Безопасность лазерного излучения. Лазерное излучение и защита от него на производстве Источники лазерного излучения бжд

Лазерное излучение (ЛИ) - вынужденное испускание атомами вещества квантов электромагнитного излучения. Слово «лазер» - аббревиатура, образованная из начальных букв английской фразы Light amplification by stimulated emission of radiation (усиление света с помощью создания стимулированного излучения). Основными элементами любого лазера являются активная среда, источник энергии для ее возбуждения, зеркальный оптический резонатор и система охлаждения. ЛИ за счет монохроматичности и малой расходимости пучка способно распространяться на значительные расстояния и отражаться от границы раздела двух сред, что позволяет применять эти свойства для целей локации, навигации и связи.

Возможность создания лазерами исключительно высоких энергетических экспозиций позволяет использовать их для обработки различных материалов (резание, сверление, поверхностная закалка и др.).

При использовании в качестве активной среды различных веществ лазеры могут индуцировать излучение практически на всех длинах волн, начиная с ультрафиолетовых и заканчивая длинноволновыми инфракрасными.

Основными физическими величинами, характеризующими ЛИ, являются: длина волны (мкм), энергетическая освещенность (Вт/см 2), экспозиция (Дж/см 2), длительность импульса (с), длительность воздействия (с), частота повторения импульсов (Гц).

Биологическое действие лазерного излучения. Действие ЛИ на человека весьма сложно. Оно зависит от параметров ЛИ, прежде всего от длины волны, мощности (энергии) излучения, длительности воздействия, частоты следования импульсов, размеров облучаемой области («размерный эффект») и анатомо-физиологических особенностей облучаемой ткани (глаз, кожа). Поскольку органические молекулы, из которых состоит биологическая ткань, имеют широкий спектр абсорбируемых частот, то нет оснований считать, что монохроматичность ЛИ может создавать какие-либо специфические эффекты при взаимодействии с тканью. Пространственная когерентность также существенно не меняет механизма повреждений

излучением, так как явление теплопроводности в тканях и присущие глазу постоянные мелкие движения разрушают интерференционную картину уже при длительности воздействия, превышающей несколько микросекунд. Таким образом, ЛИ пропускается и поглощается биотканями по тем же законам, что и некогерентное, и не вызывает в тканях каких-либо специфических эффектов.

Энергия ЛИ, поглощенная тканями, преобразуется в другие виды энергии: тепловую, механическую, энергию фотохимических процессов, что может вызывать ряд эффектов: тепловой, ударный, светового давления и пр.

ЛИ представляют опасность для органа зрения. Сетчатка глаза может быть поражена лазерами видимого (0,38-0,7 мкм) и ближнего инфракрасного (0,75-1,4 мкм) диапазонов. Лазерное ультрафиолетовое (0,18-0,38 мкм) и дальнее инфракрасное (более 1,4 мкм) излучения не достигают сетчатки, но могут повредить роговицу, радужку, хрусталик. Достигая сетчатки, ЛИ фокусируется преломляющей системой глаза, при этом плотность мощности на сетчатке увеличивается в 1000-10000 раз по сравнению с плотностью мощности на роговице. Короткие импульсы (0,1 с-10 -14 с), которые генерируют лазеры, способны вызвать повреждение органа зрения за значительно более короткий промежуток времени, чем тот, который необходим для срабатывания защитных физиологических механизмов (мигательный рефлекс 0,1 с).

Вторым критическим органом к действию ЛИ являются кожные покровы. Взаимодействие лазерного излучения с кожными покровами зависит от длины волны и пигментации кожи. Отражающая способность кожных покровов в видимой области спектра высокая. ЛИ дальней инфракрасной области начинает сильно поглощаться кожными покровами, поскольку это излучение активно поглощается водой, которая составляет 80% содержимого большинства тканей; возникает опасность возникновения ожогов кожи.

Хроническое воздействие низкоэнергетического (на уровне или менее ПДУ ЛИ) рассеянного излучения может приводить к развитию неспецифических сдвигов в состоянии здоровья лиц, обслуживающих лазеры. При этом оно является своеобразным фактором риска развития невротических состояний и сердечно-сосудистых расстройств. Наиболее характерными клиническими синдромами, обнаруживаемыми у работающих с лазерами, являются астенический, астеновегетативный и вегетососудистая дистония.

Нормирование ЛИ. В процессе нормирования устанавливаются параметры поля ЛИ, отражающие специфику его взаимодействия с биологическими тканями, критерии вредного действия и числовые значения ПДУ нормируемых параметров.

