Вопросы лазерной безопасности

Московскийордена Ленина, ордена Октябрьской Революциии орденаТрудового Красного ЗнамениГОСУДАРСТВЕННЫЙТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТимениН. Э. Баумана.ФакультетРЛКафедраРЛ 2 Рефератпо теме Вопросы лазерной безопасности студента Майорова Павла Леонидовича, группа РЛ 3-81. РуководительЩетинкин Владимир Савельевич. 1. Непосредственное воздействие на человека оказывает лазерное излучениелюбой длины волны, однако в связи со спектральными особенностями поражаемых органови существенно различными предельно допустимыми дозами облучения обычно различаютвоздействие на глаза и кожные покровы человека.1. Воздействие лазерного излучения на органы зренияОсновной элемент зрительного аппарата человека сетчатка глаза может быть поражена лишь излучением видимого от 0.4 мкм и ближнего ИК-диапазонов до 1.4 мкм , что объясняется спектральными характеристиками человеческого глаза рис. 1 . При этом хрусталик и глазное яблоко, действуя как дополнительная фокусирующаяоптика, существенно повышают концентрацию энергии на сетчатке, что, в свою очередь,на несколько порядков понижает максимально допустимый уровень МДУ облученностизрачка. 1 1.1.1. МДУ прямого облучения сетчаткиКроме длины волны l,необходимо учитывать также длительность воздействия светового излучения.

При оченькоротких импульсах когда не успевают сработать механизмы теплопроводности в областисетчатки нормируют плотность энергии для видимого излучения 0.4 lt l lt 0.7мкм при Dt lt 2 10-5c МДУ облучения роговицы глаза составляет 5 10-3 Дж м2 для ИК-излучения 1.05 lt l lt 1.4мкм при 2 10-5 lt Dt lt 5 10-5с на порядок больше, то есть 5 10-2Дж м2. Если длительность импульса превышает 20 мкс для видимого и 20 50мкс для ближнего до 1.4 мкм излучения, то нормируют в первом приближении плотностьмощности для видимого излучения МДУ составляет 18Dt0.75 Вт м2 для ИК-излучения почти порядок больше, то есть 90Dt0.75 Вт м2. Рисунок 1. Спектральные характеристики глаза t1 относительное пропускание глазной среды t2 произведение пропускания глазной среды на поглощение всеми слоями сетчатки Во всех рассматриваемых далее случаях переходная область спектра от темно-красного l gt 700нм до полностью невидимого ближнего ИК-излучения l lt 1050 нм характеризуется монотоннымповышением МДУ от минимального значения для темно-красного излучения до максимального для полностью невидимого ИК-излучения по закону С4 10 l-500.Приведенные данные по МДУ охватывают область наиболее критическихзначений параметров облучения зрачка глаза, когда в интервале от 10-9до 10 с причиной повреждения сетчатки является тепловое действие сфокусированногосвета при прямом наблюдении лазерного пучка, тогда как сверхкороткие лазерные импульсывызывают в основном термоакустическое воздействие протоплазма клеток из-за быстрогоразогрева закипает и разрывает оболочку.

В этом случае нормируют плотность мощности для видимого излучения МДУ составляет 5 106 Вт м2, для ИК-излучения 5 107Вт м2.Длительное Dt gt 10с прямое воздействие лазерного излучения на сетчатку приводит в основном к фотохимическимпроцессам ее разрушения.

Чтобы избежать этого как и в случае сверхкоротких импульсов ,нормируют энергетическую освещенность экспозицию . Для зеленого l 550 нм и более коротковолнового l gt 400нм видимого света МДУ составляет 100 Дж м2. Что касается теплых цветов 550 lt l lt 700нм , то фотохимические процессы начинают играть заметную роль только при большихвременных воздействиях лазерного излучения T2 100.02 l-500 1c , и в этом случае МДУ нужно уменьшить в С3 раз C3 100.015 l-550 .Сверхдлительное Dt gt 103 104c прямое воздействие лазерного излучения характеризуется малым значением МДУ, аименно 0.01 Вт м2 для сине-зеленого 0.4 lt l lt 0.55 мкм излучения.

Более длинноволновоевидимое излучение 550 lt l lt 700нм допускает МДУ 100.015 l-500 2 Вт м2. В случае ИК излучения переходот экспозиционного к мощностному ограничению когда существенную роль играют регенерационныепроцессы, компенсирующие фотохимическое разрушение осуществляется при Dt gt 10c для 1.05 lt l lt 1.4мкм МДУ составляет 16 Вт м2 для l gt 700 нм темно-красное излучение и l lt 1050нм ближнее ИК излучение монотонно возрастающий МДУ составляет 3.2 10 l-700 500Вт м2. На перечисленные МДУ облучения ориентируются при однократном воздействиина глаз прямого лазерного излучения, фокусируемого хрусталиком в очень незначительноепятно на сетчатке.

При наличии последовательности импульсов не только ни один из них,но и усредненная облученность не должны превышать МДУ. При усреднении воздействияпоследовательности импульсов с длительностью Dt lt 10 мкс и частотой повторения f gt 1 Гц МДУ одиночногоимпульса должен быть уменьшен в С5 раз 1.1 Если длительность отдельных импульсов Dt в последовательности превышает10 мкс а частота следования f gt 1 Гц , то для импульса длительностью NDt за ограничениеоблученности принимают 1 N -ю часть МДУ. Наиболее сложно определить МДУ для повторяющихся серий, состоящихиз определенного числа импульсов.

Когда в серии не более 10 импульсов, ее приравниваютк одному эквивалентному импульсу.

При этом 1 еслиDt сериименьше 10 мкс, то за длительность эквивалентного импульса принимают длительностьсамого короткого импульса в серии, а за энергетическое воздействие суммарное полное энергетическое воздействие всей серии 2 еслиDt сериибольше 10 мкс, то за длительность эквивалентного импульса принимают суммарную длительностьпарциальных импульсов, а за энергетическое воздействие суммарное энергетическоевоздействие всей серии.

