4.2Расчет предельно-допустимых уровней и определение класса по степени опасности генерируемого излучения разрабатываемого аппарата
За ПДУ лазерного излучения принимаются энергетические экспозиции облучаемых тканей человека. Для рассматриваемого аппарата со спектральным диапазоном излучения 0,5 ¸0,95 мкм ПДУ лазерного излучения регламентируются на роговице глаз и коже. При этом ПДУ должны исключать появление как первичных, так и вторичных биологических эффектов.
В качестве исходных данных для расчета ПДУ возьмем следующие параметры:
- энергия импульса лазерного излучения (Ee) – 0,5 мДж;
- длина волны лазерного излучения (l) – 0,5¸0,95 мкм;
- длительность импульса (t) – 2,5×10-8 с;
- частота повторения импульсов (f) – 3Гц;
- длительность воздействия (t) – 103с.
- диаметра зрачка глаз (dз) – 0,5 см;
- фоновая освещенность роговицы (Фр) – 100лк.
Определим сначала ПДУ каждого импульса лазерного излучения на роговице глаза. Для первичных биологических эффектов:
Нп,имп = Нп × К2 ,где
Нп=Н1×К1 – ПДУ лазерного излучения, не вызывающее первичных биологических эффектов;
K2 – поправочный коэффициент на частоту повторения импульсов по длительности воздействия, K2=2,3×10-2 (все табличные данные взяты из [28]);
Н1 – энергетическая экспозиция на роговице гдаза в зависимости от длительности воздействияи углового размера источника излучения при максимальном диаметре зрачка глаза, Н1=5,5×10-3 Дж/см2;
К1 – поправочный коэффициент на длину волны излучения и диаметр зрачка глаза, К1=2,1.
Выполняя расчет по приведенным формулам, получаем
Нп,имп=2,7×10-4 Дж/см2.
Для вторичных биологических эффектов ПДУ находится по формуле
,
где
Нв=10-1×Н2×Фр – ПДУ непрерывного лазерного излучения, не вызывающее вторичных биологических эффектов;
Н2 – энергетическая экспозиция на роговице глаза в зависимости от длины волны излучения и диаметра зрачка. Н2=1,7×10-3 Дж/см2.
Выполняя соответствующие расчеты, получаем
Нв,имп=5,7×10-6 Дж/см2.
Итак, ПДУ лазерного излучения для глаз составляет 5,7×10-6 Дж/см2.
ПДУ лазерного излучения для кожи определим по формуле
Нимп = Н × К2 , где
Н – ПДУ энергетической экспозиции кожи в зависимости от длины волны и длительности импульса лазерного излучения, Н=4×10-3 Дж/см2.
Расчет дает для Нимп значение 9,2×10-5 Дж/см2.
Определим класс аппарата по степени опасности генерируемого излучения. Согласно “Санитарным нормам и правилам устройства и эксплуатации лазеров”[28], по степени опасности генерируемого излучения лазеры подразделяются на четыре класса.
К лазерам I-го класса относятся такие лазеры, выходное излучение которых не представляет опасности для глаз и кожи.
К лазерам II-го класса относятся такие лазеры, выходное излучение которых представляет опасность при облучении глаз прямым или зеркально отраженным излучением.
К лазерам III-го класса относятся такие лазеры, выходное излучение которых представляет опасность при облучении глаз прямым, зеркально отраженным, а также диффузно отраженным излучением на расстоянии 10 см от днффузно отражающей поверхности, и (или) при облучении кожи прямым и зеркально отраженным излучением.
К лазерам IV-го класса относятся такие лазеры, выходное излучение которых представляет опасность при облучении кожи диффузно отраженным излучением на расстоянии 10 см от диффузно отражающей поверхности.
Класс опасности лазеров, не относящихся к технологическим установкам, определяется по выходным характеристикам излучения в соответствии с таблицами 4.1 и 4.2. Лазеры (установки), генерирующие излучение в видимой области спектра, классифицируются по первичным и вторичным биологическим эффектам, при этом выбирается наибольший из соответствующих классов.
Таблица 4.1
Классификация лазеров по степени опасности генерируемого ими излучения (по первичным биологическим эффектам для диапазона длин волн 0,4 ¸1,4 мкм)
|
Класс лазера |
Энергия (Ee, Дж), генерируемая лазером за время воздействия (t) |
|
I |
Ee £ 7,7×10-5×Нп.т |
|
II |
7,7×10-5×Нп.т < Ee £ 3,2×102×Нп |
|
III |
3,2×102×Нп < Ee £ 102×pН |
|
IV |
Ee > 102×pН (Н – ПДУ облучения кожи за время воздействия t) |
По первичным биологическим эффектам дляII класса лазеров
7.7×10-5×Нп.т. < Ee £ 3.2×102×Нп , (4.1)
где Нп.т – ПДУ облучения роговицы глаза для точечного источника за время воздействия t = 0,25 с, равное времени рефлекторной реакции глаз при случайном их облучении;
Нп – ПДУ облучения роговицы глаза при угловом размере источника a = 10-1×dл для времени воздействия t;
dл – начальный диаметр пучка излучения (см) по уровню e-2.
В нашем случае dл = 0,5 см, следовательно a = 5×10-2. Учитывая, что
Нп.т = Н1 × К1 × К2 ,
где Н1 = 2,2×10-4 Дж/см2, К1 = 2,1, К2 = 5,7×10-1, получаем для Нп.т значение 2,6×10-4 Дж/см2. По аналогичной формуле, подставляя табличные значения Н1 = 6,6×10-2 Дж/см2, К1 = 2,1, К2 = 2,3×10-2, получаем Нп = 3,2×10-3 Дж/см2.
Подставляя рассчитанные значения Нп.т и Нп в неравенство (1), получим
2×10-8 < 5×10-4 < 1 ,
т.е. неравенство выполняется. Таким образом, согласно таблице 4.1, аппарат по первичным биологическим эффектам относится ко II классу лазерной опасности.
По вторичным биологическим эффектам (таблица 4.2) для установокII класса должно выполняться неравенство
4,8×10-4×pНв < Ee £ 102×pНв (4.2)
Таблица 4.2
Классификация лазеров по степени опасности генерируемого ими излучения для длин волн 0,4 ¸0,75 мкм (по вторичным биологическим эффектам)
|
Класс |
Энергия (Ee, Дж), генерируемая лазером за рабочий день |
|
I |
Ee £ 4,8×10-4×pНв |
|
II |
4,8×10-4×pНв < Ee £ 102×pНв |
|
III |
Ee > 102×pНв |
Найдем Нв – ПДУ энергетической экспозиции на роговице глаза по вторичным биологическим эффектам при фоновой освещенности роговицы Фр = 10-2 лк.
Нв = 10-1×Н2×Фр
Произведя расчет, получаем Нв = 1,7×10-6 Дж/см2. Подстановка расчитанного значения Нв в неравенство (4.2) дает
25,6×10-10 < 5×10-4 £ 5,3×10-4 ,
то есть, согласно табл. 4.2 аппарат по вторичным биологическим эффектам также относится ко II классу по степени опасности генерируемого излучения.