Научно обоснованы два подхода к нормированию ЛИ: первый - по повреждающим эффектам тканей или органов, возникающим непосредственно в месте облучения; второй - на основе выявляемых функциональных и морфологических изменений ряда систем и органов, не подвергающихся непосредственному воздействию.

Гигиеническое нормирование основывается на критериях биологического действия, обусловленного, в первую очередь, областью электромагнитного спектра. В соответствии с этим диапазон ЛИ разделен на ряд областей:

От 0,18 до 0,38 мкм - ультрафиолетовая область;

От 0,38 до 0,75 мкм - видимая область;

От 0,75 до 1,4 мкм - ближняя инфракрасная область;

Свыше 1,4 мкм - дальняя инфракрасная область.

В основу установления величины ПДУ положен принцип определения минимальных «пороговых» повреждений в облучаемых тканях (сетчатка, роговица, глаза, кожа), определяемых современными методами исследования во время или после воздействия ЛИ. Нормируемыми параметрами являются энергетическая экспозиция Н (Дж-м -2) и облученность Е (Вт-м -2), а также энергия W (Дж) и мощность Р (Вт).

Данные экспериментальных и клинико-физиологических исследований свидетельствуют о превалирующем значении общих неспецифических реакций организма в ответ на хроническое воздействие низкоэнергетических уровней ЛИ по сравнению с местными локальными изменениями со стороны органа зрения и кожи. При этом ЛИ видимой области спектра вызывает сдвиги в функционировании эндокринной и иммунной систем, центральной и периферической нервной систем, белкового, углеводного и липидного обменов. ЛИ с длиной волны 0,514 мкм приводит к изменениям в деятельности сим- патоадреналовых и гипофизнадпочечниковых систем. Длительное хроническое действие ЛИ длиной волны 1,06 мкм вызывает вегетососудистые нарушения. Практически все исследователи, изучавшие состояние здоровья лиц, обслуживающих лазеры, подчеркивают более высокую частоту обнаружения у них астенических и вегетативно-сосудистых расстройств. Следовательно, низкоэнергетическое

ЛИ при хроническом действии выступает как фактор риска развития патологии, что и определяет необходимость учета этого фактора в гигиенических нормативах.

Первые ПДУ ЛИ в России для отдельных длин волн были установлены в 1972 г., а в 1991 г. введены в действие «Санитарные нормы и правила устройства и эксплуатации лазеров» СН и П? 5804. В США существует стандарт ANSI-z.136. Разработан также стандарт Международной электротехнической комиссией (МЭК) - Публикация 825. Отличительной особенностью отечественного документа по сравнению с зарубежными является регламентация значений ПДУ с учетом не только повреждающих эффектов глаз и кожи, но и функциональных изменений в организме.

Широкий диапазон длин волн, разнообразие параметров ЛИ и вызываемых биологических эффектов затрудняет задачу обосно- вания гигиенических нормативов. К тому же экспериментальная и особенно клиническая проверки требуют длительного времени и средств. Поэтому для разрешения задач по уточнению и разработке ПДУ ЛИ используют математическое моделирование. Это позволяет существенно уменьшить объем экспериментальных исследований на лабораторных животных. При создании математических моделей учитываются характер распределения энергии и абсорбционные характеристики облучаемой ткани.

Метод математического моделирования основных физических процессов (термический и гидродинамические эффекты, лазерный пробой и др.), приводящих к деструкции тканей глазного дна при воздействии ЛИ видимого и ближнего ИК диапазонов с длительностью импульсов от 1 до 10 -12 с, был использован при определении и уточнении ПДУ ЛИ, вошедших в последнюю редакцию «Санитарных норм и правил устройства и эксплуатации лазеров» СНиП? 5804- 91, которые разработаны на основании результатов научных исследований.

Действующие правила устанавливают:

Предельно допустимые уровни (ПДУ) лазерного излучения в диапазоне длин волн 180-10 6 нм при различных условиях воздействия на человека;

Классификацию лазеров по степени опасности генерируемого ими излучения;

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.

Степень опасности ЛИ для персонала положена в основу классификации лазеров, согласно которой они подразделяются на 4 класса:

1-й - класс (безопасные) - выходное излучение не опасно для глаз;

2-й - класс (малоопасные) - представляют опасность для глаз как прямое, так и зеркально отраженное излучения;

3-й - класс (среднеопасное) - представляет опасность для глаз также и диффузно отраженное излучение на расстоянии 10 см от отражающей поверхности;

4-й - класс (высокоопасное) - представляет уже опасность и для кожи на расстоянии 10 см от диффузно отражающей поверхности.

