Лазерное излучение

Лазерное излучение (особенно дальней ин­фракрасной области спектра) способно проникать через ткани тела и взаимодействовать с биологиче­скими структурами на значительной глубине, по­ражая внутренние органы. Механизм образования повреждений объясняется тепловым действием сфокусированного излучения или влиянием удар­ной волны.

Важной особенностью воздействия лазерного излучения на внутренние органы является чередо­вание поврежденных и неповрежденных слоев тка­ней. Согласно одной из гипотез, это явление свя­зано с эффектом стоячих волн, которые образуют­ся в результате отражения падающего излучения от костных поверхностей или границ между различ­ными тканями. Поврежденные участки ткани сов­падают с пучностями, где плотность потока энер­гии возрастает по сравнению с плот­ностью потока энергии падающего излучения. По­добные повреждения могут не вызывать боли непосредственно после облучения и не выявляться при внешнем осмотре.

Наибольшую опасность для внутренних органов представляет сфокусированное лазерное излуче­ние. Однако необходимо учитывать, что и не сфо­кусированное излучение может фокусироваться в глубине ткани тела человека. Степень повреждения внутренних органов в значительной мере опреде­ляется интенсивностью потока излучения и цветом окраски органа. Так, печень является одним из наиболее  уязвимых внутренних органов. Тяжесть повреждения внутренних органов также зависит от длины волны падающего излучения. Наибольшую опасность представляют излучения с длинами волн, близкими к спектру поглощения химических связей органических молекул, входящих в состав биологических тканей.

2.4 Воздействие лазерного излучения на организм в це­лом

В опытах на животных и при клиническом об­следовании лиц, работающих с лазерами и подвер­гающихся воздействию малых доз излучения, по­казана возможность неблагоприятного действия лазерного излучения и на организм в целом.

У части работающих наблюдаются патологиче­ские изменения, проявляющиеся в виде функцио­нальных расстройств в деятельности центральной нервной системы, что выражается в повышенной возбудимости нервных процессов, наличии сдви­гов в стволовых структурах мозга и т. п. Имеют ме­сто также явления вегетативно-сосудистой дис­функции, нарушения сердечнососудистой системы. Это проявляется в неустойчивости артериаль­ного давления крови, повышенной потливости, склонности пульса к замедлению.

У операторов лазерных установок иногда наблю­дают повышенную раздражительность, утомляе­мость глаз и всего организма. Имеются данные об определенных изменениях в показателях перифери­ческой крови, выражающихся в общем уменьшении клеточных элементов и в первую очередь гемоглоби­на, тромбоцитов, эритроцитов и лейкоцитов.

Экспериментальные данные показывают, что с помощью микровоздействия низкоэнергетического излучения газовых лазеров оказывается возмож­ным направленно изменить внутриклеточные био­химические процессы; в одних случаях стимулиро­вать эти процессы, в других — вызывать их тормо­жение. Так, замечено, что в определенных дозах красное монохроматическое излучение гелий-не­онового лазера действует как биологический сти­мулятор, вызывая повышение регенеративной спо­собности тканей. Облучение глаз лазерным излуче­нием сопровождается развитием дистрофических изменений в коре головного мозга.

Все это свидетельствует о том, что у людей, ра­ботающих с лазерными установками, могут возни­кать как патологические изменения, обусловлен­ные тепловым механизмом действия излучения, так и различного характера функциональные изме­нения, обусловленные скрытыми биологическими эффектами. Чаще жалуются специалисты, рабо­тающие с излучением видимого диапазона в усло­виях малой освещенности, при сравнительно про­должительных воздействиях излучений на глаза, в тесных, мало приспособленных для проведения со­ответствующих работ помещениях.

В ряде случаев функциональные нарушения самостоятельно не проходят и требуют медицин­ского вмешательства. Несомненно, большое зна­чение в уменьшении неблагоприятного действия лазерного излучения на организм имеет строгое соблюдение соответствующих инструкций, пра­вил и рекомендаций по технике безопасности при работе с лазерами.

3. НОРМИРОВАНИЕ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

    В качестве ведущих критериев при оценке степени опасности генерируемого лазерного излучения приняты величина мощности (энергии), длина волны, длительность импульса и экспозиция облучения.