Если в серии более 10 импульсов, то МДУ рассчитывают как для одного,якобы непрерывного импульса, охватывающего всю последовательность.1.1.2. МДУ для наружных покровов глаз человекаНевидимое УФ 0.2 lt l lt 0.4мкм или ИК излучение 1.4 lt l lt 1000мкм практически не доходит до сетчатки и потому может повреждать лишь наружныечасти глаз человека УФ излучение вызывает фотокератит, средневолновое ИК излучение 1.4 lt l lt 3мкм отек, катаракту и ожог роговой оболочки глаза дальнее ИК излучение 3 мкм lt l lt 1мм ожог роговицы.

Поэтому МДУ облучения глаз при УФ и ИК излучении рассматриваютздесь, хотя из-за отсутствия фокусирующего действия хрусталика численные значенияданного МДУ на несколько порядков больше значений, приведенных в подразделе МДУ прямого облучения сетчатки , и соответствуют МДУ для кожных покровов.К тому же для наружных покровов глаза и кожных покровов МДУ нормируются относительноапертуры диаметром 1 мм для сетчатки 7 мм , что еще более снижает требованиялучевой безопасности в рассматриваемом случае.

Тем не менее эти данные могут оказатьсяполезными, так как в настоящее время возрастает число коммерческих лазеров, работающихв УФ и ИК диапазонах.Плотность мощности для сверхкоротких менее 1 нс импульсов почтиодинакова в обоих диапазонах 30 ГВт м2 в УФ области и 100 ГВт м2в ИК области 1.4 мкм lt l lt 1мм . При больших временах воздействия ситуация наиболее проста для жесткого 200 lt l lt 320.5нм УФ излучения, где МДУ 30 Дж м2, вплоть до длительностей облучения30000 с, то есть свыше 8 часов. Более сложна система задания МДУ для узкого участка УФ излучения с302.5 lt l lt 315нм. Для сколько-нибудь длительного воздействия 10 lt Dt lt 30000 c МДУ возрастает на2.5 порядка по закону С2 10 l-295 5 Дж м2. Вобласти импульсных воздействий 1 нс lt Dt lt 10 c такое быстрое нарастание МДУ имеет место лишьпри Dt gt T1 10 l-295 5c если Dt lt T1,то МДУ не зависит от длины волны и составляет С1 5600 Dt 0.75Дж м2. МДУ для ближней УФ области 315 lt l lt 400 нм в случае импульсного 1 нс lt Dt lt 10 c облучения почти не меняется, составляя С1 5600 Dt 0.25Дж м2, плавно переходящее в 10 КДж м2 для времени облученияот 10 до 1000 с если длительность облучения превышает 1000 с, то нормируют плотностьмощности, и МДУ равно 10 Вт м2. В ИК области МДУ облучения наружных покровов почти не зависит от длиныволны и составляет для сверхкоротких Dt lt 1 нс импульсов 100 ГВт м2 для гигантских 1 нс lt Dt lt 100нс импульсов 100 Дж м2 для остальных 100 нс lt Dt lt 10с импульсов 5600 Dt 0.25Дж м2. Плотность мощности при непрерывном облучении 10 с lt Dt lt 30000 c не должна превышать 1 кВт м2.Надо отметить, что такие значения справедливы и для дальней ИК области 0.1 lt l lt 1мм с той лишь разницей, что МДУ задают здесь в апертуре диаметром 11 мм а не1 мм, как для УФ и основного ИК диапазонов .1.1.3. Представление МДУ облучения как поверхностив координатах l DtВ 825-й публикации МЭК полностью, хотя и не всегда с достаточно высокойточностью, определены МДУ облучения роговой оболочки глаза человека прямым то естьнаправленным непосредственно из оптической системы, а не рассеянным на каких-либошероховатых поверхностях лазерным излучением.

Для удобства практического примененияэти рекомендации МЭК представлены в виде таблицы 1.1. В результате, во первых, появляется возможность достаточно просто хотя и приближенно определить численные значения МДУ при прямом облучении глазачеловека лазерным излучением. При измерении следует лишь помнить следующие рекомендацииМЭК по пространственному усреднению облученности для 0.2 lt l lt 0.4мкм внутри круга 1 мм для 0.4 lt l lt 1.4мкм внутри круга 7 мм что соответствует зрачку глаза при темновой адаптации для 1.4 lt l lt 100мкм внутри круга 1 мм для 100 мкм lt l lt 1мм внутри круга 11 мм.Во вторых, таблица 1.1 свидетельствует о том, что в разных спектральныхподдиапазонах лазерное воздействие частично аддитивно.

