Лазерное излучение — это электромагнитные излучения с длиной волны 0,2...1000 мкм: от 0,2 до 0,4 мкм — ультрафиолетовая область; свыше 0,4 до 0,75 мкм — видимая область; свыше 0,75 до 1 мкм — ближняя инфракрасная область; свыше 1,4 мкм — дальняя инфракрасная область.
Источниками лазерного излучения являются оптические квантовые генераторы — лазеры, которые нашли широкое применение в науке, технике, технологии (связи, локации, измерительной технике, голографии, разделении изотопов, термоядерном синтезе, сварке, резке металлов и т.п.).
Лазерное излучение характеризуется исключительно высоким уровнем концентрации энергии: плотность энергии — 1010...1012 Дж/см3; плотность мощности — 1020..1022 Вт/см3. По виду излучения оно разделяется на прямое (заключенное в ограниченном телесном угле); рассеянное (рассеянное от вещества, находящегося в составе среды, сквозь которую проходит лазерный луч); зеркально отраженное (отраженное от поверхности под углом, равным углу падения луча); на диффузно отраженное (отражается от поверхности по всевозможным направлениям).
В процессе эксплуатации лазерных установок обслуживающий персонал может подвергнуться воздействию большой группы физических и химических факторов опасного и вредного воздействия. Наиболее характерными при обслуживании лазерной установки являются следующие факторы: а) лазерное излучение (прямое, рассеянное или отраженное); б) ультрафиолетовое излучение, источником которого являются импульсивные лампы накачки или кварцевые газоразрядные трубки; в) яркость света, излучаемого импульсивными лампами или материалом мишени под воздействием лазерного излучения; г) электромагнитные излучения диапазона ВЧ и СВЧ; д) инфракрасное излучение; ж) температура поверхностей оборудования; з) электрический ток цепей управления и источника питания; и) шум и вибрации; к) разрушение систем накачки лазера в результате взрыва; л) запыленность и загазованность воздуха, происходящие в результате воздействия лазерного излучения на мишень и радиолиза воздуха (выделяются озон, окислы азота и другие газы).
Одновременность воздействия этих факторов и степень их проявления зависят от конструкции, характеристики установки и особенностей выполняемых с ее помощью технологических операций. В зависимости от потенциальной опасности обслуживания лазерных установок они подразделены на четыре класса. Чем выше класс установки, тем выше опасность воздействия излучения на персонал и тем большее число факторов опасного и вредного воздействия проявляется одновременно.
Если для 1-го класса опасности лазерной установки обычно характерна лишь опасность воздействия электрического поля, то для 2-го класса характерна еще и опасность прямого и зеркального отраженного излучения; для 3-го класса — еще и опасность диффузного отражения, ультрафиолетового и инфракрасного излучения, яркости света, высокой температуры, шума, вибраций, запыленности и загазованности воздуха рабочей зоны.
Лазерная установка 4-го класса опасности характеризуется полным наличием потенциальных опасностей, перечисленных выше.
В качестве основных критериев для нормирования лазерных излучений избрана степень изменения, происходящего под их влиянием в органах зрения и кожи человека. Безопасность при работе с лазерами оценивается вероятностью достижения того или иного патологического эффекта, определяемой:
где Рбез — вероятность безопасности работы с лазером в конкретных условиях; РПат — фактический патологический эффект, измеренный при воздействии лазерного излучения.
В настоящее время доказано, что при воздействии лазерного излучения (особенно при разовом) существует однозначная связь между количественным показателем интенсивности воздействия поля и производимым им эффектом.
В целях обеспечения безопасных условий труда персонала установлены предельно допустимые уровни (ПДУ) лазерного излучения, которые при ежедневном воздействии на человека не вызывают в процессе работы или в отдаленные сроки отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами медицинских исследований.
1 — лазер, 2 — бленда, 3 — линза, 4 — диафрагма, 5 — мишень
Биологические эффекты воздействия лазерного излучения зависят не только от энергетической экспозиции, поэтому ПДУ лазерного излучения установлены с учетом длины волны излучения, длительности импульсов, частоты их повторения, времени воздействия и площади облучаемых участков, а также от биологических и физико-химических особенностей облучаемых тканей и органов.
