2.10.5. Лазерне випромінювання

Лазером називають оптичний квантовий генератор. Основною особливістю лазерного випромінювання є його спрямованість, що дозволяє отримати на відносно малій площині енергію великої щіль­ності. Щільність енергії лазера досягає 10^й- 10¹⁴Вт/см².

Лазерне випромінювання використовується для зв'язку й переда­вання інформації, локації супутників і небесних світил, телебачення, для освітлення великих площ і т. п. У будівництві таке випроміню­вання використовується в геодезичних роботах і свердлінні отворів у ґрунтах і т. ін. Лазерне випромінювання можна використовувати при зварюванні, різанні, паянні та інших металообробних роботах.

Лазери генерують випромінювання ультрафіолетового, види­мого та інфрачервоного діапазонів. За характером генерації випро­мінювання лазери поділяються на імпульсні (з тривалістю випромі­нювання 0,25 с) і безперервної дії (з тривалістю випромінювання понад 0,25 с).

Енергетичні параметри лазерів залежать від їх типів. Генерато­ри безперервної дії характеризуються вихідною потужністю (Вт), імпульсні — енергією (Дж). Нормованими параметрами лазерного випромінювання є відношення потужності до площини поверхні (Вт/саГ), або щільність енергії на одиницю поверхні (Дж/см²).

Основними нормативними документами, що регламентують умови безпечної роботи з лазерами, є ГОСТ 12.1.040-838 ССБТ «Ла­зерная безопасность. Общие положення». Нормованим параметром є енергетична експозиція (Дж/см²).

Коли матеріал, що обробляється, зазнає дії випромінювання, ча­стина енергії імпульсу (десятки процентів) розсіюється в оточуючо­му просторі. Якщо на матеріал, який обробляється, падає імпульс випромінювання 10 Дж, то на відстані 1 м від нього щільність енер­гії випромінювання буде становити приблизно 10-14 Дж/см". Ця щільність енергії є дуже небезпечною.

Найбільш небезпечним для зорової функції людини є дзеркаль­но відбитий лазерний промінь. Залежно від режиму роботи лазера щільність дзеркально відбитого випромінювання може досягати зна­чних величин. Крім цього, відбитий лазерний промінь може, у свою чергу, повторно багатократно дзеркально або дифузно відбиватися від різноманітних поверхонь.

Небезпечним для очей є розсіяне випромінювання, а також від­бите від поверхонь стін приміщення й т. ін. Залежно від властивос­тей матеріалу, потужності й режиму роботи лазера розсіяне випро­мінювання може досягати дуже небезпечних рівнів.

Ступінь потенційної небезпеки лазерного випромінювання за­лежить від потужності джерела, довжини хвилі, тривалості імпуль­су, оточуючих умов, відбиття й розсіювання променів і т. ін. Суб'єк­тивно ця величина сприймається як «сліпучість, яку неможливо ви­тримати».

Безпечні умови праці з лазерами забезпечує сукупність техніч­них та організаційних заходів, які залежать, у першу чергу, від класу лазера. Клас лазера визначає підприємство-виробник.

Лазери дозволяється розміщувати тільки в спеціально обладна­них приміщеннях.

Методи та характеристики апаратури дозиметричного контро­лю лазерного випромінювання наведено в ГОСТ 14.1.031-81 ССБТ «Лазерм. Методьі дозиметрического контроля лазерного излучения».

Дія лазерного випромінювання на організм

Потужний потік лазерної енергії, що потрапляє на біологічні тканини, може спричинити серйозні ураження. Лазерне випромі-

нювання впливає на живий організм через теплові, механічні та електричні явища. Опромінення лазерними променями може ви­кликати порушення діяльності центральної нервової системи, сер­цево-судинної системи, ендокринних залоз; призвести до згортання або розпаду крові, пошкодження очей, шкіри; спричинювати вто­му, головний біль; розладнувати сон і т. ін. Виробничо-професійнй чинники при роботі з джерелами лазерного випромінювання наве­дено в табл. 2.7.

Можливі також зміни генетичних та інших властивостей тканин і деяких складових частин крові. Біологічна дія лазерно­го випромінювання виникає внаслідок поглинання їх енергії, від чого в тканинах виникає тепло. Термічний та інший вплив ви­промінювання залежить від фізичної характеристики променів, спектральної характеристики відкритих ділянок шкіри, стану кровообігу та ін.

