Безопасность жизнедеятельности основы безопасности при работе с лазерным излучением. Учебное пособие

2.1.4. Акустический шум

При работе лазерных установок акустический шум возникает в процессе взаимодействия лазерного излучения с мишенью. Кроме того, источником шума могут быть узлы и агрегаты, комплектующие лазерные установки, например, электродвигатели, насосы подачи воды и воздуха для охлаждения и т.п. При работе мощных твердо- тельных лазеров импульсного действия дополнительным источником шума является блок накачки.

Поглощение мощного лазерного излучения на поверхности ми- шени приводит к образованию сильных волн давления в веществе мишени. В результате объемного расширения материала появляется бегущая волна сжатия, которая распространяется в глубь вещества. При достижении свободной поверхности мишени она отражается как волна разрежения, а также излучается в виде звука в окружающую мишень среду. Если амплитуда волны разрежения становится доста- точно большой и превышает предел прочности материала, может возникнуть разрушение и откол вблизи свободной поверхности, что также может привести к дополнительному звукообразованию.

К звукообразованию может также приводить процесс испарения и разлета расширяющегося вещества в окружающую среду, что, в ко- нечном счете, приводит к образованию ударной волны в воздухе. Анализ процесса расширения такой плазмы может быть осуществлен на основе гидродинамической модели. По-видимому, данный меха- низм вносит основной вклад в процесс звукообразования при работе лазерных установок. В некоторых случаях вклад в процесс звукооб- разования вносит электрострикция, т.е. деформация тел во внешнем электрическом поле.

Следует отметить, что наиболее характерным типом интенсивного шума лазерных установок является импульсный шум. Интенсивные кратковременные импульсы давления, характерные для лазерной технологии, представляют значительную опасность, так как длитель- ность таких импульсов (менее 1 мс) значительно короче латентного периода защитной реакции среднего уха, составляющей в среднем 15...20 мс. В связи с этим вся энергия импульса беспрепятственно проходит во внутреннее ухо и, обладая значительной интенсивно- стью, вызывает серьезные изменения в чувствительных клетках.

31

2.1.5. Вибрация и повышенное значение напряжения

При эксплуатации технологических лазеров повышенный уро- вень вибрации имеет место в результате работы отдельных узлов, комплектующих установки.

Высокое напряжение в цепях управления и источниках элек- тропитания представляет опасность для работающих в виде на- копительных батарей, систем управления и других узлов практи- чески всех лазерных установок, кроме маломощных полупровод- никовых.

2.1.6. Электромагнитные поля

Наличие электромагнитных полей, токов промышленной час- тоты и радиационного диапазона характерны для определенных лазерных установок.

2.1.7. Ионизирующие излучения

Источниками ионизирующих излучений различного характера при работе лазеров являются источники питания и накалки лазеров, активная среда и лазерная плазма.

Источники питания с напряжением выше 15 кВ генерируют рент- геновское излучение (вакуумные выпрямительные кенотроны и ти- ратроны, генераторные лампы). В электроионизационных лазерах, работающих на смеси углекислого газа с азотом и гелием, для под- держания необходимой величины ионизации газа используют пучки электронов и протонов и рентгеновское излучение. В качестве актив- ной среды используют также материалы, содержащие радионуклиды.

При эксплуатации лазерных установок наблюдаются сопутст- вующие ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное излучения от источников накалки, плазменного факела и материалов мишени.

2.1.8. Параметры микроклимата

Анализ общего фона, создаваемого работой узлов и агрегатов лазер- ных установок, показал, что на общую санитарно-гигиеническую об- становку существенное влияние оказывают параметры микроклимата на рабочих местах, зависящих от подвижности воздуха, его влажности и температуры, а также от интенсивности тепловыделений.