Контроль уровней опасных и вредных факторов при эксплуатации лазеров проводится периодически (не реже одного раза в год), при приеме новых установок, при изменении конструкции лазерной установки или средств защиты, при организации новых рабочих мест.
В зависимости от класса лазерной установки используются различные защитные средства, включающие порядок эксплуатации установки, определенные «Санитарными нормами и правилами устройства и эксплуатации лазеров».
Комплекс мер, обеспечивающих безопасность работы с лазером, включает технические, санитарно-гигиенические и организационные мероприятия и направлен на предотвращение облучения персонала уровнями, превышающими ПДУ.
Достигается это обеспечением лазеров приспособлениями, исключающими воздействие прямого и отраженного излучения (экраны); использованием средств дистанционного управления, сигнализации и автоматического отключения; созданием специальных помещений для работ с лазером, их правильной компоновкой с обеспечением необходимого свободного пространства, систем контроля уровней облучения; оборудованием рабочих мест местной вытяжной вентиляцией.
В качестве экранирующих устройств от прямого и отраженного излучения на пути луча устанавливают бленды, а возле облучаемого объекта — диафрагмы.
К обслуживанию лазеров допускаются лица не моложе 18 лет, не имеющие медицинских противопоказаний, прошедшие инструктаж и обученные безопасным методам работы (имеют соответствующую квалификационную группу по технике безопасности).
В процессе эксплуатации установок на администрацию возложены обязанности контроля за безопасным ведением работ, а также предотвращение использования запрещенных приемов работ.
К средствам индивидуальной защиты от лазерного излучения, используемым только в комплексе со средствами коллективной защиты, относятся защитные очки и маски со светофильтрами.
Их выбор в каждом конкретном случае осуществляется с учетом длины волны генерируемого излучения.
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.
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.
Охватывающих теорию и практику защиты человека от опасных и вредных факторов во всех сферах человеческой деятельности, сохранение безопасности и здоровья в среде обитания. Эта дисциплина решает такие задачи, как идентификация негативных воздействий среды обитания; защита от опасностей или предупреждение воздействия тех или иных негативных факторов на человека; ликвидация отрицательных последствий воздействия опасных и вредных факторов; создание комфортного состояния среды обитания человека.
Основным показателем безопасности жизнедеятельности является продолжительность жизни. Развитие цивилизации, под которой мы понимаем прогресс науки, техники, экономики, индустриализацию сельского хозяйства, использование различных видов энергии, вплоть до ядерной, создание машин, механизмов, применение различных видов удобрений и средств для борьбы с вредителями, значительно увеличивает количество вредных факторов, негативно воздействующих на человека.
На протяжении всего существования человеческая популяция, развивая экономику, создавала и социально-экономическую систему безопасности. Вследствие этого, несмотря на увеличение количества вредных воздействий, уровень безопасности человека возрастал.
Воздействие человека на среду согласно законам физики вызывает ответные противодействия всех ее компонентов. Организм человека безболезненно переносит те или иные воздействия до тех пор, пока они не превышают пределы адаптации. Курс «Безопасность жизнедеятельности» предусматривает процесс познания сложных связей человеческого организма и среды обитания, в связи с чем в курсе рассматриваются:
1) безопасность в бытовой среде;
2) безопасность в производственной среде;
3) безопасность жизнедеятельности в городской среде (селитебной зоне);
4) безопасность в окружающей природной среде;
5) чрезвычайные ситуации мирного и военного времени.
Бытовая среда – это вся сумма факторов, воздействующих на человека в быту. Реакцию организма на бытовые факторы изучают такие разделы науки, как коммунальная гигиена, гигиена питания, гигиена детей и подростков.
Производственная среда – это совокупность факторов, воздействующих на человека в процессе трудовой деятельности.
Безопасность в природной среде – это одна из отраслей экологии. Экология изучает закономерности взаимодействия организмов с окружающей средой.
Лазерное излучение
Лазерное излучение: l = 0,2 - 1000 мкм.
Осн. источник - оптический квантовый генератор (лазер).Особенности лазерного излучения - монохроматичность; острая направленность пучка; когкрентность.Свойства лазерного излучения: высокая плотность энергии: 1010-1012 Дж/см2, высокая плотность мощности: 1020-1022 Вт/см2.
