Вопрос 2. Вредные и опасные факторы при работе лазерных установок.

Лазеры широко применяются в машиностроении при сварке тугоплавких металлов и сплавов, при получении отверстий в металлах, сверхтвердых материалах, кристаллах, в процессе резки металлов, тканей, пластмасс и др.

Принцип действия лазеров основан на использовании вынужденного электромагнитного излучения, возникающего в результате возбуждения квантовой системы. Лазерное излучение является электромагнитным излучением, генерируемым в диапазоне длин волн 0,2 – 1000 мкм: 0,2-0,4 мкм – ультрафиолетовая область, 0,4-0,7 мкм – видимая, 0,75-1,4 мкм – ближняя инфракрасная, свыше 1,4 мкм – дальняя инфракрасная область. Чаще всего применяются лазеры с длинами волн 0,34; 0,49-0,51; 0,53; 0,694; 1,06 и 10,6 мкм.

Основными энергетическими параметрами лазерного излучения являются: энергия излучения , энергия импульса, мощность излучения, плотность энергии (мощности) излучения. При описании поля рассеянного излучения используют энергетические характеристики: поток излучения, поверхностную плотность излучения, интенсивность излучения. Излучение также характеризуется временными параметрами: длительностью импульса, частотой повторения импульсов, длительностью воздействия излучения, длиной волны.

При эксплуатации лазерных установок обслуживающий персонал может подвергаться воздействию ряда опасных и вредных производственных факторов. Основную опасность представляют прямое, рассеянное и отраженное излучения. Из-за большой интенсивности прямого лазерного излучения и малой расходимости луча достигается высокая плотность излучения (Вт/см), в то время как для испарения самых твёрдых материалов достаточно 10Вт/ см.

Отраженное излучение опасно в той же мере, что и прямое. Кроме того, луч лазера, многократно зеркально или диффузно отраженный от различных поверхностей, может появиться в любом месте. Под действием лазерного излучения состояние поверхности может сильно измениться, и шероховатая поверхность может стать зеркальной.

При эксплуатации лазерных установок наблюдаются сопутствующие опасные и вредные факторы:

• световое излучение от импульсных ламп накачки;

• ионизирующее излучение;

• высокое напряжение в электрической цепи питания ламп накачки, поджига или газового разряда;

• шум и вибрация;

• электромагнитные поля ВЧ- и СВЧ- диапазона;

• инфракрасное излучение и тепловыделения;

• запылённость и загазованность воздуха рабочей зоны продуктами взаимодействия лазерного луча с мишенью и молекулами воздуха;

• агрессивные и токсичные вещества, используемые в конструкции лазера.

Биологические эффекты воздействия лазерного излучения на организм человека зависят от энергетических и временных параметров излучения, т.е. энергетической экспозиции (отношения энергии излучения, падающей на рассматриваемый участок поверхности, к площади этого участка, на длительность облучения) в импульсе или энергетической освещённости, длины волны излучения, длительности импульса, частоты повторения импульсов, времени воздействия и площади облучаемого участка, а также от биологический и физико-химических особенностей облучаемых тканей и органов.

Биологические эффекты делятся на первичные и вторичные. В первом случае происходят органические изменения, возникающие непосредственно в облучаемых тканях, а во втором случае – побочные явления, образующиеся в организме вследствие облучения.

Интенсивное облучение кожи может вызвать в ней различные изменения от легкой эритемы (покраснения) до поверхностного обугливания. При большой интенсивности облучения возможны повреждения не только кожи, но и внутренних тканей и органов. Эти повреждения имеют характер отеков, кровоизлияний, а также свертывания и распада крови. Наибольшая опасность возникает при расположении фокальной точки внутри ткани. В ряде случаев имеет место воздействие как прямого, так и зеркально отраженного лазерного излучения на отдельные органы человека, а также диффузно отраженного излучения на весь организм человека. Результатом такого воздействия оказываются различные функциональные изменения центральной нервной системы, сердечно-сосудистой системы, эндокринных желез, физическое утомление и др.

Наиболее чувствительным органом к лазерному излучению являются глаза. Глаз человека представляется собой орган, который воспринимает, преломляет и преобразует электромагнитное излучение определенного диапазона длин волн. Видимые и ближние инфракрасные волны проходят через глаз почти без потерь. Преломляясь в элементах оптической системы глаза, эти лучи фокусируются на сетчатке, поэтому на поверхности сетчатки плотность энергии излучения будет ещё больше, чем в луче, попадающем на глаз.

Роговая оболочка, хрусталик и стекловидное тело содержат большое количество жидкости, поэтому они обладают повышенной поглощающей способностью к ультрафиолетовому и дальнему инфракрасному излучениям. Вследствие этого их повреждения могут наступать при сравнительно небольших интенсивностях.

Санитарными нормами установлена классификация лазеров по степени опасности генерируемого ими излучения:

• класс 1 – выходное излучение не представляет опасности для глаз и кожи;

• класс 2 – выходное излучение представляет опасность при облучении прямым или зеркально отраженным излучением;

• класс 3 - выходное излучение представляет опасность при облучении глаз прямым, зеркально и диффузно отраженным излучением на расстоянии десяти сантиметров от диффузно отражающей поверхности и при облучении кожи прямым и зеркально отраженным излучением;

• класс 4 - выходное излучение опасно при облучении кожи диффузно отраженным излучением на расстоянии десяти сантиметров от отражающей поверхности.

Наличие и отсутствие сопутствующих опасных и вредных производственных факторов при эксплуатации лазеров различных классов:

Фактор	I	II	III	IV
Электрическое напряжение Световое излучение импульсных ламп или газового разряда Шум, вибрация Аэрозоль Газы Электромагнитное излучение (ВЧ, СВЧ) Ионизирующее излучение	- (+) - - - - - -	+ - - - - - -	+ - (+) - (+) - - - -	+ + + + + - (+) - (+)

Санитарными нормами также установлены требования к эксплуатации лазеров, требования к технологическим процессам, производственным помещениям, размещению оборудования и организации рабочих мест, требования к персоналу, контроль за состоянием производственной среды, требования к средствам индивидуальной защиты.

Для контроля лазерного излучения и определения границ лазерно-опасной зоны применяют ряд приборов. В зависимости от типа приемника излучения приборы разделяют на калориметрические, пироэлектрические, болометрические, пондерамоторные, фотоэлектрические и др. Тепловое действие излучения на приемный элемент используется в калориметрических, болометрических и пироэлектрических приемниках излучения, механическое действие излучения – при пондерамоторных методах измерения. Фотоэлектрические методы основаны на применении фотоприемников излучения, в которых поглощение фотонов сопровождается электрически регистрируемым процессом. Фотоэлектрические приборы позволяют достичь высокой чувствительности и поэтому в настоящее время являются основными при проведении дозиметрии лазерного излучения.

Способы защиты от лазерного излучения делятся на коллективные и индивидуальные. Коллективные средства защиты включают применение телевизионных систем наблюдения за ходом процесса; защитные экраны (кожухи); системы блокировки и сигнализации, ограждение (маркировка) лазерно-опасной зоны.

В качестве индивидуальных средств защиты применяют специальные противолазерные очки (например, набор фильтров с различными значениями коэффициентов поглощения), щитки, маски, технологические халаты и перчатки.