Эта ситуация относится кдвух- и более волновым лазерам, в основном, к лазерным приборам и установкам, вкоторых используется лазерное излучение разных длин волн. В соответствии с рекомендациейМЭК весь диапазон длин волн лазерного излучения делят на четыре поддиапазона, внутрикоторых лазерное излучение полностью аддитивно как для глаз так и для кожных покровов 1- поддиапазон УФ-Си УФ-В, 200 lt l lt 315нм 2- поддиапазон УФ-А,315 lt l lt 400нм 3- поддиапазон весьвидимый и ИК-А, 0.4 lt l lt 1.4мкм 4- поддиапазон ИК-Ви ИК-С, 1.4 lt l lt 1000мкм.Кроме того, всегда суммируют воздействия облучений 2-го и 4-го поддиапазонов.Аналогичное суммирование проводят и при совместном воздействии на кожные покровылазерных излучений 2-го и 3-го поддиапазонов.Естественно, что принимать во внимание эффект аддитивного воздействияимеет смысл лишь при близких к МДУ значениях облучения для каждой из генерируемыхдлин волн. К сожалению, 825-я публикация МЭК не дает аналитического выражения дляопределения МДУ аддитивного облучения, а лишь указывает на необходимость особойосторожности, если длительности воздействия существенно различаются например, совместноедействие импульсного и непрерывного излучений . В случае, если длительности импульсовили время экспозиции соизмеримы имеют один порядок , то полагают, что парциальное на одной длине волны облучение пропорционально МДУ для данного излучения, то естьсуммарное относительное облучение не должно превышать единицы 1.2 И, наконец, МЭК настоятельно напоминает об опасности любого облучения,в том числе лазерного, подчеркивая, что МДУ является не порогом безопасности, алишь усредненным значением определенным на основе многочисленных экспериментов уровня опасности повреждения органов зрения и кожного покрова человека.Таблица 1.1МДУ прямогооблучения глаз человека Длина МДУ волны Еди- Усло- При длительности излучения Dt, с l, нм ница изме-рения вие lt 10-9 От 10-9 до 10-7 От 10-7 до 1.8 10-5 От 1.8 10-5 до 5 10-5 От 5 10-5 до 10 От 10 до 103 От 103 до 104 От 104 до 3 104 От 200 до ГВт м2 30 302.5 УФ-С Дж м2 30 30 30 30 30 30 30 От 302.5 Дж м2 При Dt T1 C1 C1 C1 C1 до 315 УФ-В Дж м2 При Dt gt T1 C2 C2 C2 C2 Дж м2 C2 C2 C2 ГВт м2 30 От 315 до 400 Вт м2 3 1010 10 10 УФ-А Дж м2 C1 C1 C1 C1 104 От 400 Вт м2 5 106 10-2 до 550 Дж м2 5 10-3 5 10-3 C6 C6 100 100 От 550 до 700 Дж м2 При Dt T2 С6 С6 Дж м2 При Dt gt T2 С3 102 С3 102 Дж м2 5 10-3 5 10-3 С6 С6 Вт м2 5 106 С3 10-2 От 700 до Дж м2 5С4 10-3 5С4 10-3 С4С6 С4С6 С4С6 1050 ИК-А Вт м2 5С4 106 3.2С4 3.2С4 От 1050 до Дж м2 5 10-2 5 10-2 5 10-2 5С6 5С6 1400 ИК-В Вт м2 5 107 16 16 От 1400 Дж м2 100 С1 С1 С1 до 106 ИК-С Вт м2 1011 103 103 103 С1 5.6 103 Dt 0.25 T1 100.8 l-295 -15 C2 100.2 l-295 T2 101 0.02 l-550 C3 100.015 l-550 C4 10 l-700 500 С6 18 Dt 0.75 1.1.4. МДУ облучения глаз рассеянным лазернымизлучением Рисунок 2. Предельный угол видения предполагаемый угол поля зрения 1 0.012 рад 2 0.00885 рад 3 0.00025 Dt -0.17 при 1050 l lt 1400 нм 5 0.015 Dt 0.21 при 400 l lt 1400 нм 6 0.24 рад. На практике наиболее вероятно именно рассеянное лазерное облучение.В этом случае важно при определении МДУ облучения перенормировать плотность излученияв диапазоне 0.4 lt l lt 1.4мкм, достигающего сетчатки и поражающего ее. Эта перенормировка связана с тем, чтохарактер и размер поражения сетчатки изменяются в связи с резким увеличением зоныоблучения от 0.01 мм определяется аберрацией глаза и дифракцией света на егозрачке , то есть угловой размер составляет примерно 1 , или 0.0003 рад, до a 0.015 0.24рад. Последняя величина эффективный угол зрения во многом зависит от длительностиоблучения и для коротких импульсов от длины волны.

Все это видно из рисунка2, где представлена кусочно-линейная аппроксимация a a Dt в двойном логарифмическом масштабе.МДУ облучения глаза протяженным источником с угловым размером aизл gt a приведеныв таблице 1.2. Напомним, что при измерении энергетической яркости рассеянного точнее со значительным углом расходимости излучения ее усреднение при измерении МДУ следуетвыполнять по углу a см.рисунок 2 . Кроме того, поскольку глаза устроены так, что не пропускают к сетчаткеУФ и ИК излучение с l gt 1.4мкм, то в этих диапазонах разница между МДУ, указанным в таблице 1.1, и МДУ, указаннымв таблице 1.2, отсутствует.Таблица 1.2МДУ облученияглаз человека рассеянным лазерным излучением Длина МДУ волны Единица Условие При длительности экспозиции Dt, с l, нм изме-рения lt 10-9 От 10-9 до 10-7 От 10-7 до 10 От 10 до 103 От 103 до 104 От 104 до 3 104 От 200 ГВт м2 30 до 302.5 Дж м2 30 30 30 30 30 От 302.5 до 315 Дж м2 При Dt T1 C1 C1 Дж м2 При Dt gt T1 C2 C2 Дж м2 C2 C2 C2 ГВт м2 30 От 315 Вт м2 3 1010 10 10 до 400 Дж м2 C1 C1 104 От 400 Вт м2 ср 1011 21 до 550 Дж м2 ср С7 С7 2.1 105 2.1 105 От 550 до 700 Дж м2 ср При Dt T2 2С8 2С8 Дж м2 ср При Dt gt T2 2.1 105С3 2.1 105С3 Дж м2 ср С7 С7 Вт м2 ср 1011 21С3 От 700 Дж м2 ср С4С7 С4С7 2С4С8 до 1050 кВт м2ср С4 108 6.4С4 6.4С4 От 1050 Дж м2 ср 5С7 5С7 10С8 до 1400 Вт м2 ср 5 1011 3.2 104 3.2 104 От 1400 Дж м2 100 С1 до 106 Вт м2 1011 103 103 103 С1 5.6 103 Dt 0.25 T1 100.8 l-295 -15 C2 100.2 l-295 T2 101 0.02 l-550 C3 100.015 l-550 C4 10 l-700 500 С7 105 Dt 0.33 С8 1.9 104 Dt 0.75 Таблица 1.3МДУ облучениянаружных покровов человека Длина МДУ волны Единица Условие При длительности экспозиции Dt, с l, нм изме-рения lt 10-9 От 10-9 до 10-7 От 10-7 до 10 От 10 до 103 От 103 до 3 104 От 200 Дж м2 30 30 30 30 до 302.5 ГВт м2 30 От 302.5 Дж м2 При Dt T1 C1 C1 до 315 Дж м2 При Dt gt T1 C2 C2 Дж м2 Вт м2 3 1010 10-3С3 10-3С2 От 315 Дж м2 С1 С1 104 до 400 Вт м2 3 1010 10 От 400 Дж м2 200 С9 до 1400 Вт м2 2 1011 2000 2000 От 1400 Дж м2 100 С1 до 106 Вт м2 1011 1000 1000 С1 5.6 103 Dt 0.25 T1 100.8 l-295 -15 C2 100.2 l-295 С9 1.1 104 Dt 0.25 1.2. МДУ лазерного облучения кожных покрововПри принятии должных мер безопасности защитные очки и др. повреждениезрительных органов человека обычно исключается.