Основным документом, регламентирующим требования безопасности при эксплуатации лазерных установок, являются "Санитарные нормы и правила устройства и эксплуатации ла­зеров" № 5804—91 (СанПиН-лазер). Этот документ устанав­ливает:

      предельно допустимые уровни (ПДУ) лазерного излучения в диапазоне длин волн 180...105 нм при различных условиях воздействия на человека;

      классификацию лазеров по степени опасности генерируемо­го ими излучения;

      требования к устройству и эксплуатации лазеров; 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.

А также ГОСТ 24713-81 "Методы измерений параметров лазерного излучения. Классификация"; ГОСТ 24714-81 "Лазеры. Методы измерения параметров излучения. Общие положения"; ГОСТ 12.1.040-83 "Лазерная безопасность. Общие положения"; ГОСТ 12.1.031 -81 "Лазеры. Методы дозиметрического контроля лазерного излучения".

Предупреждение поражений лазерным излучением включает систему мер инженерно-технического, планировочного, организационного, санитарно-гигиенического характера.

При использовании лазеров II-III классов в целях исключения облучения персонала необходимо либо ограждение лазерной зоны, либо экранирование пучка излучения. Экраны и ограждения должны изготавливаться из материалов с наименьшим коэффициентом отражения, быть огнестойкими и не выделять токсических веществ, при воздействии на них лазерного излучения.

Лазеры IV класса опасности размещаются в отдельных изолированных помещениях и обеспечиваются дистанционным управлением их работой.

При размещении в одном помещении нескольких лазеров следует исключить возможность взаимного облучения операторов, работающих на различных установках. Не допускаются в помещения, где размещены лазеры, лица, не имеющие отношения к их эксплуатации. Запрещается визуальная юстировка лазеров без средств защиты.

Для удаления возможных токсических газов, паров и пыли оборудуется приточно-вытяжная вентиляция с механическим побуждением. Для защиты от шума принимаются соответствующие меры звукоизоляции установок, звукопоглощения и др.

К индивидуальным средствам защиты, обеспечивающим безопасные условия труда при работе с лазерами, относятся специальные очки, щитки, маски, обеспечивающие снижение облучения глаз до ПДУ.

Выше отмечалось, что наибольшую опасность лазерное из­лучение представляет для глаз. Особенно опасно для глаз лазер­ное излучение видимого и ближнего инфракрасного диапазонов спектра, что обусловлено фокусировкой глазом излучения на поверхности сетчатой оболочки. Параллельный пучок фокуси­руется оптической системой глаза в минимальное пятно диа­метром приблизительно 17 мкм, соответствующее разрешаю­щей способности глаза. В такое же пятно будет сфокусировано изображение источника диффузного излучения с видимым уг­ловым размером 1 мрад*. Размер изображения протяженного источника зависит от видимого углового размера.

Источники диффузного излучения с видимым угловым раз­мером менее 1 мрад называют точечными, а с угловым размером более 1 мрад — протяженными.

Для лазерного излучения любой длины волны негативные последствия воздей­ствия обусловлены тепловым механизмом, а для УФ-излучения существенным оказывается и фотохимический механизм. Теп­ловое действие излучения определяется плотностью потока из­лучения на поверхности облучаемой ткани, а фотохимическое действие излучения — суммарной энергетической экспозицией.

Предельно допустимые уровни лазерного излучения установ­лены для однократного и хронического облучения в трех диапа­зонах длин волн: I — от 180 до 380 нм; II — св. 380 до 1400 нм; III - св. 1400 до 105 нм.

Лазерное излучение с длиной волны от 380 до 1400 нм наи­большую опасность представляет для сетчатой оболочки глаза, а излучение с длиной волны от 180 до 380 нм и свыше 1400 нм — для передних сред глаза. Повреждение кожи может быть вызва­но лазерным излучением любой длины волны рассматриваемого спектрального диапазона (180...105 нм).

Нормируемыми параметрами лазерного излучения являют­ся энергетическая экспозиция Н и облученность Е, усреднен­ные по ограничивающей апертуре.