32

Все вышеперечисленные опасные и вредные производственные фак- торы, возникающие на рабочих местах лазерных установок (см. табл. 2.1), оказывают негативное воздействие на персонал. Значимость различных неблагоприятных факторов и соответствующие мероприятия защитного и профилактического характера зависят от энергетических характери- стик лазерного излучения, физико-химических свойств облучаемого материала, особенности технологического процесса и конструкции ис- пользуемых лазерных установок.

Следует отметить, что при эксплуатации и разработке лазерных объектов возможна опасность взрывов в системах накачки, а так- же наличие пожаров при попадании лазерного излучения на горю- чий материал.

Основным нормативным документом, регламентирующим требо- вания безопасности при эксплуатации лазерных установок, являются «Санитарные нормы и правила устройства и эксплуатации лазеров»

№5804–91 (СанПиН-лазер). Этот документ устанавливает:

–предельно допустимые уровни (ПДУ) лазерного излучения в диапазоне длин волн 180…105 нм;

–классификацию лазеров по степени опасности генерируемого ими излучения;

–требования к устройству и эксплуатации лазеров;

–требования к производственным помещениям, размещению оборудования и организации рабочих мест;

–требования к персоналу;

–контроль за состоянием производственной среды;

–требования к применению средств защиты;

–требования к медицинскому контролю.

2.2. Нормирование воздействия лазерного излучения

Существует два научно обоснованных подхода к нормированию ла- зерного излучения (ЛИ): первый – по повреждающему эффекту тканей или органов, возникающему непосредственно в месте облучения; вто- рой – на основе выявляемых функциональных и морфологических из- менений целого ряда систем и органов, не подвергающихся непосредст- венному воздействию.

Гигиеническое нормирование основывается на критериях биологиче- ского воздействия и определяется в первую очередь областью электро-

33

магнитного спектра. В соответствии с этим диапазон ЛИ разделен на ряд областей:

–от 0,18 до 0,38 мкм – ультрафиолетовая;

–от 0,38 до 0,75 мкм – видимая;

–от 0,75 до 1,4 мкм – ближняя инфракрасная;

–свыше 1,4 мкм – дальняя инфракрасная.

Выбор величины ПДУ связан с принципом определения минималь- ных «пороговых» повреждений в облучаемых тканях (сетчатка, роговица глаз, кожный покров), обнаруживаемых современными методами иссле- дования во время или после воздействия лазерного излучения.

Нормируемыми параметрами являются энергетическая экспози- ция Н (Дж·м–2) и облученность Е (Вт·м–2), а также энергия W (Дж) и

мощность Р (Вт).

Для лазерного излучения любой волны негативные воздействия обу- словлены наличием теплового механизма, а для УФ – излучения фотохи- мического воздействия. Тепловое излучение ЛИ определяется плотно- стью потока излучения на поверхности облучаемой ткани, а фотохимиче- ское – суммарной энергетической экспозицией. В соответствии с этим структура ПДУ лазерного излучениия представлена на рис. 2.2.

ПДУ

Рис. 2.2. Структура ПДУ лазерного излучения:

λ– длина волны излучения; τи – длительность импульса излучения;

ν– частота повторения импульсов; α – видимый угловой размер источника излучения; Н – энергетическая экспозиция от одиночного

импульса излучения; НΣ – суточная доза; Wτ – энергия импульса коллимированного излучения, прошедшего через зрачок глаза; G(ν, tc) – поправка на частоту повторения импульсов и длительность серии

импульсов; В(α, τи) – поправка на видимый угловой размер источника диффузного излучения и длительность импульса излучения

34

Предельно допустимые уровни ЛИ установлены для однократного и хронического облучения в трех диапазонах длин волн: I – от 180 до

380 нм; II – от 380 до 1400 нм; III – свыше 1400 нм до 105 нм.

Воздействие ЛИ видимой области спектра вызывает сдвиги в функционировании эндокринной и иммунной систем, централь- ной и периферийной нервной системы, в том числе изменения белкового, углеводного и липидного обменов. Лазерное излуче- ние с длиной волны 0,514 мкм приводит к изменениям в деятель- ности гипофиз надпочечниковых систем. Длительное хрониче- ское воздействие ЛИ длиной волны 1,06 мкм вызывает вегетосо- судистые нарушения.

