попадание в глаз диффузно рассеянного света от лазеров этого класса может представлять опасность. При работе с этими лазерами требуется принятие

к защитным очкам, предупредительные сигналы о включении лазера, ограничения доступа в помещение, где находится лазер, общая система блокировки и при возможности — ограждение луча и дистанционное управление поджигом.

5. Изолированные лазеры. К изолированным лазерам относят­ ся любые устройства, которые благодаря специальным мерам, принятым при конструировании или эксплуатации, излучают свет на уровне, не превосходящем максимально допустимый для пря­ мого облучения глаз. Лазер этого типа должен иметь защитный кожух, закрывающий доступ к нему во время работы, блокировку и фильтры на всех смотровых окнах.

В заключение мы приведем несколько выдержек из инструкции по технике безопасности при работе с лазерами. Нижеследующие рекомендации по лазерной безопасности содержатся в работе [83] 1)

А. Основные меры предосторожности (общие для каждой лазерной установки)

17Не следут смотреть навстречу первичному лучу или зеркально ■отраженномулучу, ееслн плотности мощности нлиэнергии превышают допусти­ мые уровни облучения.

2. Следует избегать визуальной наводки лазера, поскольку при этом приходится смотреть вдоль луча, что увеличивает опасность поражения отраженным светом.

3.Работа с лазерами должна производиться на площадях с ярким общим освещением, чтобы зрачки все время были сужены. Это ограничивает энергию, которая может попасть в глаз в результате неосторожности.

4.Частичную защиту от излучения обеспечивают небыощпеся защитные приспособления для глаз, предназначенные для задержки отдельных частот, характерных для дайной системы. Защитные очки следует периодически проверять, чтобы убедиться в сохранении достаточной оптической плот­ ности на длине волны генерации лазера. Надо быть уверенным, что лазерные защитные очки, предназначенные для защиты от излучения данного лазера, не используются при работе с лазерами, имеющими другую длину волны. Рекомендуется применять разноцветные оправы, а оптическая плотность должна быть указана на фильтре. Защитные стекла, подвергшиеся действию излучения большой интенсивности или плотности энергии, могут потерять эффективность и должны быть забракованы... \)*

*) Общий анализ влияния на организм неблагоприятных физических и хими­ ческих факторов дан в монографии [91]. Вопросам вредного действия лазер­ ного излучения и рекомендациям по технике безопасности при работе с лазерами посвящена работа [92].— Прим. ред.

на СОг и N2 •— это возможность возникновения пожара. В качестве преграды

для луча следует использовать огнеупорный кирпич достаточной толщины или лист асбеста.

2. Лазерная установка должна быть собрана из материала, непрозрач­ ного для ультрафиолетового света, генерируемого газовым разрядом. Кварце­ вые трубы пропускают ультрафиолетовое излучение, тогда как трубы из опре­ деленных сортов термостойкого стекла в достаточной степени непрозрачны

вэтой части спектра.

3.Необходимо ослабить отраженное излучение инфракрасного лазера,

либо закрывая луч и мишень, либо применяя защитные приспособления для глаз, изготовленные из материала типа плексигласа, которые непрозрачны для длины волны 10,6 мкм.

Представленные выше рекомендации, могут служить как указания при разработке программы мероприятий по обеспе­ чению безопасности при работе с лазерами. Приведенные здесь выдержки не претендуют на то, чтобы служить исчерпывающей программой таких мероприятий, пригодной для всех установок. Конкретные применения этих инструкций и учет степени опас­ ности, связанной с каждой лазерной установкой, входят в обязан­ ности соответствующих лиц, занимающихся техникой безопас­ ности, которые и должны организовать безопасные условия работы на данной установке.

Эти рекомендации являются общими правилами безопасной работы, сформулированными для конкретной области как общий образ действия. Их можно изменить или расширить в зависимости от конкретных обстоятельств. Например, в некоторых ситуациях для персонала было бы целесообразным совсем покинуть комнату и наблюдать за работой лазерной системы с помощью телевизион­ ной установки внутреннего пользования.

Лазер не представляет собой какой-то один определенный прибор; с многими типами лазеров связаны различные опасности. При составлении программы по технике безопасности бессмыслен­ но рассматривать сразу все типы лазеров. Меры предосторожности, необходимые для работы на С02-лазере с мощностью 100 Вт, могут не соответствовать условиям работы с гелий-неоновым лазером, имеющим мощность 1 мВт. Следует также учитывать особенности области применений, в которой используют лазер. Каждый случай необходимо рассматривать отдельно и разраба­ тывать программу организации безопасной 'работы в соответ­ ствии с этим случаем.

ЛИТЕРАТУРА

1.Geeraets W. Berry Е. R., Amer. Journ. Оpthal., 66, 15 (1968).

2.Solon L. R., Aronson R., Gould G., Science, 134, 1506 (1961).

3.Zarel M. M. et al., Science, 134, 1525 (1961).