Здатність організму поглинати енергію залежить від характе­ру тканин. Так, наприклад, жирова тканина взагалі не поглинає енергію. Тепловіддача всередині тіла дуже невелика, тому погли­нута енергія викликає локальне нагрівання, сконцентроване в не­великому об'ємі. Цим пояснюється ураження внутрішніх органів, головного мозку та ін. Крім термічного, можуть виникати інші ураження.

Під дією лазерного опромінювання рідина, що оточує біологіч­ні структури, миттєво випаровується, унаслідок чого відбувається різке підвищення тиску. Це призводить до виникнення ударної хви­лі, яка спричинює механічну травму. Відбувається не тільки опік, а й розрив тканин, що особливо небезпечно для очей.

Реактивна дія випромінювання імпульсного лазера на тканину супроводжується викидом речовини з поверхні опроміненої ділянки, унаслідок чого на поверхні шкіри виникає набряк. Лазерний промінь чинить тиск на шкіру. Тиск у видимого світла дуже маленький, у той час як тиск лазерного променя унаслідок великої потужності мо­же становити сотні тисяч паскалів.

Найбільшу частину лазерного випромінювання сприймає шкі­ряний покрив. Він поглинає енергію випромінювання, являючи со­бою природний екран, що захищає внутрішні органи. Унаслідок опромінення виникають опіки шкіри різних ступенів — від почерво­ніння до некрозу (омертвіння шкіри). Глибина проникнення проме­нів залежить від пігментації шкіри. Чим шкіра темніша, тим глибина проникнення менша. Отже, пігмент є захисним екраном від глибоко­го проникнення променів. Поріг пошкодження темно-пігментної шкіри значно менший, ніж світло-пігментної.

Особливо шкідливу дію лазерне випромінювання чинить на очі. Воно майже все без втрат проходить через очі й майже повністю до­сягає сітківки. Особливу небезпеку викликає проходження лазерного променя вздовж зорової осі ока. Щільність енергії на сітківці ока зро­стає при збільшенні діаметра зіниці, тому ймовірність пошкодження ока, адаптованого до темряви, більша, ніж при яскравому освітленні.

Крім цього, має значення пігментація ока. Чим темніша сітківка ока, тим менший поріг пошкоджуючої щільності енергії. Віддалення джерела не гарантує безпеки очей. Це пояснюється тим, що відби­тий промінь лазера має більшу здатність розсіюватися порівняно з променем, який потрапляє безпосередньо на поверхню. Зі збільшен­ням відстані енергія, що потрапляє від об'єкта-розсіювача на відпо­відну площину, зменшується, але в оптичній системі ока віддалені об'єкти фокусуються на сітківці як зображенням меншого розміру порівняно з близькими об'єктами. Тому, хоч падаюча енергія від дальніх об'єктів менша, щільність енергії на сітківці може виявити­ся більшою, ніж для ближніх.

Безпека праці на лазерних установках

Для забезпечення безпеки робіт необхідно, перш за все, визна­чити всі необхідні захисні заходи, враховуючи специфіку лазерного устаткування та аналіз можливих потенційних небезпек. Ступінь по­тенційної небезпеки лазерів пов'язаний з дією лазерного випромі­нювання та інших несприятливих чинників.

При експлуатації лазерів може виникати інтенсивний шум. На деяких видах лазерного устаткування при його спрацюванні сотні разів за зміну виникають гучні «хлопки накачки». Розряди ламп на-качки спричинюють іонізацію повітря й виникнення озону.

Спектр випромінювання імпульсних ламп містить довгохвильові ультрафіолетові промені, через які може проявлятися специфічна реа­кція очей, особливо при роботі з відкритими або не досить екранова­ними імпульсними лампами. При взаємодії променів з речовиною, що обробляється, можливе паро- і газоутворення, генерація рентгенівсь­кого випромінювання, збудження ядерних реакцій. Під час експлуата­ції лазерів рекомендується розробити детальний перелік потенційних небезпек і шкідливих чинників, їх джерел і причин, а також скласти план приміщення із зображенням на ньому просторово-енергетичної ситуації, прямих і, можливо, відбитих лазерних променів.

У просторово-енергетичній характеристиці приміщення необ­хідно вказати робочі місця з визначенням щільності енергії відбито­го на них випромінювання, відстані їх від відбиваючої поверхні та азимутальні кути.