Однако остается возможность поражениякожных покровов например, рук при обслуживании лазерной технологической установки .Что касается МДУ лазерного облучения для кожных покровов человека, то их значения,по рекомендации МЭК, отличаются от значений, рассмотренных ранее для глаз, лишьв области видимого и ближнего ИК излучения l lt 1.4 мкм . При этом облучение усредняют в пределах круглойапертуры 1 мм для всех длин волн менее 0.1 мм. Облучение в дальней ИК области 0.1 lt l lt 1мм по-прежнему усредняют в апертуре 11 мм.Таким образом, при любом лазерном излучении, пользуясь данными таблиц1.1 1.3, можно легко определить МДУ облучения, позволяющий избежать органическихповреждений глаз и кожных покровов человека.Применение того или иного способа обеспечения безопасности человекапри лазерном излучении зависит от стадии изготовления или эксплуатации лазерногоприбора.

На защиту пользователя от лазерного облучения, превышающего МДУ, нацеленырекомендуемые МЭК конструктивные мероприятия, необходимые при изготовлении лазерныхприборов. Поскольку эти мероприятия в той или иной степени обязательны для всехизготовителей лазерных приборов, целесообразно рассмотреть их более подробно.2. Требования к изготовителям лазерных приборовв связи с обеспечением безопасности пользователейМЭК рекомендует в связи с унификацией требований к конструкциям лазерныхприборов разделять эти приборы на четыре класса с точки зрения опасности лазерногоизлучения для пользователей. 2.1. Лазерные излучатели класса 1Наиболее безопасными как по своей природе МДУ облучения никак неможет быть превышен , так и по конструктивному исполнению являются лазерные приборыкласса 1. В связи с таким двойным подходом допустимые пределы излучения ДПИ лазерныхприборов класса 1 в спектральной области от 0.4 до 1.4 мкм, для которой возможнокак точечное, так и протяженное повреждение сетчатки, характеризуются значениямив двух аспектах энергетическом в ваттах или джоулях и яркостном.

Соответствующиезначения приведены в таблице 2.1 кроме УФ излучения, а также ИК излучения от1.4 мкм Таблица 2.1ДПИ длялазеров класса 1 Длина ДПИ волны Еди- Усло- При длительности излучения Dt, с l, нм ница изме-рения вие lt 10-9 От 10-9 до 10-7 От 10-7 до 1.8 10-5 От 1.8 10-5 до 5 10-5 От 5 10-5 до 10 От 10 до 103 От 103 до 104 От 104 до 3 104 От 200 мкДж 24 24 24 24 24 24 24 до 302.5 кВт 24 От 302.5 мкДж При Dt T1 0.79C1 0.79C1 0.79C1 0.79C1 до 315 мкДж При Dt gt T1 0.79C2 0.79C2 0.79C2 0.79C2 мкДж 0.79C2 0.79C2 0.79C2 кВт 24 От 315 кВт 24 7.9 10-9 7.9 10-9 до 400 мкДж 0.79C1 0.79C1 0.79C1 0.79C1 7.9 103 От 400 Дж 21 104 С10 С10 С10 3.9 10-3 3.9 10-3 до Дж м2 ср С7 С7 С7 С7 2.1 105 2.1 105 550 Вт 200 3.9 10-7 Вт м2 ср 1011 21 От 550 до 700 мДж и Дж м2 ср При Dt T2 103С10 103С10 мДж При Dt gt T2 3.9С3 3.9С3 МДж м2 ср 10-6С7 10-6С7 10-6С7 10-6С7 мДж и Дж м2 ср 2 10-4 103С10 103С10 2 10-4 мкВт 200 0.39 10-6 С3 Вт м2 1011 21С3 От 700 Дж 2С4 10-7 2С4 10-7 С4С10 С4С10 С4С10 до 1050 Дж м2ср С4С7 С4С7 С4С7 С4С7 2С4С8 кВт 0.2С4 12С4 12С4 кВт м2ср С4 108 6.4С4 6.4С4 От 1050 Дж 2 10-6 2 10-6 2 10-6 5С10 5С10 до 1400 Дж м2ср С7 С7 С7 С7 С7 Вт 2 103 6 104 6 104 Вт м2ср 5 1011 3.2 104 3.2 104 От 1400 мкДж 80 0.4С9 0.4С9 0.4С9 до 105 Вт 8 104 8 10-4 8 10-4 8 10-4 От 105 Дж 10-2 10-4С1 10-4С1 10-4С1 до 106 Вт 107 0.1 0.1 0.1 С1 5.6 103 Dt 0.25 T1 100.8 l-295 -15 C2 100.2 l-295 T2 101 0.02 l-550 C3 100.015 l-550 C4 10 l-700 500 Необходимы двойныепределы для класса 1.С7 105 Dt 0.33 С8 1.9 104 Dt 0.75 С9 1.1 104 Dt 0.25 С10 7 10-4 Dt 0.75 2.2. Лазерные излучатели класса 2Это маломощные лазерные приборы, излучающие только в видимом 0.4 lt l lt 0.7мкм диапазоне.

Их непрерывная мощность ограничена 1 мВт, так как предполагается,что человек обладает естественной реакцией защиты своих глаз от воздействия непрерывногоизлучения рефлекс мигания . В случае кратковременных облучений Dt lt 0.25мин энергетика лазерных излучателей класса 2 не должна превышать соответствующиеДПИ для приборов класса 1. Таким образом, лазерные излучатели класса 2 не могут нанести вредчеловеку помимо его желания.2.3.Лазерные излучатели класса 3Излучатели этого класса занимают переходное положение между безопаснымиприборами классов 1, 2 и лазерами класса 4 которые безусловно требуют принятиямер по защите персонала . В соответствии с этим МЭК рекомендует подразделять лазерныеизлучатели класса 3 на два подкласса 3А и 3Б.2.3.1.Лазерные излучатели подкласса 3АК ним относят условно безопасные излучатели.