По виду излучение лазерное излучение подразд-ся:
Прямое излучение; рассеяное; зеркально-отраженное; диффузное.
Биологические действия лазерного излучения зависит от длины волны и интенсивности излучения, поэтому весь диапазон длин волн делится на области:
Ультрафиолетовая 0.2-0.4 мкм
Видимая 0.4-0.75 мкм
Инфракрасная:
a) ближняя 0.75-1
b) дальняя свыше 1.0
Вредные воздействия лазерного излучения.
1)термические воздевия
2)энергетические воздействия (+ мощность)
3)фотохимические воздействия
4)механическое воздействие(колебания типа ультразвуковых в облученном организме)
5)электростри (деформация молекул в поле лазерного излучения)
6)образование в пределах клетках микроволнового электромагнитного поля
Влияние лазерного излучения
на живые организмы , в том числе и организм человека, а также на окружающую среду, может быть как положительным, так и отрицательным.
Давайте сначала поговорим о положительном влиянии лазерного излучения.
На сегодняшний день во многих странах мира проходит активное внедрение лазерного излучения в практической медицине и в различных биологических исследованиях. Уникальные свойства лазерного луча позволяют использовать его в самых разнообразных областях: хирургии, терапии и медицинской диагностике. Опытным путем была доказана эффективность лазерного излучения ультрафиолетового, инфракрасного и видимого спектров для применения на небольшой пораженный участок и для воздействия на организм в целом.
Влияние лазерного излучения низкой интенсивности приводит к значительному уменьшению острых воспалительных процессов, стимулирует восстановительные процессы в организме, нормализует микроциркуляцию тканей, повышает общий иммунитет и устойчивость организма к различным заболеваниям.
На сегодняшний день доказано, что для низкоинтенсивного излучения характерно явно выраженное терапевтическое воздействие.
Лазеротерапией называется способ лечения, который основывается на использовании световой энергии лазерного излучения в медицинских целях.
Положительное влияние лазерного излучения на суставы заключается в том, что наблюдается перестройка субхондральной костной пластинки, нормализуется кровообращение в эндоосте и хрящ перестраивается в фиброзноволокнистый.
При влиянии лазерного излучения на кровь наблюдается улучшение реологических показателей крови, нормализуется кислородное снабжение тканей, меньше проявляется ишемия в тканях организма, нормализуется уровень холестерина, триглицеридов, сахара, приостанавливается высвобождение различных медиаторов воспаления, повышается общий иммунитет организма.
Что касается отрицательного влияния лазерного излучения на организм человека, то тут страдают, прежде всего, глаза. Даже лазеры очень маленькой мощности, составляющей всего лишь несколько милливатт, могут причинить вред зрению. Для длин волн от 400 до 700 нм, которые являются видимыми, имеют высокую степень пропускания и могут фокусироваться хрусталиком, попадание лазерного излучения в глаз, даже на пару секунд , вызвать частичную, а в некоторых случаях и полную потерю зрения. Лазеры высокой мощности могут даже повреждать внешние кожные покровы.
Влияние лазерного излучения
особенно опасно для тканей, поглощающая способность которых максимальна. Глаз является наиболее уязвимым органом в этом плане. Причиной этого является незащищенность роговицы и хрусталика глаза, а также умение оптической системы глаза значительно увеличивать мощность лазерного излучения ближнего инфракрасного и видимого диапазонов, расположенных на глазном дне.
При поражении глаза лазерным излучением возникает боль, спазм век, текут слезы, отекают веки и глазное яблоко. В отдельных случаях наблюдается помутнение сетчатки и кровоизлияние. Клетки сетчатки после подобного повреждения уже не восстанавливаются.
Наши лучшие специалисты подробно объяснят вам, как уберечься от отрицательного влияния лазерного излучения и получить максимальную пользу от положительного
влияния лазерного излучения
Лазерные излучения, их роль в процессах жизнедеятельности
В связи с широким применением лазерных источников излучения в научных исследованиях, промышленности, медицинский связи и др. возникает необходимость сохранения здоровья людей эксплуатирующих различные лазерные установки.
