Безопасность лазерного излучения

Уникальные свойства лазерного излучения, к кото­рым относятся: монохроматичность, непосредственно связанная с высокой степенью когерентности, мощность (энергия) и направленность, непрерывно расширя­ют сферу его использования. В зависимости от того, какие свойства лазерного излучения используются для достижения поставленной цели, можно условно выде­лить три направления его применения. Первое направление предусматривает использование энергетичес­ких характеристик излучения, благодаря которым излучение вызывает нагрев облучаемого материала и в необходимых случаях приводит к изменению его агре­гатного состояния. Второе направление предусматривает использование таких свойств излучения, как про­странственная и временная когерентность, монохрома­тичность и стабильность частоты. Третье направление предусматривает использование направленности из­лучения. По мере развития лазерной техники и техно­логии наблюдается тенденция увеличения энергети­ческих и расширение частотных характеристик лазерного излучения. Цель использования лазера (назначе­ние) определяет выбор основных технических характе­ристик лазера и требования к его конструкции.

При работе с лазерной техникой на обслуживающий персонал может воздействовать комплекс опасных и вредных производственных факторов. Количественные и качественные характеристики неблагоприятных производственных факторов зависят от физико-химических свойств обрабатываемого материала и простран­ственно-энергетических характеристик лазерного излучения.

Опасные и вредные производственные факторы, определяющие условия труда операторов лазерных установок, условно разделяют на первичные и вторич­ные. К первичным относят факторы, источником образования которых является непосредственно лазер­ная установка, к вторичным — факторы, образующиеся при воздействии лазерного излучения на обрабатывае­мый материал.

При эксплуатации и разработке лазерных изделий необходимо учитывать также возможность взрывов и пожаров при попадании лазерного излучения на горючие материалы.

Для лазерных технологических установок наиболее значимыми из неблагоприятных производственных факторов являются отраженное лазерное излучение, импульсный шум и загрязнение воздуха вредными веществами, образующимися при нагревании и разруше­нии (испарении) обрабатываемого материала.

Шум лазерных установок имеет широкий частотный спектр; эквивалентный уровень звука лазерных устано­вок на 15...20 дБА ниже уровня звука в импульсе; уровни звукового давления в отдельных импульсах длительнос­тью порядка миллисекунды могут достигать 100...120 дБ. Основное количество вредных веществ поступает в воздух рабочей зоны в виде аэрозольных частиц с аэродинамическим диаметром меньше 10 мкм, представ­ляющих наибольшую опасность для органов дыхания.

При проведении ремонтно-профнлактических и пусконаладочных работ можно ожидать наличия дополнительных неблагоприятных факторов, характе­ристики которых зависят от конструктивных особеннос­тей лазерного оборудования.

Наибольшую опасность лазерное излучение представ­ляет для глаз и кожи. Вместе с тем лазерное излучение может вызывать в организме человека различные патологические изменения, функциональные рас­стройства центральной нервной, сердечно-сосудистой и вегетативной систем, а также влиять на различные внутренние органы.

 

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.

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

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

Для определения предельно допустимых уровней энергетической экспозиции НПДУ и облученности ЕПДУ при воздействии лазерного излучения на кожу усредне­ние производится по ограничивающей апертуре диамет­ром 1,1 х10-3 м (площадь апертуры Sа = 10-6 м2).

Для определения предельно допустимых уровней НПДУ и ЕПДУ при воздействии на глаза лазерного излучения в диапазонах I и III усреднение производится по ограничивающей апертуре диаметром 1,1х10-3 м, а в диапазоне II — по апертуре диаметром 7х10-7 м.

Наряду с энергетической экспозицией и облученнос­тью нормируемыми параметрами являются также энергия W и мощность P излучения, прошедшего через указанные ограничивающие апертуры.

НПДУ = WПДУ / Sа, EПДУ = PПДУ / Sа

где: WПДУ и РПДУ – предельно допустимые уровни соответственно энергии и мощности.

Параметры НПДУ, EПДУ и WПДУ, РПДУ могут использоваться каждый в отдельности в соответствии с решаемой задачей.

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

В СанПиН-лазер приведе­ны соотношения для определения ПДУ при однократном воздействии на глаза и кожу одиночных импульсов коллимированного или диффузного лазерного излуче­ния, а также поправки для учета хронического воз­действия повторяющихся импульсов и углового размера источников диффузного излучения.