Они не способны повредитьзрение человека, но при условии неиспользования каких-либо дополнительных оптическихприборов для наблюдения прямого лазерного излучения. В соответствии с этим условиеммощность видимого излучения непрерывных лазеров подкласса 3А не должна превышать 5 мВт то есть пятикратного значения ДПИдля класса 2 , а облученность 25 Вт м2. Допустимая энергетика для другихдлин волн и длительностей облучения не должна более чем в 5 раз превышать ДПИ длякласса 1 см. таблицу 2.2 .Таблица 2.2ДПИ для лазеров подкласса 3А Длина ДПИ волны Еди- Усло- При длительности излучения Dt, с l, нм ница изме-рения вие lt 10-9 От 10-9 до 10-7 От 10-7 до 1.8 10-5 От 1.8 10-5 до 5 10-5 От 5 10-5 до 10 От 10 до 103 От 103 до 104 От 104 до 3 104 От 200 мДж 0.12 0.12 0.12 0.12 0.12 0.12 0.12 до Дж м2 30 30 30 30 30 30 30 302.5 МВт 0.12 ГВт м2 30 От 302.5 мкДж При Dt T1 4C1 4C1 4C1 4C1 4C1 до 315 мкДж При Dt gt T1 4C2 4C2 4C2 4C2 4C2 мкДж 4C2 4C2 Дж м2 При Dt T1 C1 C1 C1 C1 C1 Дж м2 При Dt gt T1 C2 C2 C2 C2 C2 Дж м2 C2 C2 МВт 0.12 ГВт м2 30 От 315 Вт 1.2 105 4 10-5 до 400 Вт м2 3 1010 10 мкДж 4C1 4C1 4C1 4C1 4C1 4 10-4 Дж м2 C1 C1 C1 C1 C1 104 От 400 Дж 10-6 10-6 5С10 5С10 до 700 Дж м2 5 10-3 5 10-3 С6 С6 Вт 1000 5 10-3 5 10-3 5 10-3 Вт м2 5 106 25 25 25 От 700 Дж С4 10-6 С4 10-6 5С4С10 5С4С10 5С4С10 5С4С10 до 1050 Дж м2 5 10-3 С4 5 10-3 С4 С4С6 С4С6 С4С6 С4С6 Вт 103 С4 6 10-4 С4 Вт м2 5 106С4 3.2С4 От 1050 мДж 0.01 0.01 0.01 С6 С6 С6 до Дж м2 0.05 0.05 0.05 5С6 5С6 5С6 1400 Вт 104 3 10-3 Вт м2 5 107 16 От 1400 мкДж 400 2С9 2С9 2С9 2С9 до 105 Дж м2 100 С1 С1 С1 С1 Вт 4 105 4 10-3 4 10-3 Вт м2 1011 103 103 От 105 мДж 50 0.5С1 0.5С1 0.5С1 0.5С1 до 106 Дж м2 100 С1 С1 С1 С1 Вт 5 107 0.5 0.5 Вт м2 1011 103 103 С1 5.6 103 Dt 0.25 T1 100.8 l-295 -15 C2 100.2 l-295 T2 101 0.02 l-550 C4 10 l-700 500 С6 18 Dt 0.75 Здесь и далее необходимы двойные пределыС9 1.1 104 Dt 0.25 длякласса 3А. С10 7 10-4 Dt 0.75 Естественная защитная реакция на излучениеболее 0.25 секунд.2.3.2.Лазерные излучатели подкласса 3БК ним относят излучатели средней мощности, непосредственное наблюдениекоторых даже невооруженным без фокусирующей оптической системы глазом опасно длязрения.

Однако при соблюдении определенных условий удалении глаза более чем на13 см от рассеивателя и времени воздействия не более 10 с допустимо наблюдениедиффузно рассеянного излучения.

Поэтому непрерывная мощность таких лазеров не можетпревышать 0.5 Вт, а энергетическая экспозиция 100 кДж м2. Остальныезначения ДПИ для лазеров подкласса 3Б приведены в таблице 2.3.Таблица 2.3ДПИ для лазеров подкласса 3Б Длина волны ДПИ l, нм Единица При длительности излучения Dt, с измерения lt 10-9 От 10-9 до 0.25 От 0.25 до 3 104 От 200 до 302.5 Дж 3.8 10-4 Вт 3.8 10-5 1.5 10-3 От 302.5 до 315 Дж 1.25 10-5 С2 Вт 1.25 104 С2 5 10-5 С2 От 315 до 400 Дж 0.125 Вт 1.25 108 0.5 От 400 до 700 Дж м2 3.14 С7 и lt 105 Вт 0.5 Вт м2 3.14 1011 От 700 до 1050 Дж м2 3.14 С4 С7 и lt 105 Вт 0.5 Вт м2 3.14 1011 От 1050 до 1400 Дж м2 15.7 С7 и lt 105 Вт 0.5 Вт м2 1.57 1012 От 1400 до 106 Дж м2 105 Вт 0.5 Вт м2 1014 C2 100.2 l-295 C4 10 l-700 500 Необходимыдвойные пределы для класса 3Б.С7 105 Dt 0.33 2.4.Лазерные излучатели класса 4Это мощные лазерные установки, способные повредить зрение и кожныепокровы человека не только прямым, но и диффузно рассеянным излучением.