Лазер источник когерентного излучения, то есть согласованого во времени и пространстве движения фотонов в виде выделенного луча. Световая интенсивность лазерного луча в точке может быть больше, чем интенсивность Солнца. В соответствии с использованием различных материалов в качестве активной среды лазеры подразделяют на твердотелые, газовые, полупроводниковые, жидкостные на красителях, химические.
Действие излучения лазеров представляет опасность больше всего для органов зрения и кожного покрова. Характер воздействия на зрительный аппарат и степень поражающего действия лазера зависят от плотности энергии излучения, длины волны излучения (импульсное или непрерывное). Характер повреждения кожи зависит от цвета кожи, например пигментированная кожа значительно сильнее поглощает лазерное излучение, чем не пигментированная. Светлая кожа отражает до 40 % падающего на нее излучения. При действии лазерного излучения обнаружен ряд нежелательных изменений со стороны органов дыхания, пищеварения, сердечнососудистой и эндокринной систем. В некоторых случаях эти общие клинические симптомы носят довольно стойкий характер, являясь результатом влияния на нервную систему.
Рассмотрим действие наиболее биологически опасных спектральных диапазонов лазерного облучения. В инфракрасной области энергия наиболее «коротких» волн (0,7-1,3 мкм) может проникать на сравнительно большую глубину в кожу и прозрачные среды глаза. Глубина проникновения зависит от длины волны падающего излучения. Участок высокой прозрачности на длинах волн от 0,75 до 1,3 мкм имеет максимум прозрачности в районе 1,1 мкм. На этой длине волны 20 % энергии, падающей на поверхностный слой кожи, проникает в кожу на глубину до 5 мм. При этом в сильно пигментированной коже глубина проникновения может быть еще больше. И тем не менее кожа человека достаточно хорошо противодействует инфракрасному излучению, так как она способна рассеивать тепло благодаря кровообращению и понижать температуру ткани вследствие испарения влаги с поверхности.
Значительно труднее от инфракрасного облучения защитить глаза, в них тепло практически не рассеивается, и хрусталик, фокусирующий излучение на сетчатке , усиливает эффект биологического воздействия. Все это заставляет при работе с лазерами особое внимание обращать на защиту глаз. Роговая оболочка глаза прозрачна для излучения в интервале длин волн 0,75-1,3 мкм и становится практически непрозрачной только для длин волн более 2 мкм.
Степень теплового поражения роговицы зависит от поглошенной дозы облучения, причем травмируется главным образом поверхностный, тонкий слой. Если в интервале волн 1,2-1,7 мкм величина энергии облучения превышает минимальную дозу облучения то может произойти полное разрушение защитного эпителиьного слоя. Ясно, что подобное перерождение тканей в области, положенной непосредственно за зрачком, серьезно сказываетл на состоянии органа зрения.
Радужная оболочка, отличающаяся высокой степенью пигментации, поглощает излучение практически всего инфракрасного диапазона. Особенно сильно подвержена она действию излучения длиной волны 0,8-1,3 мкм, поскольку излучение почти не задерживается роговицей и водянистой жидкостью передней камеры глаза.
Минимальной величиной плотности энергии облучения в интервале волн 0,8-1,1 мкм, способной вызвать поражение радужной оболочки, считают 4,2 Дж/см2. Одновременное поражение росовой и радужной оболочек всегда носит острый характер, а поэтому оно наиболее опасно.
Поглощение средами глаза энергии излучения в инфракрасной области, падающей на роговую оболочку, растет с увеличением длины волны. При длинах волн 1,4-1,9 мкм роговица и передняя камера глаза поглощают практически все падающее излучение, а при длинах волн выше 1,9 мкм роговица становится единственным поглотителем энергии излучения.
Развитие лазерной техники заставило начать проводить исследования по определению предельно допустимых уровней облучения лазера.
Воздействие лазерного излучения на кожу человека является в основном тепловым. В качестве ориентировочной безопасной дозы для кожи рекомендуется считать плотность мощности 100 мВт/см2. Механизм теплового воздействия хорошо изучен. Несколько сложнее установить предельно допустимые уровни лазерного облучения глаз. Широкое использование лазеров с выходными параметрами, значительно отличающимися от параметров природных источников света, создает опасность для органа зрения человека.