Требования к методам, средствам измерений и контролю ЛИ. Дозиметрией ЛИ называют комплекс методов определения значений параметров лазерного излучения в заданной точке пространства с целью выявления степени опасности и вредности его для организма человека

Лазерная дозиметрия включает два основных раздела:

- расчетная, или теоретическая дозметрия, которая рассматривает методы расчета параметров ЛИ в зоне возможного нахождения операторов и приемы вычисления степени его опасности;

- экспериментальная дозиметрия, рассматривающая методы и средства непосредственного измерения параметров ЛИ в заданной точке пространства.

Средства измерений, предназначенные для дозиметрического контроля, называются лазерными дозиметрами. Дозиметрический контроль приобретает особое значение для оценки отраженных и рассеянных излучений, когда расчетные методы лазерной дозиметрии, основанные на данных выходных характеристик лазерных установок, дают весьма приближенные значения уровней ЛИ в заданной точке контроля. Использование расчетных методов диктуется отсутствием возможности провести измерение параметров ЛИ для всего разнообразия лазерной техники. Расчетный метод лазерной дозиметрии позволяет оценивать степень опасности излучения в заданной точке пространства, используя в расчетах паспортные данные. Расчетные методы удобны для случаев работы с редко повторяющимися кратковременными импульсами излучения, когда ограни-

чена возможность измерения максимального значения экспозиции. Они используются для определения лазерно-опасных зон, а также для классификации лазеров по степени опасности генерируемого ими излучения.

Методы дозиметрического контроля установлены в «Методических указаниях для органов и учреждений санитарно-эпидеми- ологических служб по проведению дозиметрического контроля и гигиенической оценке лазерного излучения» ? 5309-90, а также частично рассмотрены в «Санитарных нормах и правилах устройства и эксплуатации лазеров» СН и П? 5804-91.

В основе методов лазерной дозиметрии лежит принцип наибольшего риска, в соответствии с которым оценка степени опасности должна осуществляться для наихудших с точки зрения биологического воздействия условий облучения, т.е. измерение уровней лазерного облучения следует проводить при работе лазера в режиме максимальной отдачи мощности (энергии), определенной условиями эксплуатации. В процессе поиска и наведения измерительного прибора на объект излучения должно быть найдено такое положение, при котором регистрируются максимальные уровни ЛИ. При работе лазера в импульсно-периодическом режиме измеряют энергетические характеристики максимального импульса серии.

При гигиенической оценке лазерных установок требуется измерять не параметры излучения на выходе лазеров, а интенсивность облучения критических органов человека (глаза, кожа), влияющую на степень биологического действия. Эти измерения проводят в конкретных точках (зонах), в которых программой работы лазерной установки определено наличие обслуживающего персонала и в которых уровни отраженного или рассеянного ЛИ невозможно снизить до нуля.

Пределы измерений дозиметров определяются значениями ПДУ и техническими возможностями современной фотометрической аппаратуры. Все дозиметры должны быть аттестованы органами Госстандарта в установленном порядке. В России разработаны специальные средства измерений для дозиметрического контроля ЛИ - лазерные дозиметры. Они отличаются высокой универсальностью, заключающейся в возможности контроля как направленного, так и рассеянного непрерывного, моноимпульсного и импульсно- периодического излучений большинства применяемых на практике лазерных установок в промышленности, науке, медицине и пр.

Профилактика вредного действия лазерного излучения (ЛИ). Защиту от ЛИ осуществляют техническими, организационными и лечебнопрофилактическими методами и средствами. К методическим средствам относятся:

Выбор, планировка и внутренняя отделка помещений;

Рациональное размещение лазерных технологических установок;

Соблюдение порядка обслуживания установок;

Использование минимального уровня излучения для достижения поставленной цели;

Применение средств защиты. Организационные методы включают:

Ограничение времени воздействия излучения;

Назначение и инструктаж лиц, ответственных за организацию и проведение работ;

Ограничение допуска к проведению работ;

Организация надзора за режимом работ;

Четкая организация противоаварийных работ и регламентация порядка ведения работ в аварийных условиях;

Проведение инструктажа, наличие наглядных плакатов;

Обучение персонала.

Санитарно-гигиенические и лечебно-профилактические методы включают:

Контроль за уровнями опасных и вредных факторов на рабочих местах;

Контроль за прохождением персоналом предварительных и периодических медицинских осмотров.

Производственные помещения, в которых эксплуатируются лазеры, должны отвечать требованиям действующих санитарных норм и правил. Лазерные установки размещают таким образом, чтобы уровни излучения на рабочих местах были минимальными.

Средства защиты от ЛИ должны обеспечивать предотвращение воздействия или снижение величины излучения до уровня, не превышающего допустимый. По характеру применения средства защиты подразделяются на средства коллективной защиты (СКЗ) и средства индивидуальной защиты (СИЗ). Надежные и эффективные средства защиты способствуют повышению безопасности труда, снижают производственный травматизм и профессиональную заболеваемость.