Для определения предельно допустимых уровней Нпду при воздействии лазерного излучения на кожу усреднение произ­водится по ограничивающей апертуре диаметром 1,1 • 10 м (пло­щадь апертуры Sa = 10 м2). Для определения предельно до­пустимых уровней Нпду и -Епду при воздействии лазерного из­лучения на глаза в диапазонах I и III усреднение производится по ограничивающей апертуре диаметром 1,1 • 10~3 м, а в диапа­зоне II — по апертуре диаметром 7 • 10~3 м.

Наряду с энергетической экспозицией и облученностью, нормируемыми параметрами являются также энергия Wn мощ­ность Р излучения, прошедшего через указанные ограничиваю­щие апертуры

Средства индивидуальной защиты применяются только в том случае, когда коллективные средства защиты не позволяют обеспечить требования санитарных правил.

4. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ЗАЩИТЫ ОТ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

4.1 Коллективные средства защиты от лазерного излучения

При использовании лазеров в различных областях науки и техники  и особенно в машиностроении персонал может подвергаться воздействию лазерного излучения: во время сварки различных металлов и сплавов; при получении отверстий в металлах, сверхтвердых материалах и кристаллах; в процессе резки металлов, тканей, пластмасс и т.п.

Все это приводит к необходимости организации защиты персонала от воздействия лазерного излучения, т. е. обеспечение лазерной безопасности.

Лазерная безопасность – совокупность технических, санитарно-гигиенических и организационных мероприятий, обеспечивающих безопасные условия труда. Поэтому защиту от лазерного излучения осуществляют техническими, организационными и лечебно-профилактическими методами и средствами. Способы защиты подразделяются на коллективные и индивидуальные (ГОСТ 12.4.011 – 89),  их маркировка  по ГОСТ 12.4.115 - 82 .

Коллективные средства защиты включают:

      защитные экраны (кожухи), препятствующие попаданию лазерного излучения на рабочие места, экраны должны поглощать излучение основной длины волны и оставаться прозрачными на остальном участке спектра;

      размещение пульта управления лазерной установкой в отдельном помещении с телевизионной системой наблюдения за ходом процесса;

      экранирование света импульсных ламп накачки и ультрафиолетового излучения газового разряда;

      систему блокировок и сигнализации, предотвращающих доступ персонала во время работы лазера в пределы лазерно опасной зоны;

      перегородки из непроницаемого для лазерного излучения материала;

      окраску внутренних поверхностей помещений, а также находящихся в них предметов в матовый цвет с минимальным коэффициентом отражения.

Основной принцип, которым следует руководствоваться при выборе помещений и установки в них лазеров, должен сво­диться к тому, чтобы полностью исключить возможность слу­чайного поражения (в особенности глаз прямым или отражен­ным излучением лазера) как непосредственно людей, работаю­щих с ним, так и посторонних. Учитывая это, рекомендуется размещать лазеры в специально отведенных для них помещени­ях или местах. Само помещение, оборудование и предметы, на­ходящиеся в нем, не должны иметь зеркальных поверхностей, способных отражать излучение лазера. Специальная аппарату­ра, имеющая зеркальные поверхности и не относящаяся к самому лазеру, должна располагаться в помещении таким образом, чтобы исключалась возможность попадания на него лазерного луча. Ес­ли по характеру работы используются легко воспламеняющие­ся, взрывоопасные, летучие вещества, вредно действующие на организм и т. д., то помещение должно быть оборудовано соот­ветствующим образом (например, при работе с вредными хими­ческими веществами иметь вытяжные шкафы).

Стены помещений для установки лазеров должны окрашиваться в матовые тона с коэффициентом отражения не более 0,4. Искусственное освещение в помещении должно быть комбинированным и обеспечивать освещенность, соответствующую санитарным нормам. В помещение или в зону помещения с действующими лазер­ными установками должен быть ограничен доступ лиц, не имеющих отношение к работе установок.

Лазерная установка должна быть максимально экранирована:

а) лазерный луч целесообразно передавать к мишени по волноводу (све­товоду) или по огражденному экранному пространству;

б) линзы, призмы и другие с твердой зеркальной поверхностью предметы на пути луча должны снабжаться блендами;

в) в конце луча следует устанавли­вать диафрагмы, экраны, предупреждающие отражение от мишени в стороны на большие расстояния.