Инструментом, позволяющим определять основные направления работы по нормализации условий труда операторов лазерных установок, является классифика­ция лазеров по степени опасности генерируемого ими излучения. Определение класса опасности основано на учете его выходной энергии (мощности) и предельно допустимых уровней при однократном воздействии генерируемого излучения. Лазеры по степени опасности подразделяют на четыре класса.

К лазерам I класса относят полностью безопасные лазеры, т.е. такие лазеры, выходное (коллимированное) излучение которых не представляет опасности при облучении глаз и кожи.

Лазеры II класса - это лазеры, выходное излучение которых представляет опасность при облучении глаз или кожи человека коллимированным пучком (опасность при облучении кожи существует только в I и III спек­тральных диапазонах). Диффузно отраженное излучение безопасно как для кожи, так и для глаз во всех спек­тральных диапазонах.

К лазерам III класса относят такие лазеры, выходное излучение которых представляет опасность при облуче­нии глаз не только коллимированным, но и диффузно отраженным излучением на расстоянии 10 см от отража­ющей поверхности и (или) при облучении кожи коллими­рованным излучением. Диффузно отраженное излучение не представляет опасности для кожи. К этому классу относят лазеры, генерирующие излучение в спектраль­ном диапазоне II.

Лазеры IV класса включают такие лазеры, диффузно отраженное излучение которых, представляет опасность для глаз и кожи на расстоянии 10 см от отражающей поверхности.

Лазеры классифицирует предприятие-изготовитель по выходным характеристикам излучения расчетным методом.

Класс опасности лазерного изделия определяется классом используемого в нем лазера.

 

Лазеры и лазерные изделия любого класса должны иметь маркировку в соответствии с требованиями СанПиН-лазер.

Безопасность на рабочих местах при эксплуатации лазерных изделий должна обеспечиваться конструкцией изделия. В пределах рабочей зоны уровни воздействия лазерного излучения и других неблагоприятных произво­дственных факторов не должны превышать значений, установленных действующими нормативными докумен­тами.

При изменении потребителями технических парамет­ров лазерного изделия, влияющих на характер его работы или выполняемые им функции, лицо или органи­зация, осуществляющие эти изменения, несут ответствен­ность за проведение повторной классификации и изменение надписей на лазерном изделии.

Лазерные изделия 111—IV классов до начала их эксплуатации должны быть приняты комиссией, назна­ченной администрацией учреждения, с обязательным включением в ее состав представителей санитарного надзора.

Комиссии должна быть представлена следую­щая документация:

• паспорт на лазерное изделие;

• инструкция по эксплуатации и технике безопаснос­ти;

• утвержденный план размещения лазерных изделий;

• санитарный паспорт.

В паспорте (формуляре) на лазерное изделие должно быть указано;

• длина волны излучения;

• выходная мощность (энергия);

• длительность импульса;

• частота следования импульсов;

• длительность серии импульсов;

• начальный диаметр пучка излучения по уровню ехр(-2);

• расходимость пучка излучения по уровню ехр(-2);

• класс опасности лазера;

• максимальный уровень излучения в рабочей зоне;

• безопасные расстояния (граница лазерно-опасной зоны);

• используемые средства защиты;

• сопутствующие опасные и вредные факторы

Дозиметрический контроль (дозиметрия) лазерного излучения должен оценивать те характеристики излуче­ния, которые определяют его способность вызывать неблагоприятные биологические эффекты на основе сопоставления их с нормируемыми величинами.

Различают две формы дозиметрического контроля: предупредительный (оперативный) и индивидуальный

 

Предупредительный дозиметрический контроль заключается в определении максимальных уровней энергетических параметров лазерного излучения на границе рабочей зоны.

Индивидуальный дозиметрический контроль заклю­чается в измерении уровней энергетических параметров излучения, воздействующего на глаза (кожу) конкретно­го работающего в течение рабочего дня.

Предупредительный контроль проводится в соот­ветствии с регламентом, утвержденным администрацией предприятия, но не реже одного раза в год в порядке текущего санитарного надзора, а также в следующих случаях:

• при приемке в эксплуатацию новых лазерных изделий II—IV классов;

• при внесении изменений в конструкцию действую­щих лазерных изделий;

• при изменении конструкции средств коллективной защиты;

• при проведении экспериментальных и наладочных работ;

• при аттестации рабочих мест;

• при организации новых рабочих мест.