Таблица 9.1. Защитные очки от лазерного излучения (выписка из ТУ 64-1-3470-84)

К СКЗ от ЛИ относятся: ограждения, защитные экраны, блокировки и автоматические затворы, кожухи и др.

СИЗ от лазерного излучения включают защитные очки (табл. 9.1), щитки, маски и др. Средства защиты применяются с учетом длины волны ЛИ, класса, типа, режима работы лазерной установки, характера выполняемой работы.

СКЗ должны предусматриваться на стадиях проектирования и монтажа лазеров (лазерных установок), при организации рабочих мест, при выборе эксплуатационных параметров. Выбор средств защиты должен производиться в зависимости от класса лазера (лазерной установки), интенсивности излучения в рабочей зоне, характера выполняемой работы. Показатели защитных свойств защиты не должны снижаться под воздействием других опасных

и вредных факторов (вибрации, температуры и т.д.). Конструкция средств защиты должна обеспечивать возможность смены основных элементов (светофильтров, экранов, смотровых стекол и пр.).

Средства индивидуальной защиты глаз и лица (защитные очки и щитки), снижающие интенсивность ЛИ до ПДУ, должны применять- ся только в тех случаях (пусконаладочные, ремонтные и экспериментальные работы), когда коллективные средства не обеспечивают безопасность персонала.

При работе с лазерами должны применяться только такие средства защиты, на которые имеется нормативно-техническая документация, утвержденная в установленном порядке.

Действие на организм:

Биологическое действие излучений лазеров находится в зависимости от ряда факторов: мощности излучения; длины волны; характера импульса; чистоты следования импульсов; продолжительности облучения; величины облучаемой поверхности и другое. Можно выделить термическое и нетермическое, местное и общее действие излучения. Термический эффект для лазеров непрерывного действия имеет много общего с обычным нагревом. Под влиянием лазеров, работающих в импульсном режиме в облучаемых тканях, происходит быстрый нагрев и мгновенное вскипание жидких сред, что, в конечном счете, приводит к механическому повреждению тканей. Нетермическое действие в основном обусловлено процессами, возникающими и результате избирательного поглощения тканями электромагнитной энергии, а также электрическим и фотохимическим эффектами.

В характере действия лазерного излучения на организм человека можно выделить два эффекта: первичный и вторичный. Первичные эффекты ни шикают в виде органических изменений в облучаемых тканях «глаз, кожа». Попадая в глаз, энергия лазера абсорбируется пигментными элементами и в течении очень короткого времени повышает в нем температуру до высоких уровней, вызывая термокоагуляцию прилегающих тканей - хориоретинальный ожог. Термические нарушения сопровождаются повреждениями сетчатки оболочки глаза. Особенно опасны повреждения центральной ямки области с сетчатки как более важной в функциональном отношении. Повреждения этой попасти могут привести к глубоким и стойким нарушениям центрального зрения. Лазерное излучение может вызвать повреждение кожи. Степень воздействия определяется как параметрами излучения лазера, так и пигментацией кожи, состоянием кровообращения. Повреждения кожи напоминают термический ожег, который имеет четкие границы, окруженные небольшой зоной покраснения. Вторичные эффекты - неспецифические изменения, возникающие в организме как реакция излучения. При этом возможны функциональные расстройства центральной нервной и сердечнососудистой системы, неврозы астенического типа, патология вегетативнососудистой системы в виде вегетативно-сосудистых дисфункций и астеновегетативных синдромов. Сердечно-сосудистые расстройства могут проявляться сосудистой дистонией по гипотоническому или гипертоническому мшу, нарушением мозгового кровообращения. В картине периферической крови выявляется незначительное снижение гемоглобина, увеличение количества эритроцитов, ретикулоцитов, уменьшение количества тромбоцитов, Возможны изменения липоидного, углеводного и белковых обменов и другого. `Гигиеническое нормирование:

Все вопросы санитарного надзора регламентированы в санитарных нормах и правилах устройства и эксплуатации лазеров «1982г». За предельно допустимые уровни лазерного излучения «ПДУ» принимают энергетические экспозиции облучаемых тканей. ПДУ охватывают диапазоны спектра от 0,2 до 20 МКМ и регламентируются применительно действию радиации на роговицу, сетчатку глаза и кожу. Под ПДУ понимают также уровни, которые исключают возникновение первичных биологических эффектов для всего спектрального диапазона и вторичных эффектов для видимой области спектра.