При оценке допустимых уровней лазерной энергии необходимо учитывать суммарный эффект, производимый на прозрачные среды глаза, сетчатку и сосудистую оболочку. Оценим действие лазерного излучения на сетчатую оболочку глаза.
Размер зрачка в значительной мере определяет количество энергии излучения, попадающей в глаз и, следовательно, достигающей сетчатки. Для глаза, адаптированного к темноте, диаметр зрачка колеблется от 2 до 8 мм; при дневном свете - 2-3 мм, при взгляде на Солнце зрачок сужается до 1,6 мм в диаметре. Величина Поступающей внутрь световой энергии пропорциональна площади зрачка. Следовательно, суженный зрачок пропускает свето» поток в 15-25 раз меньше, чем зрачок расширенный. Площадь изображения источника излучения на сетчатке зависит от его v Ь лового размера, определяемого в основном расстоянием до исто ника. Для большинства неточечных источников размер изображения на сетчатке вычисляется по законам геометрической оптики зная эффективное фокусное расстояние нормального расслабленного глаза, можно найти размер изображения источника лазерного излучения на сетчатке в том случае, если известны расстояние до источника и линейный размер источника излучения.
Прогнозируя возможность опасности лазерного облучения, необходимо учитывать:
тип лазера и опасность, которую могут представлять его отдельные узлы;
атмосферные условия (количество водяных паров в воздухе, степень его чистоты);
наличие средств защиты , а также индивидуальные особенности человека, который может подвергаться облучению.
Отметим, что только излучение с длиной волны 0,4-1,4 мкм может проникать через внешние слои глаза и достигать сетчатки.
Для защиты глаз от лазерного излучения с низкой энергией предлагаются многослойные фильтры с пропусканием световой энергии порядка 105 Вт/см2 в зоне высокого отражения и более 0,8 Вт/см2 в прозрачной зоне. В настоящее время созданы защитные очки, представляющие собой набор фильтров с различными значениями коэффициентов поглощения. Величина коэффициента поглощения для данного фильтра выбирается с таким расчетом, чтобы не происходило его разрушение, и уровень прошедшего через него излучения оказывался таким, чтобы последующий фильтр также не разрушался.
Однако даже при резком возрастании мощности когерентного светового излучения, при котором может произойти растрескивание первого фильтра, он продолжает эффективно поглощать световое излучение. Для вывода каждого фильтра из строя необходимо полное их разрушение.
Комбинируя наборы различных фильтров, можно создавать защитные очки для разных длин волн. Наряду с защитными очк ми (светофильтрами) обслуживающему персоналу рекомендуется применять специальные (диффузные) экраны. Для защиты рук рекомендуется использовать кожаные перчатки.
При работе с лазерами могут быть три варианта поражения лазерным излучением, которые должны приниматься во внимание при разработке мероприятий по технике безопасности:
1) прямое воздействие излучения, при этом уровни плотности энергии, вызывающие тяжелые последствия, сравнительно невелики;
2) зеркальное отражение луча, являющееся не менее опасным для органа зрения;
3) диффузно рассеянное отражение лазерного луча от стен, поверхностей приборов и т. д.
Значения плотностей энергии лазерного излучения зависят от отражающих свойств материалов объектов, которые могут находиться на пути лазерного луча. В повседневной работе с лазерами, особенно в закрытых помещениях, наибольшее значение приобретает отраженное лазерное излучение. Плотность энергии в этом случае может быть выше порога поражения сетчатки глаза и превышать безопасные уровни на несколько порядков. При этом надо Иметь в виду, что зеркально отраженный луч может многократно Сражаться от разных объектов.
Опасность воздействия излучения лазеров на глаза людей мобыть уменьшена путем экранирования устройств квантовой электроники, рациональным расположением рабочих мест, мерами личной безопасности.
Для защиты обслуживающего персонала от лазерного излучения проводят мероприятия по технике безопасности, которые подразделяются на организационнотехнические и индивидуальные.
Лазерное лечение (терапия)
Лазерное лечение.
Лазерное лечение – сравнительно новое направление в медицине. Возникло оно около 30 лет назад в недрах отечественной промышленности и, надо сказать, почти случайно. В цехе по производству лазерной аппаратуры при проверке состояния здоровья рабочих выяснилось, что оно у них не только не ухудшилось , как ожидалось, а наоборот, улучшилось, и что у многих из них даже прошли хронические болезни . С того момента и началось целенаправленное изучение влияния лазера на живой организм.