ЗначенияДПИ в данном случае превышают значения, принятые для подкласса 3Б. Работа с лазернымиизлучателями класса 4 требует обязательного соблюдения соответствующих защитныхмер.2.5. Особенности использования ДПИ при классификациилазерных излучателейЛазерные излучатели, генерирующие на двух или более длинах волн неаддитивно,классифицируют по наибольшему классу опасности для каждой из них. В случае попаданиягенерируемых волн в один поддиапазон аддитивные воздействия поступают аналогичноопределению МДУ, то есть сумма относительных излучений, нормированных по ДПИ дляданной длины волны, не должна превышать единицы ИS отн Иотн l1 Иотн l1 Иотн l1 ДПИ l1 Иотн l1 ДПИ l2 lt 1.Если, например, через какое-либо отверстие корпуса защитного кожуха,или при введении оптического зонда, или в случае отказа блокировок лазерное излучениеможет попасть на человека его глаза или только на кожные покровы, то классификациюосуществляют с учетом и этого дополнительного облучения.Классификация лазерных приборов, излучающих повторяющиеся импульсы,осуществляют следующим образом.

Последовательно определяют класс опасности для 1. наиболее мощного импульса в серии 2. средней мощности импульсов в серии, действующихякобы как один импульс с длительностью, равной длительности серии 3. наиболее мощного импульса последовательности изn импульсов за время проведения классификации при мгновенной частоте повторенияимпульсов определяемой по самому короткому интервалу f gt 1 Гц. Однако при длительностиотдельных импульсов Dt lt 10мкс значение вклада каждого отдельного импульса уменьшают на значение коэффициентаС5 при Dt gt 10мкс одиночным считают импульс длительностью T Dt nи значение его вклада уменьшают в n раз 4. наиболее мощного эквивалентного импульса, представляющегособой последовательность группу из n lt 10 импульсов, повторяющихся с квазирегулярнымиинтервалами. При этом энергетическая экспозиция эквивалентного импульса равна полнойэнергетической экспозиции группы импульсов, а длительность эквивалентного импульсаравна или наименьшей длительности импульса в группе при Dtгр lt 10мкс , или сумме длительностей отдельных импульсов в группе при Dtгр gt 10мкс .В результате лазерному прибору присваивают наиболее высокий классопасности из вычисленных в пунктах 1 4. Если при определении ДПИ для эквивалентногоимпульса требования будут более жесткими, то, следуя пунктам 1 3, можно немногоуменьшить получаемые значения.

Причем если n gt 10, то нужно следовать пункту3. Кроме того, 825-й публикацией МЭК предусмотрен целый ряд дополнительныхорганизационно-технических мероприятий, обязательных для изготовителя, по обеспечениюбезопасности лазерных изделий.3. Технико-гигиеническая оценка лазерных изделийв РоссииВ нашей стране на базе проведенных комплексных исследований и современныхпредставлений о влиянии лазерного излучения на организм человека разработан и утвержденряд нормативных документов, обеспечивающих безопасную эксплуатацию лазерных изделий.Эти документы устанавливают единую систему обеспечения лазерной безопасности.

Втакую систему входят технические средства снижения опасных и вредных производственныхфакторов, организационные мероприятия, контроль условий труда на лазерных установках.

В современной отечественной научно-технической и нормативной литературедано несколько вариантов классификации лазерных изделий.

С позиции обеспечения лазернойбезопасности их классифицируют по основным физико-техническим параметрам и степениопасности генерируемого излучения.В зависимости от конструкции лазера и конкретных условий его эксплуатацииобслуживающий его персонал может быть подвержен воздействию опасных и вредных производственныхфакторов, перечень которых приведен в ГОСТ 12.1.040-83.Уровни опасных и вредных производственных факторов на рабочем местене должны превышать значений, установленных по электробезопасности, взрывоопасности,шуму, уровням ионизирующего излучения, концентрации токсических веществ и др.3.1. Классы опасности лазерного излучения по СНиП 5804-91Степень воздействия лазерного излучения на оператора зависит от физико-техническиххарактеристик лазера плотности мощности энергии излучения , длины волны, времениоблучения, длительности и периодичности импульсов, площади облучаемой поверхности.Биологический эффект лазерного облучения зависит как от вида воздействияизлучения на ткани организма тепловое, фотохимическое , так и от биологическихи физико-химических особенностей самих тканейи органов.Наиболее опасно лазерное излучение с длиной волны 380 1400нм для сетчатки глаза,180 380нм и свыше 1400 нм для передних сред глаза,180 105нм т.е. во всем рассматриваемом диапазоне для кожи.Нашими гигиенистами выдвинуты требования, в соответствии с которымив основу проектирования, разработки и эксплуатации лазерной техники должен бытьположен принцип исключения воздействия на человека кроме лечебных целей лазерногоизлучения, как прямого, так и зеркально ил диффузно отраженного.В соответствии со СНиП 5804-91 лазерные изделия по степени опасностигенерируемого излучения подразделяют на 4 класса.

При этом класс опасности лазерногоизделия определяется классом опасности используемого в нем лазера.

Классификациюлазеров с точки зрения безопасности проводит предприятие-изготовитель путем сравнениявыходных характеристик излучения с предельно допустимыми уровнями ПДУ при однократномвоздействии.

Определяя принадлежность лазерного изделия к тому или иному классупо степени опасности лазерного излучения, необходимо учитывать воздействие прямогоили отраженного лазерного пучка на глаза и кожу человека и пространственные характеристикилазерного излучения при этом различают коллимированное излучение, то есть заключенноев ограниченном телесном угле, и неколлимированное, то есть рассеянное или диффузноотраженное . Использование дополнительных оптических систем не входит в понятие коллимация , а оговаривается отдельно.Лазерные изделия с точки зрения техники безопасности классифицируютв основном по степени опасности генерируемого излучения.

Установлены следующие4 класса лазеров 1 кнему относят полностью безопасные лазеры, выходное излучение которых не представляетопасности для глаз и кожи человека 2 кнему относят лазеры, выходное излучение которых представляет опасность при облучениикожи или глаз человека коллимированным пучком.