Величина ПДУ зависит от длины волны «МКМ», длительности импульса «С», частоты повторения импульсов «Гц» и длительности воздействия «С». Кроме того, в диапазоне 0,4 - 1,4 МКМ ПДУ дополнительно зависит от углового размера источника излучения или от диаметра пятна на сетчатке «См», диаметра зрачка глаза «См», а в диапазоне 0,4 - 0,75 МКМ уровень ПДУ зависит также от фоновой освещенности роговицы. Санитарные нормы и правила предусматривают ПДУ как при моноимпульсном и непрерывном лазерном излучении, так и при импульсно-периодическом лазерном излучении. В каждом из этих видов излучений предусмотрено ПДУ в зависимости от спектра и объекта облучения.

Профилактические мероприятия:

Для обеспечения безопасности работы на лазерных установках необходимо выполнять требования к технологическим процессам, размещению оборудования и организации рабочих мест: Должно быть обеспечено дистанционное управление при обслуживании установок с лазерами IV класса; В технологических процессах, как правило, должны применяться лазерные установки закрытого типа, чтобы исключить облучение персонала; Необходимо ограничивать лазерно-опасную зону или экранировать пучок излучения. С помощью огнестойкого светопоглощающего материала; В конструкции лазерных установок предусматривают защиту работающих от электромагнитных волн, радиочастот и ионизирующей радиации; Лазеры маркируют знаком лазерной опасности в соответствии с действующим стандартом.

Для безопасной эксплуатации лазеров важно, чтобы помещения, в которых они размещаются, отвечали гигиеническим требованиям:

• 1. Лазеры IV класса нужно размещать в отдельных помещениях, устройство которых и их внутренняя отделка должны отвечать требованиям санитарных норм и правил устройства и эксплуатации лазеров.
• 2. Двери помещений для лазеров III - IV классов должны быть оборудованы внутренними замками, табло «Посторонним вход воспрещен» и знаком лазерной опасности.
• 3. Естественное и искусственное освещение должно соответствовать действующим нормам. Воздух рабочей зоны, производственной зоны помещений, где эксплуатируются лазеры, должен соответствовать гигиеническим требованиям. Если работа лазера сопровождается образованием вредных газов, паров, аэрозолей, то на рабочих местах оборудуется вытяжная вентиляция, которая локализует и удаляет вредные продукты места их образования.
• 4. На открытых площадках, где размещаются лазеры, обозначается зона повышенной плотности энергии излучения, и устанавливаются экраны, предотвращающие распространение излучения лазеров за пределы площадки.
• 5. Для предотвращения поражения прямым или зеркально отраженным лучом лазера предусматриваются ограждения, исключающие возможность выхода луча за пределы установки закрытого типа и возможность проникновения человека в зону прохождения луча. Применяются блокировки или затворы для защиты глаз работающего на установке, в которой система наблюдения совмещена с оптической системой. Используются защитные очки.
• 6. 6. Для защиты работающего от поражения электрическим током используются различные дистанционные управления, блокировки, автоматические замыкатели механические заземлители, сигнализация и защитные средства. Все элементы установок лазера, находящиеся под напряжением, ограждаются, а металические корпуса установок заземляются. Способы защиты персонала от электромагнитных полей и шума, а также допустимые санитарные нормы, сроки контрольных измерений, приборы и методики этих измерений указаны в соответствующих разделах специального справочника.
• 7. 7. К работе с лазером допускаются лица, достигшие 18-летнего возраста. Персонал, обслуживающий лазерные установки, должен проходить периодические и предварительные медицинские осмотры, обязателен инструктаж по безопасным методам работы с лазерами и другими.
• 8. 8. Персоналу запрещается осуществлять наблюдение без средств индивидуальной защиты глаз при эксплуатации лазеров II - IV классов опасности и размещать в зоне лазерного пучка предметы, вызывающие зеркальное отражение излучения, если оно не связано с технологической потребностью. В качестве средств индивидуальной защиты используют защитные очки со светофильтрами, а при работе с лазерами IV класса шин опасности применяют защитные маски. Для защиты от лазерного излучения и при работе сна лазерных установках применяют только те средства защиты, на которые имеется нормативно-техническая документация, утвержденная в установленном порядке.

Лазеры представляют собой устройства, которые генерируют оптическое излучение большой мощности в определенной узкой области длины волны. Они позволяют сконцентрировать огромную энергию на очень небольшой площади и достичь при этом температуры в несколько миллионов градусов. Лазеры широко применяют в медицине (офтальмологии, хирургии), металлургии (для сверления отверстий, дефектоскопии материалов, сварки, плавки и резания самых тугоплавких металлов), в военной и космической технике.