Ч/>то же такое лазер? Лазер – это генератор света с особыми свойствами. У него свет когерентный, то есть правильный, одного цвета, с постоянной длинной волны. И только этим он и отличается от обычного света в квартире.
Лазер несет свободную энергию, которую можно направить в организм, и совершить в его тканях определенную работу, которая улучшает микроциркуляцию, расширяет сосуды, разжижает кровь, делает наши клетки более жизнеспособными . Лазерное лечение не привносит в организм ничего чужеродного, как, например, лекарства. Основоположник отечественной лазерной медицины, А. Р. Евстигнеев считает, что организм сам представляет собой лазерный генератор. Лазерное лечение активирует молекулярные связи , делает молекулы более реактоспособными, усиливает обмен веществ, насыщает любые химические реакции достаточной для их осуществления энергией.
Наш организм – сложная саморегулирующаяся система, и при болезни нужно не столько вмешаться в работу того или иного звена, сколько помочь организму решить эту проблему самостоятельно. Это и делает лазерное лечение. Попадая в ткань, когерентный свет вызывает усиление образования активных форм кислорода (за счет чего проявляется его антимикробное и противовирусное действие ), ускоряет значительно процесс восстановления .
Лазер – первое средство для лечения всех видов хронической патологии – язв, длительно не заживающих ран, гайморитов, гастритов. Лазерная терапия чрезвычайно благотворно действует на кровь , на гемоглобин , и на активность лимфоцитов.
Надо сказать, что впервые лазер применили для лечения кардиологических больных со стенокардией, аритмией, острым инфарктом миокарда; и здесь он остается приоритетным. Но, пожалуй, лучше всего поддаются лазерному лечению поражения желудка: язвенная болезнь, гастриты, гастродуодениты . Раньше использовали непосредственное облучение через эндоскоп, но теперь таких сложностей не нужно. Чрезкожное воздействие на язву (в комплексной терапии) позволяет «заживить» ее быстрее, чем за две недели и, что важно, иногда даже без рубца.
Лазерное лечение – не простая процедура. Здесь нужен и правильный режим, и правильный расчет энергии. Это сильнодействующее средство значительно более эффективное и безвредное , чем медикаменты.
Лазеры бывают разные – красные, зеленые, инфракрасные, ультрафиолетовые – и у каждого есть свое специфическое действие. Как использоваться возможности лазерного лечения – может определить только врач.
И еще одно важное замечание. При применении более старых, чем у нас, моделей лазеров во время лечения, на 3–5 процедуре может возникнуть так называемый «синдром обострения», связанный с резким улучшением микроциркуляции и активацией защитных сил организма. При использовании наших лазеров такого обострения не возникает. При лазерном лечении надо обязательно принимать витамины «Аевит» по 2 капсулы 2-3 раза в день или ¼ от обычной таблетки аспирина 1 раз в сутки.
ВАЖНО! Для людей, страдающих аллергией, лазерное лечение – первое средство ! На это лечение нет аллергии!
Лазер - естественный метод лечения , физиологичный, он не чужд нашему организму. Он лишен всех отрицательных качеств, которыми обладают лекарственные препараты . Лазерное лечение не токсично , не аллергенно, всегда стерильно , рекомендуется как для взрослых , так и для детей .
Разрешено к применению Министерством здравоохранения Российской Федерации.
5. Защита от лазерного излучения
По степени опасности лазерного излучения для обслуживающего персонала лазеры
подразделяются на четыре класса:
Класс 1.(безопасные)-выходное излучение не опасно для глаз
Класс 2.(малоопасные)-опасно для глаз прямое или зеркально отраженное излучение
Класс 3. (среднеопасные) - опасно для глаз прямое, зеркальное, а также
диффузно отраженное излучение на расстоянии 10 см от отражающей поверхности
и (или) кожи прямое или зеркально отраженное излучение;
Класс 4. (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), на волны,
длительность импульса и экспозиции облучения
Лазеры широко применяются в различных областях промышленности, науки,
техники, связи, сельском хозяйстве медицине, биологии и др. Расширение сферы
их использования увеличивает контингент лиц, подвергающихся воздействию
лазерного излучения, и выдвигает необходимое профилактики опасного и вредного
действия этого фактор среды обитания.