В то же время диффузно отраженноеизлучение лазеров этого класса безопасно как для кожи, так и для глаз 3 кнему относят лазерные устройства, работающие в видимой области спектра и выходноеизлучение которых представляет опасность при облучении как глаз коллимированными диффузно отраженным излучением на расстоянии менее 10 см от отражающей поверхности ,так и кожи только коллимированным пучком 4 наиболееопасный к нему относят лазерные устройства, даже диффузно отраженное излучениекоторых представляет опасность для глаз и кожи на расстоянии менее 10 см.При определении класса опасности лазерного излучения учитываются триспектральных диапазона.Таблица 3.1 Класс опасности 180 lt l 380 380 lt l 1400 1400 lt l 105 лазерного Диапазон излучения I II III 1 2 3 4 3.2. Гигиеническое нормирование лазерного излучения.В соответствии со СНиП 5804-91 регламентируют ПДУ для каждого режимаработы лазера и его спектрального диапазона.

Нормируемыми параметрами с точки зренияопасности лазерного излучения являются энергия W и мощность P излучения, прошедшегоограничивающую апертуру диаметрами dа 1.1 мм в спектральных диапазонахI и II и dа 7 мм в диапазоне II энергетическая экспозиция H и облученностьE, усредненные по ограничивающей апертуре H W Sa E P Sa 3.1 где Sa площадь ограничивающейапертуры.

Угловой размер lпротяженного источника излучения определяется по формуле 3.2 где S0 площадь источника, l расстояние от точки наблюдения до источника, Q угол между нормалью к поверхности источника и направлениемвизирования.В случае протяженного источника излучения вводят дополнительный коэффициентВ sup3 1для всего диапазона возможных интервалов облучения при l gt lпред углового размереточечного источника.

ПДУ лазерного излучения устанавливают для двух условий однократногои хронического облучения.