При работе с лазерными установками обслуживающий персонал может подвергаться воздействию прямого, рассеянного и отраженного лазерного излучения, светового, ультрафиолетового и инфракрасного излучения, электромагнитных полей в диапазоне ВЧ и СВЧ от генераторов накачки и даже прямому импульсу лазерного излучения при грубом нарушении правил безопасности. Кроме того, возможны повышенная загазованность и запыленность воздуха в результате его радиолиза1 и взаимодействия лазерного луча с мишенью. Наибольшее влияние оказывают рассеянные и отраженные от стекла, металла и внутренних поверхностей помещения лучи. Особенно опасно попадание лучей в глаза, так как роговица и хрусталик фокусируют излучение на сетчатке и концентрируют его, что может вызвать ее ожог, а иногда и образование отверстий в молекулярной области. У работающих с лазерами возможны кожные поражения и изменения в деятельности сердечно-сосудистой системы.

По степени опасности для работающих лазеры делят на четыре класса: I — выходное излучение не представляет опасности для глаз и кожи; II — оно представляет опасность при облучении глаз прямым или зеркально отраженным излучением; III — существует опасность облучения глаз прямым, зеркально отраженным и диффузно отраженным излучением на расстоянии 0,1 м от диффузно отражающей поверхности, а также опасность облучения кожи прямым и зеркально отраженным излучением; IV — выходное излучение представляет опасность при облучении кожи диффузно отраженным излучением на расстоянии 0,1 м от диффузно отражающей поверхности.

Все лазеры и помещения с лазерами II, III и IV классов маркируют знаками лазерной опасности. Лазеры II...IV классов снабжают сигнальными устройствами, работающими с момента начала генерации до ее окончания. Для ограничения распространения излучения за пределы обрабатываемых материалов лазеры III, IV классов оснащают экранами, изготовленными из огнестойкого, неплавящегося и светопоглощающего материала. Лазеры IV класса устанавливают в отдельных помещениях с матовой отделкой внутренних поверхностей ограждающих конструкций и дверью, имеющей блокировку. Управление такими лазерами должно быть дистанционным.

Установлены предельно допустимые уровни (ПДУ) лазерного излучения в виде энергетической экспозиции облучаемых тканей, выраженной в Дж/см2. ПДУ определены отдельно для глаз и кожи с учетом области спектра, а также характера генерации излучения (импульсно или непрерывно). Для работающего с лазерами персонала следует проводить предварительный и периодический (ежегодно) медицинский осмотр. При эксплуатации лазеров II...IV классов обязательно использование средств индивидуальной защиты глаз, а IV класса — и защитных масок. В зависимости от длины волны излучения к очкам подбирают стекла (оранжевого, сине-зеленого цвета или бесцветные).

Лазерное излучение. Лазер, или оптический квантовый генератор, - это генератор электромагнитного излучения оптического диапазона, основанный на использовании вынужденного (стимулированного) излучения.
В зависимости от характера активной среды лазеры подразделяются на твердотелые (на кристаллах или стеклах), газовые, лазеры на красителях, химические, полупроводниковые и др.
По степени опасности лазерного излучения для обслуживающего персонала лазеры подразделяются на четыре класса:
класс I (безопасные) - выходное излучение не опасно для глаз;
класс II (малоопасные) - опасно для глаз прямое или зеркально отраженное излучение;
класс III (среднеопасные) - опасно для глаз прямое, зеркально, а также диффузно отраженное излучение на расстоянии 10 см от отражающей поверхности и (или) для кожи прямое или зеркально отраженное излучение;
класс IV (высокоопасные) - опасно для кожи диффузно отраженное излучение на расстоянии 10 см от отражающей поверхности.
Классификация определяет специфику воздействия излучения на орган зрения и кожу. В качестве ведущих критериев при оценке степени опасности генерируемого лазерного излучения приняты величина мощности (энергии), длина волны, длительность импульса и экспозиции облучения.
Лазеры широко применяются в различных областях про¬мышленности, науки, техники, связи, сельском хозяйстве, медицине, биологии и др.
Работа с лазерами в зависимости от конструкции, мощности и условий эксплуатации может сопровождаться воздействием на персонал неблагоприятных производственных факторов, которые разделяют на основные и сопутствующие. К основным факторам относятся прямое, зеркально и диффузно отраженное и рассеянное излучения. Степень выра-женности их определяется особенностями технологического процесса. К сопутствующим относится комплекс физических и химических факторов, возникающих при работе лазеров, которые имеют гигиеническое значение и могут усиливать неблагоприятное действие излучения на организм, а в ряде случаев имеют самостоятельное значение. Поэтому при оценке условий труда персонала учитывают весь комплекс факторов производственной среды.
Действие лазеров на организм зависит от параметров излучения (мощности и энергии излучения на единицу облучаемой поверхности, длины волны, длительности импульса, частоты следования импульсов, времени облучения, площади облучаемой поверхности), локализации воздействия и ана-томо-физиологических особенностей облучаемых объектов.
Действие лазерных излучений наряду с морфофункцио-нальными изменениями тканей непосредственно в месте облучения вызывает разнообразные функциональные изменения в организме: в центральной нервной, сердечно-сосудистой, эндокринной системах, которые могут приводить к нарушению здоровья. Биологический эффект воздействия ла-зерного излучения усиливается при неоднократных воздействиях и при комбинациях с другими неблагоприятными производственными факторами.
Предельно допустимые уровни лазерного излучения регламентированы Санитарными нормами и правилами устройства и эксплуатации лазеров № 5804-91, которые позволяют разрабатывать мероприятия по обеспечению безопасных условий труда при работе с лазерами. Санитарные нормы и правила позволяют определять величины ПДУ для каждого режима работы, участка оптического диапазона по специальным формулам и таблицам. Нормируется и энергетическая экспозиция облучаемых тканей.
Предупреждение поражений лазерным излучением включает систему мер инженерно-технического, планировочного, организационного, санитарно-гигиенического характера.
При использовании лазеров II-III классов для исключения облучения персонала необходимо либо ограждение лазерной зоны, либо экранирование пучка излучения.
Лазеры IV класса опасности размещают в отдельных изолированных помещениях и обеспечивают дистанционным управлением.
К индивидуальным средствам защиты, обеспечивающим безопасные условия труда при работе с лазерами, относятся специальные очки, щитки, маски, снижающие облучения глаз до ПДУ.
Работающим с лазерами необходимы предварительные и периодические (1 раз в год) медицинские осмотры терапевта, невропатолога, окулиста.