Индивидуальный дозиметрический контроль прово­дят при работе на открытых лазерных установках (экспериментальные стенды), а также в тех случаях, когда не исключено случайное воздействие лазерного излучения на глаза или кожу.

Таким образом, задача дозиметрии сводится к определению максимального значения степени опасности излучения и на этой основе выбору методов и средств обеспечения безопасных условий труда.

Средства защиты должны снижать уровни лазерного излучения, действующего на человека, до величин ниже ПДУ. Они не должны уменьшать эффективность технологического процесса и работоспособность человека.Ихзащитные характеристики должны оставаться неизмен­ными в течение установленного срока эксплуатации. Выбор средства защиты в каждом конкретном случае осуществляется с учетом требований безопасности для данного процесса.

Средства коллективной защиты (СКЗ) должны соответствовать требованиям ГОСТ 12.4.011—89 и ГОСТ 12.2.049-80.

Средства индивидуальной защиты (СИЗ) применяют­ся при проведении пусконаладочных и ремонтных работ, работ с открытыми лазерными изделиями типа лидара и т.п. Средства индивидуальной защиты должны соответствовать требованиям ГОСТ 12.4.011-89 и маркироваться в соответствии с ГОСТ 12.4.115—82.

Средства индивидуальной защиты от лазерного излучения включают в себя средства защиты глаз и лица (защитные очки, щитки, насадки), средства защиты рук, специальную одежду.

При выборе СИЗ необходимо учитывать: рабочую длину волны излучения; оптическую плотность свето­фильтра.

Защитные лицевые щитки необходимо применять в тех случаях, когда лазерное излучение представляет опасность не только для глаз, но и для кожи лица.

При настройке резонаторов газовых лазеров, работающих в видимой области спектра, для защиты глаз следует применять защитные насадки (ЗН). Защит­ные насадки могут использоваться самостоятельно или в сочетании с оптическими устройствами, такими как диоптрийная трубка

Необходимо помнить, что оптическая плотность светофильтра зависит от его толщины. Поэтому сведе­ния, приведенные в табл. 5-9, должны рассматриваться как рекомендации по выбору материала светофильтра. Конкретная толщина светофильтра должна обеспечивать необходимую оптическую плотность.

К персоналу, связанному с эксплуатацией лазерной техники, предъявляются повышенные требования как в части профессионального отбора, так и в части обучения и проверки знаний по охране труда. Персонал, допускае­мый к работе с лазерными изделиями, должен пройти предварительный медицинский осмотр, инструктаж и специальное обучение безопасным приемам и методам работы.

Персонал, обслуживающий лазерные изделия, обязан изучить техническую документацию, инструкцию по эксплуатации, ознакомиться со средствами защиты и инструкцией по оказанию первой помощи при несчас­тных случаях. Особое внимание необходимо уделять защите глаз, так как воздействие лазерного излучения может приводить к необратимым последствиям — слепоте. Поэтому в случае подозрения или очевидного облучения глаз лазерным излучением следует немедленно обратиться к врачу для специального обследования.

Кроме межотраслевых нормативных документов в настоящее время в ряде отраслей экономики действуют отраслевые стандарты, методические указания и другие нормативные документы, учитывающие специфику конкретных работ. В ряде случаев наблюдается тенден­ция прямого применения международных стандартов МЭК. Однако при использовании в практической работе международных стандартов и рекомендаций нельзя забывать, что требования безопасности, предъявляемые к лазерным изделиям, определяются классом опасности используемого лазера. Различие в классификациях при­водит к различию требований безопасности. Поэтому при внедрении лазерной техники в отечественной промышленности необходимо руководствоваться СанПиН-лазер, а при экспорте лазерной техники — международны­ми стандартами и рекомендациями.

Следует отметить, что оценка результатов дозиметри­ческого контроля лазерного излучения, классификация лазеров, расчет границы лазерно-опасной зоны, подго­товка санитарного паспорта на лазерное изделие требуют выполнения достаточно сложных и трудоемких расчетов. Для выполнения таких расчетов целесообразно использовать ПЭВМ. Существенную помощь в выполне­нии указанных работ может оказать программа "Инспектор-6", являющаяся самостоятельным Windows приложе­нием.