Для лазерних установок відводяться спеціально обладнані при­міщення. В одному приміщенні необхідно уникати розміщення двох або більше лазерних установок. Лазерну установку розміщують так, щоб промінь лазера був спрямований на капітальну невідбиваючу вогнестійку стіну, а не на вікна, двері чи некапітальні споруди, здат­ні пропускати випромінювання.

Для очистки повітря обов'язково використовують загальнооб-мінну припливно-витяжну вентиляцію.

Поверхню приміщення фарбують у кольори з малим коефіцієн­том відбиття. Не може бути поверхонь, здатних відбивати промені, що на них падають (4 % відбитих склом променів досить для ура­ження сітківки ока). Якщо неможливо цього уникнути, такі поверхні (метал, скло та ін.) закривають чорними ширмами.

Природне й штучне освітлення повинні бути сильними, щоб зі­ниця ока мала мінімальний розмір. Жодна робота не повинна прово­дитися при недостатньому освітленні.

Вирішальне значення має інтенсивність експозиції, яку створює лазерна установка. Інтенсивність експозиції для імпульсного випро­мінювання можна визначити за формулою:

я і г\г' (²-⁷⁹>

4

де IV— потужність джерела, Дж (або Вт); р — тривалість імпульса, с; <р — кут розходження променя, рад; І — відстань від джерела, мм.

Розрахована інтенсивність експозиції повинна бути в 10 разів меншою за максимально допустиму.

Захист працюючих відстанню в приміщеннях не застосовується внаслідок необхідності дуже великої безпечної відстані.

Максимально безпечну відстань Ь можна розрахувати за фор­мулою:

(2.80)

де }У— потужність лазера, Дж або Вт;

Е — гранично допустима щільність потоку енергії або потуж­ності, Дж/см² (Вт/см²); (р — кут розсіювання променя, рад.

Небезпечну зону слід чітко визначити дисциплінарним бар'єром.

Найбільш надійний захід для захисту від пучка лазерного ви­промінювання — сховати промінь у світлонепроникний світловод або відгородити пучок на його шляху щитками чи екранами, покри­тими чорною матовою фарбою.

Важливе значення має автоматизоване управління й дистанцій­не спостереження за роботою установок. Рекомендується автомати­зована зблокована зовнішня й внутрішня сигналізація, яка сповіщає про включення, роботу й можливі неполадки з установкою.

Що ж до лазерної установки, то необхідно здійснювати захист не тільки від основних, а й від супутніх небезпек. Необхідні відпові­дні заходи захисту від високої напруги, електромагнітних полів, шу­му, рентгенівського випромінювання та іонізації повітря, вибухів. Не слід забувати і про протипожежні заходи. Усі матеріали, які ви­користовуються, повинні бути вогнестійкими.

До роботи з лазерами допускаються тільки спеціально навчені особи, що пройтлли попередній медичний відбір та перевірку знання інструкцій з нормального виконання робіт, із запобігання й ліквідації можливих аварій.

Допуск у приміщення, де є лазерні установки, дозволяється тільки особам, що безпосередньо на них працюють. За відсутності дистанційного спостереження робота на лазерах повинна виконува­тися не менш ніж двома працівниками.

Налагоджувальні й перевірні роботи виконуються тільки після надійного відключення всіх частин, що живлять установку. Працю­ючи на відкритій місцевості, важливо визначити межі небезпечної зони, де рух людей і транспорту при роботі установки заборонено. Забороняється також працювати на зовнішніх установках за поганої погоди, бо туман, сніг, пил збільшують розсіювання променів. По­стійний контроль за виконанням робіт і медичний нагляд за станом здоров'я персоналу є обов'язковими заходами.

Під час роботи слід використовувати одяг з непроникної ткани­ни чорного кольору і, наскільки це можливо, мати менше відкритих частин тіла. Для захисту рук використовують рукавиці чорного ко­льору. Очі захищають за допомогою захисних окулярів відповідного кольору та оптичної щільності, яка розраховується за формулою.

Щоб оцінити лазерне випромінювання, використовують коло­риметричний, фотоелектричний, актинометричний та інші методи.

Вимірювання проводять на різних висотах від підлоги на рівні очей та на різних відстанях від відбиваючої поверхні.