Под хроническим понимают систематически повторяющеесявоздействие, которому подвергаются люди, профессионально связанные с лазерным излучением .ПДУ при этом определяют как 1 уровнилазерного излучения, при которых существует незначительная вероятность возникновенияобратимых отклонений в организме человека 2 уровниизлучения, которые при работе установленной продолжительности в течение всеготрудового стажа не приводят к травме повреждению , заболеванию или отклонению всостоянии здоровья как самого работающего, так и последующих его поколений .ПДУ хронического воздействия рассчитывают путем уменьшения в 5 10раз ПДУ однократного воздействия.ПДУ при одновременном воздействии излучений с разными длинами волнустанавливают так для кожи и передних сред глаза в спектральных диапазонах Iи III длина волн 180 lt l 380нм и 1400 lt l 105нм соответственно для сетчатки глаза в диапазоне II длина волн 380 lt l 1400нм . В каждом из этих случаев действие различных источников считают аддитивным 3.3 где n число источников излучения, действиекоторых аддитивно, i условный порядковый номер источника, предельно допустимыезначения энергии или мощности каждого источника Сi относительныйэнерговклад каждого источника, определяемый как отношение энергии мощности источникас порядковым номером i к суммарной энергии мощности всех источников.3.2.1. ПДУ лазерного излучения УФ диапазонаДля УФ излучения с длиной волны l 180 380нм как коллимированного, так и рассеянного при однократном воздействии на глазаи кожу человека нормируют Hпду, Eпду и Wпду, Рпду.В этом спектральном диапазоне диаметр ограничивающей апертуры da 1.1 10-3м. Поэтому 3.4 где ПДУ облучения зависит от длительностивоздействия и длины волныТаблица 3.2Предельные дозы при однократномвоздействии на глазаи кожу коллимированного илирассеянного лазерного излучения Длина волны l, нм Длительность воздействия t, с HПДУ, Дж м-2 EПДУ, Вт м-2 180 lt l 380 t 10 HПДУ 380 lt l 302.5 10 lt t 3 104 HПДУ 25 EПДУ 25 t 302.5 lt l 315 10 lt t T1 HПДУ 302.5 lt l 315 T1 lt t 3 104 HПДУ 0.8 100.2 l-295 EПДУ 0.8 100.2 l-295 t 315 lt l 380 10-9 lt t 10 HПДУ 315 lt l 380 10 lt t 3 104 HПДУ 8 103 EПДУ 8 103 t Примечания 1. Во всех случаях Wпду Hпду 10-6 Pпду Eпду 10-6.2. Длявторого спектрального поддиапазона T1 105 100.8 l-295 , где l внанометрах.3.Ограничивающая апертура составляет 1.1 10-3 м.На практике важное значение имеет предельно допустимая однократнаясуточная доза.Таблица 3.3Предельные однократные суточные дозыпри облучении глаз и кожи лазерным излучением Длина волны l, нм HSПДУ 3 104 Дж м-2 180 lt l 380 25 302.5 lt l 315 0.8 100.2 l-295 305 80 307.5 250 310 8 102 312.5 2.5 103 315 8 103 315 lt l 380 8 103 3.2.2 ПДУ лазерного излучения при облучении глазв диапазоне 380 lt l 1400нм Таблица 3.4Предельные дозы при однократномвоздействии на глазаколлимированного лазерного излучения Длина волны l, нм Длительность воздействия t, с WПДУ, Дж 380 lt l 600 t 2.3 10-11 2.3 10-11 lt t 5 10-5 8 10-8 5 10-5 lt t 1 600 lt l 750 t 6.5 10-11 6.5 10-11 lt t 5 10-5 1.6 10-7 5 10-5 lt t 1 750 lt l 1000 t 2.5 10-10 2.5 10-10 lt t 5 10-5 4 10-7 5 10-5 lt t 1 1000 lt l 1400 t 10-9 10-9 lt t 5 10-5 10-6 5 10-5 lt t 1 Примечания 1. Длительность воздействия меньше 1с.2.Ограничивающая апертура 7 10-3 м.3.2.3 ПДУ лазерного излучения при облучении кожив диапазоне 380 lt l 1400нмТаблица 3.7Предельные дозы при однократномвоздействии на кожу коллимированного или рассеянного лазерного излучения Длина волны l, нм Длительность излучения t, с HПДУ, Дж м-2 EПДУ, Вт м-2 380 lt l 500 10-10 lt t 10-1 HПДУ 10-1 lt t 1 HПДУ 1 lt t 102 EПДУ t gt 102 EПДУ 5 102 500 lt l 900 10-10 lt t 3 HПДУ 3 lt t 102 EПДУ t gt 102 EПДУ 5 102 900 lt l 1400 10-10 lt t 1 HПДУ 1 lt t 102 EПДУ t gt 102 EПДУ 5 102 Примечания 1. Ограничивающая апертура 1.1 10-3м.2. Wпду 10-6Hпду Pпду 10-6Eпду.3.2.4. ПДУ лазерного излучения в диапазоне1400 lt l 105нмТаблица 3.8Предельные дозы при однократномвоздействии на глаза и кожу коллимированного или рассеянного лазерногоизлучения Длина волны l, нм Длительность облучения t, с HПДУ, Дж м-2 EПДУ, Вт м-2 1400 lt l 1800 10-10 lt t 1 HПДУ 1 lt t 102 EПДУ t gt 102 EПДУ 5 102 1800 lt l 2500 10-10 lt t 3 HПДУ 3 lt t 102 EПДУ t gt 102 EПДУ 5 102 250 lt l 105 10-10 lt t 10-1 HПДУ 10-1 lt t 1 HПДУ 1 lt t 102 EПДУ t gt 102 EПДУ 5 102 Примечания 1. Ограничивающая апертура 1.1 10-3м.2. Wпду 10-6Hпду Pпду 10-6Eпду.3.2.5. Определение класса лазерного изделия постепени опасности излучения, генерируемого лазеромДля определения класса опасности лазера и лазерного изделия в целом предельно допустимые уровни излучения для глаз и кожи человека в зависимости отрежима генерации и спектрального диапазона излучения сопоставляют с ограничениямипо классам, данными в таблице 3.9.Таблица 3.9Соотношения для определения классовпо степени опасности генерируемого излучения Длина Класс Режим генерации излучения волны l, нм опас- ности Одиночные импульсы Серии импульсов Непрерывное излучение 180 lt l 1 Wi tи Hпду tи Sп Wic tи Hcпду tи Sп P t Eпду t Sп 380 1 tи HSпду 3 104 Sп tи HSпду 3 104 Sп ti ti HSпду 3 104 Sп 2 Wi tи p 10-2 Hпду tи Wic tи p 10-2 Hпду tи P t p 10-2 Eпду tи 2 tи p 10-2 HSпду 3 104 tи p 10-2 HSпду 3 104 ti ti p 10-2 HSпду 3 104 4 Wi tи gt p 10-2 Hпду tи Wic tи gt p 10-2 Hпду tи P t gt p 10-2 Eпду tи 4 tи gt p 10-2 HSпду 3 104 tи gt p 10-2 HSпду 3 104 ti ti gt p 10-2 HSпду 3 104 380 lt l 750 1 2 W tи 8 102 Wпду tи Wс t 8 102 Wспду t P t 8 102 Pпду t 3 W tи p 104 Wпду tи Wс t p 104 Wспду t P t p 104 Pпду t 4 W tи gt p 104 Wпду tи Wс t gt p 104 Wспду t P t gt p 104 Pпду t Окончание таблицы 3.9 Длина Класс Режим генерации излучения волны l, нм опас- ности Одиночные импульсы Серии импульсов Непрерывное излучение 750 lt l 1400 1 2 W tи 8 102 Wпду tи Wс t 8 102 Wспду t P t 8 102 Pпду t 3 W tи p 10-2 Hпду tи Wс t p 10-2 Hспду t P t p 10-2 Eпду t 4 W tи gt p 10-2 Hпду tи Wс t gt p 10-2 Hспду t P t gt p 10-2 Eпду t 1400 lt l 1 W tи Hпду tи Sп Wc t Hcпду tи Sп P t Eпду t Sп 105 2 W tи p 10-2 Hпду tи Wс t p 10-2 Hспду t P t p 10-2 Eпду t 4 W tи gt p 10-2 Hпду tи Wс t gt p 10-2 Hспду t P t gt p 10-2 Eпду t Длительность воздействия непрерывного излученияв диапазонах 180 lt l 380нм, 750 lt l 1400нм и 1400 lt l 105нм составляет 10 с наиболее вероятное время пребывания человека в состоянии полнойнеподвижности . Длительность воздействия непрерывногоизлучения в диапазоне 380 lt l 750нм составляет 0.25 с время мигательного рефлекса . Предельно допустимые уровни Нпду и Епду для кожи.Оглавление1.1. Воздействие лазерного излучения на органы зрения 1.1.1. МДУ прямого облучения сетчатки 1.1.2. МДУ для наружных покрововглаз человека 1.1.3. Представление МДУ облучениякакповерхности в координатах l Dt 1.1.4. МДУ облучения глаз рассеяннымлазерным излучением 1.2. МДУ лазерного облучения кожныхпокровов 2. Требования к изготовителям лазерныхприборов в связи собеспечением безопасности пользователей 2.1. Лазерные излучатели класса1 2.2. Лазерные излучатели класса2 2.3. Лазерные излучатели класса3 2.3.1. Лазерные излучатели подкласса3А 2.3.2. Лазерные излучатели подкласса3Б 2.4. Лазерные излучатели класса4 2.5. Особенности использования ДПИпри классификациилазерных излучателей 3. Технико-гигиеническая оценкалазерных изделий в России 3.1. Классы опасности лазерногоизлучения по СНиП 5804-91 3.2. Гигиеническое нормированиелазерного излучения 3.2.1. ПДУ лазерного излучения УФдиапазона 3.2.2 ПДУ лазерного излучения приоблученииглаз в диапазоне 380 lt l 1400 нм 3.2.3 ПДУ лазерного излучения приоблучениикожи в диапазоне 380 lt l 1400 нм 3.2.4. ПДУ лазерного излучения вдиапазоне 1400 lt l 105 нм 3.2.5. Определение класса лазерногоизделия постепени опасности излучения, генерируемого лазером 1 Световой диаметр зрачка при расчете МДУ облучения принимают обычно равным 7 мм. Это не всегда соответствует действительности.

Например, при большой светлоте физиологическаяоценка яркости фона из-за световой адаптации, в пожилом возрасте из-за уменьшениячувствительности световых рецепторов.