Человека – это промышленность, медицина, научные исследования, мониторинг состояния окружающей среды и др. Лазерное излучение (ЛИ), как и другие виды излучений, оказывают неблагоприятное воздействие на организм человека. Непрерывно излучающие лазеры создают интенсивность порядка $10$ Вт/см кв, а этого вполне достаточно, чтобы расплавить и испарить любой материал. Интенсивность излучения при генерации коротких импульсов достигает иногда больше $10$ Вт/см кв. Чтобы представить себе эту величину, надо отметить, что вблизи поверхности Земли интенсивность солнечного света составляет только $0,1$…$0,2$ Вт/см кв. ЛИ является оптическим когерентным излучением, которое имеет высокую направленность и большую плотность энергии.

Излучение формируется в активной среде, которая является главным элементом лазера и, чтобы она образовалась необходимо:

1. Свет нелазерных источников;
2. Разряд электричества в газах;
3. Химреакции;
4. Бомбардировку электрическим пучком и другие методы.

Оптический резонатор образуют зеркала, между которыми располагается активная среда, она может представлять твердый материал – стекло, пластмассу, рубины – может быть представлена полупроводниками, жидкостью с органическими красителями, газом и др. Лазеры могут быть импульсного и непрерывного действия.

По своим физико-техническим параметрам лазеры классифицируются:

1. Конструктивное исполнение:

   • Стационарные лазеры;
   • Лазеры передвижные;
   • Открытые лазеры;
   • Закрытые лазеры.

2. Мощность излучения:

   • Лазеры сверхмощные;
   • Мощные лазеры;
   • Лазеры средней мощности;
   • Маломощные лазеры.

3. Режим работы:

   • Лазеры непрерывного режима;
   • Импульсные лазеры;
   • Импульсные лазеры с модулированной добротностью.

4. Способ отвода тепла:

   • Лазеры с естественным охлаждением;
   • Лазеры с принудительным охлаждением водой;
   • Лазеры с принудительным охлаждением воздухом;
   • Лазеры с принудительным охлаждением специальными жидкостями.

5. Назначение:

   • Технологические лазеры;
   • Лазеры специальные;
   • Лазеры исследовательские;
   • Лазеры уникальные.

6. Метод накачки:

   • Накачка химическим возбуждением;
   • Накачка пропусканием высокочастотного тока;
   • Пропусканием импульсного тока;
   • Пропусканием постоянного тока;
   • Накачка импульсным светом;
   • Накачка постоянным светом.

7. Длина генерируемой световой волны :

   • Инфракрасные лазеры;
   • Лазеры видимого света;
   • Ультрафиолетовые лазеры;
   • Рентгеновские лазеры;
   • Субмиллиметровые лазеры.

8. По активному элементу:

   • Газодинамические лазеры;
   • Твердотельные лазеры;
   • Полупроводниковые лазеры;
   • Лазеры жидкостные;
   • Лазеры газовые.