Работа с лазерами в зависимости от конструкций мощности, условий эксплуатации
разнообразных лазерных систем и другого оборудования может сопровождаться
действием на персонал неблагоприятных производственна факторов, которые
разделяют на основные и сопутствующие. К основным факторам, возникающим
при рабе лазеров, относятся прямое, зеркально и диффузно отраженное и
рассеянное излучения, степень выраженности определяется особенностями
технологического процесса, 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 случаев имеют самостоятельное значение. Поэтому при оценке
условий труда персонала учитывают весь комплекс факторов производственной
среды.
Лазеры широко применяют в технике, медицине. Принцип действия лазеров основан
на использовании вынужденного электромагнитного излучения, возникающего в
результате возбуждения квантовой системы. Лазерное излучение является
электромагнитным излучением, генерируемым в диапазоне длин волн 0,2-1000 мкм,
который может быть разбит в соответствии с биологическим действием на ряд
областей спектра:
инфракрасная; свыше 1,4 мкм-дальняя инфракрасная область. Основными
энергетическими параметрами лазерного излучения I являются: энергия
излучения, энергия импульса, мощность излучения, плотность энергии (мощности)
излучения, длина волны.
При эксплуатации лазерных установок обслуживающий персонал может
подвергаться воздействию ряда опасных и вредных производственных факторов.
Основную опасность представляют прямое, рассеянное и отраженное излучение.
Наиболее чувствительным органом к лазерному излучению являются глаза -
повреждения сетчатки глаз могут быть при сравнительно небольших
интенсивностях.
Лазерная безопасность - это совокупность технических, санитарно-
гигиенических и организационных мероприятий, обеспечивающих безопасные
условия труда персонала при использовании лазеров. Способы защиты от
лазерного излучения подразделяют на коллективные и индивидуальные.
Коллективные средства защиты включают: применение телевизионных систем
наблюдений за ходом процесса, защитные экраны (кожухи); системы блокировки и
сигнализации; ограждение лазерноопаснои зоны. Для контроля лазерного излучения
и определения границ лазерно-опаснои зоны применяют калориметрические,
фотоэлектрические и другие приборы.
В качестве средств индивидуальной защиты используют специальные
противолазерные очки, щитки, маски, технологические халаты и перчатки. Для
уменьшения опасности поражения за счет уменьшения диаметра зрачка оператора в
помещениях должна быть хорошая освещенность рабочих мест: коэффициент
естественной освещенности должен быть не менее 1 ,.5 %, а общее искусственное
освещение должно создавать освещенность не менее 150 лк.
В последние десятилетия в промышленности, медицине, при научных исследованиях, в системах мониторинга состояни я окружающей среды нашли применение лазеры. Их излучение может оказывать опасное воздействие на организм человека и в первую очередь на орган зрения. Лазерное излучение генерируют в инфракрасной, световой и ультрафиолетовой областях неионизирующего ЭМИ.
Лазеры, генерирующие непрерывное излучение, позволяют создавать интенсивность порядка 10 10 Вт/см 2 , что достаточно для плавления и испарения любого материала. При генерации коротких импульсов интенсивность излучения достигает величин порядка 10 ь Вт/см 2 и больше. Для сравнения отметим, что значение интенсивности солнечного света вблизи земной поверхности составляет всего 0,1-0,2 Вт/см.
В настоящее время в промышленности используется ограниченное число типов лазеров. Это в основном лазеры, генерирующие излучение в видимом диапазоне спектра (X = 0,44+0,59; X = 0,63; X = 0,69 мкм), ближнем ИК-диапа- зоне спектра (X = 1,06 мкм) и дальнем ИК-диаиазоне спектра (Х= 10,6 мкм).
Область применения лазеров в зависимости от требуемой плотности потока излучения показаны на рис. 5.12.
При оценке неблагоприятного влияния лазеров все опасности разделяют на первичные и вторичные. К первичным относят факторы, источником образования которых является непосредственно сама лазерная установка. Вторичные факторы возникают в результате взаимодействия лазерного излучения с мишенью.