Лазерное излучение с длиной волны от 380 до 1400 нм наи- большую опасность представляет для сетчатой оболочки глаза, а излучение с длиной волны от 180 до 380 нм и свыше 1400 нм – для передних сред глаза. Повреждение кожного покрова наблю- дается при облучении волной любой длины.

Для определения предельно допустимых уровней НПДУ и ЕПДУ при воздействии ЛИ на кожу усреднение производится по ограничивающей апертуре диаметром 1,1·10 –3 м (площадь апертуры Sa = 106 м2). Для опре- деления НПДУ и ЕПДУ при воздействии ЛИ на глаза в диапазонах I и III ус- реднение производится по ограничивающей апертуре диаметром 1,1·10 –3 м, а в диапазоне II – по апертуре диаметром 7·10 –3 м.

Наряду с энергетической экспозицией и облученностью, нормируе- мыми параметрами являются энергия W и мощность Р излучения, про- шедшего через указанные ограничивающие апертуры.

Параметры НПДУ, ЕПДУ и WПДУ, PПДУ могут использоваться независимо,

всоответствии с решаемой задачей.

Втабл. 2.2 – 2.8 приведены соотношения для расчета ПДУ при одно- кратном воздействии лазерного излучения на глаза и кожу.

Таблица 2.2

Соотношения НПДУ и ЕПДУ при однократном воздействии на глаза и кожу коллимированного или рассеянного лазерного излучения в спектральном диапазоне I

35

Примечания: 1. t1 = 10 –15·10 0,8(λ – 295).

2. Во всех случаях Wпду = Нпду ·10 –2; Pпду = Eпду ·10 –2.

Таблица 2.3

Предельные однократные суточные дозы НсутПДУ при облучении глаз и кожи лазерным излучением в спектральном диапазоне I

36

Таблица 2.4

Соотношения для определения WПДУ при однократном воздействии на глаза коллимированного лазерного излучения в спектральном диапазоне II (длительность воздействия меньше 1 с)

Таблица 2.5

Соотношения для определения РПДУ при однократном воздействии на глаза коллимированного лазерного излучения в спектральном диапазоне II (длительность воздействия меньше 1 с)

37

Таблица 2.6

Соотношения для определения НПДУ , ЕПДУ , WПДУ и РПДУ при однократном воздействии на глаза коллимированного лазерного излучения

в спектральном диапазоне II

Примечание. Во всех случаях: WПДУ = НПДУ ·10 –2; PПДУ = EПДУ ·10 –2.

38

Таблица 2.7

Соотношения для определения НПДУ, ЕПДУ, WПДУ и РПДУ при однократном воздействии на глаза коллимированного лазерного излучения

в спектральном диапазоне III

Примечание. Во всех случаях WПДУ = НПДУ ·10 –2; PПДУ = EПДУ ·10 –2.

Таблица 2.8

Соотношения для определения ПДУ при однократном воздействии на глаза и кожу серии импульсов коллимированного или рассеянного лазерного излучения

39

Указанные выше энергетические параметры связаны между собой следующими соотношениями:

НПДУ = WПДУ / Sa;

ЕПДУ = PПДУ / Sa..

На рис. 2.3 представлены значения поправочного коэффициен-

та B(α ,t).

Рис. 2.3. Значения поправочного коэффициента В(α, t), уменьшенные на единицу, в зависимости от видимого углового размера

протяженного источника α, рад, и длительности облучения t, с:

1 – 10 –5 < t ≤ 10 –4; 2 – 10 –7 < t ≤ 10 –5; 10 –4 < t ≤ 10 –2; 3 – 10 –9 < t ≤ 10 –7; 10 –2 < t ≤ 1; 4 – t ≤ 10 –9; t > 1

40