Лазерное излучение и организм человека

Все лазеры, исходя из степени их опасности для работающих, делят на 4 класса:

1. Не представляющие для кожи человека и его глаз опасности излучения;
2. Как прямое, так и зеркально отраженное излучение представляет большую опасность для глаз;
3. Все три излучения – прямое, зеркально отраженное и диффузно отраженное – на расстоянии $0,1$ м от отражающей поверхности, представляет опасность. Есть также опасность облучения кожи;
4. Опасность диффузно отраженным излучением на расстоянии $0,1$ м от диффузно отражающей поверхности.

В организме человека лазерное излучение может вызвать патологические изменения, расстройство органов зрения, ЦНС и вегетативной системы. Лазерное излучение оказывает негативное влияние на внутренние органы человека – печень, почки, спинной мозг и др. Возникающие поверхностные ожоги – основной патофизиологический эффект облучения .

Лазеры $II$, $ III$, $IV$ классов в обязательном порядке маркируют знаками лазерной опасности и снабжают сигнальными устройствами на весь период работы. Чтобы излучение не распространилось за пределы обрабатываемых материалов $III$ и $IV$ класс лазеров оснащают специальными экранами. Для их производства используют огнестойкий, неплавящийся, светопоглощающий материал. Управление такими лазерами дистанционное.

Для лазерного излучения установлены предельно допустимые уровни . Определены эти уровни с учетом области спектра отдельно для глаз и кожи. Работающие с лазером должны проходить как предварительный, так и ежегодный медицинский осмотр. Для лазеров $II$…$IV$ классов работники должны использовать индивидуальную защиту глаз, а для $IV$ класса – защитные маски. В зависимости от длины волны излучения стекла защитных очков могут быть бесцветные или оранжевого, сине-зеленого цвета.

Все опасности лазерного излучения делят на первичные – лазерная установка и вторичные – в процессе взаимодействия лазерного излучения и мишени.

1. Первичные факторы вредности:

   • Прямое лазерное излучение;
   • Электрическое напряжение;
   • Световое излучение;
   • Акустический шум;
   • Вибрация вспомогательного оборудования;
   • Газы, загрязняющие воздух, выделяющиеся из узла установки;
   • Рентгеновское излучение при напряжении выше $15$ кВ.

2. Вторичные факторы вредности:

   • Отраженное лазерное излучение;
   • Аэродисперсные системы;
   • Акустические шумы;
   • Излучение плазменного факела.

Нормирование лазерного излучения

К нормированию лазерного излучения существует два научно обоснованных подхода:

1. Первый касается повреждающих эффектов тканей или органов непосредственно в месте облучения;
2. Второй подход касается выявляемых изменений систем и органов, которые не подвергались непосредственному воздействию.

В основе гигиенического нормирования лежат критерии биологического действия.

Исходя из этого, диапазон лазерного излучения разделили на области:

1. Область ультрафиолета – от $0,18$ - $0,38$ мкм;
2. Видимая область – $0,38$ - $0,7$5 мкм;
3. Инфракрасная ближняя область – $0,75$ - $1,4$ мкм;
4. Инфракрасная дальняя область – свыше $1,4$ мкм.

Замечание 2

Обоснование гигиенических нормативов затруднено по той причине, что диапазон длин волн широкий, параметры лазерного излучения и биологические эффекты разнообразны. На экспериментальную и клиническую проверку необходимо время и средства, поэтому для уточнения и разработки предельно допустимых уровней ЛИ используют математическое моделирование.

Математические модели , безусловно, учитывают характер распределения энергии и абсорбционные характеристики облучаемых тканей. При определении и уточнении ПДУ ЛИ использовался метод математического моделирования основных физических процессов. Он вошел в последнюю редакцию санитарных норм и правил устройства и эксплуатации лазеров – СНиП № 5804-91 .

Разработанные нормы учитывали результаты научных исследований и основных положений документов:

1. СаНиП устройства и эксплуатации лазеров № 2392-8 1;
2. Стандарт МЭК (первое издание, $1984$ г.);
3. Изменения к стандарту Международной электротехнической комиссии ($1987 $г., публикация $825$).

Данные нормы подлежат применению и это засвидетельствовано Письмом Роспотребнадзора от $16$.$05$.$2007$ № 0100/4961-07-32 . Предельно допустимые уровни лазерного излучения устанавливают правила № 5804-91 .

Они же устанавливают требования относительно:

1. Устройств и эксплуатации лазеров;
2. Производственных помещений, размещения оборудования и рабочих мест;
3. Требований к персоналу;
4. Состояния производственной сферы;
5. Применения средств защиты;
6. Медицинского контроля.