К первичным факторам относятся: лазерное излучение, повышенное электрическое напряжение, световое излучение импульсных ламп накачки или газового разряда, электромагнитное излучение, акустические шумы и вибрация от работы вспомогательного оборудования, загрязнение воздуха газами, выделяющимися из узлов установки, рентгеновское излучение электроионизационных лазеров или электровакуумных приборов, работающих при напряжении свыше 15 кВ.
Вторичные факторы включают отраженное лазерное излучение, аэродисперсные системы и акустические шумы, образующиеся при взаимодействии лазерного излучения с мишенью, излучение плазменного факела.
Лазерное излучение может представлять опасность для человека, вызывая в его организме патологические изменения, функциональные расстройства органа зрения, центральной нервной и вегетативной систем, а также влиять на такие
Рис. 5.12. Области применения лазеров в зависимости от требуемой плотности потока излучения внутренние органы, как печень, спинной мозг и др. Наибольшую опасность лазерное излучение представляет для органа зрения. Основным патофизиологическим эффектом облучения тканей лазерным излучением является поверхностный ожог, степень которого связана с пространственно-энергетическими и временными характеристиками излучения.
При создании условий для безопасной эксплуатации лазеров прежде всего необходимо с помощью расчета определить лазеро- опасную зону и сформулировать основные принципы защиты от излучения, а также общие требования к организации рабочих мест, методам контроля и дозиметрической аппаратуре.
Лазероопасная зона - пространство, в пределах которого уровни лазерного излучения могут превышать предельно допустимые значения.
Схема расчета облученности роговицы представлена на рис. 5.13.
При прямом облучении для наблюдателя, находящегося непосредственно в конусе узконаправленного лазерного луча (рис. 5.13, а), облученность роговицы глаза вычисляется по формуле
где Ф р - энергетический поток (мощность) лазерного излучения; k { - коэффициент ослабления излучения на пути от лазера до роговицы глаза; d () - диаметр выходного зрачка лазера; у - угол расходимости луча, рад; R - расстояние от лазера до глаза.
При воздействии на роговицу глаза излучения лазера, отраженного от поверхности (рис. 5.13, б), расположенной на расстоянии /?, от выходного отверстия лазера, расчет ведут с учетом отражения. Облученность роговицы глаза наблюдателя Е р, находящегося на расстоянии R от поверхности q, значительно превышающем линейные размеры источника, равна произведению энергетической яркости L e источника на величину телесного угла 0, под которым он виден из точки наблюдения:
где k cp - коэффициент ослабления излучения на пути от площади поверхности S r/ до наблюдателя.
Рис. 5.13.
а - для прямого пучка; б - для отраженного излучения;
1 - лазер; 2 - глаз
Поверхность q как источник излучения удобно характеризовать энергетической яркостью L e и площадью пятна отражения У 7 .
При диффузном отражении энергетическая яркость источника связана с энергетическим потоком лазерного излучения соотношением
где р - коэффициент отражения.
Из анализа приведенных выше соотношений следует, что облученность глаза лазерным источником прямо пропорциональна мощности лазера и обратно пропорциональна квадрату расстояния до облучаемой поверхности.
Облученность кожных покровов численно равна облученности роговицы глаза. При вычислении уровней облученности органа зрения и кожных покровов в производственных условиях, где расстояния не превышают десятков метров, значения коэффициентов k { и k cp можно принять равными единице. Приведенные формулы позволяют связать лучевые нагрузки на различные биологические ткани с энергетической характеристикой источника излучения.
Воздействия лазерного излучения на глаза. Сравнительно легкая уязвимость роговицы и хрусталика глаза при воздействии электромагнитных излучений самых различных дайн волн, а также способность оптической системы глаза увеличивать плотность энергии излучения видимого и ближнего инфракрасного диапазона на глазном дне на несколько порядков по отношению к роговице выделяет его в наиболее уязвимый орган. Степень повреждения глаза главным образом зависит от таких физических параметров, как время облучения, плотность потока энергии, длина волны и вид излучения (импульсное или непрерывное), а также индивидуальных особенностей глаза.
Воздействие ультрафиолетового излучения на орган зрения в основном приводит к поражению роговицы. Поверхностные ожоги роговицы лазерным излучением с длиной волны в пределах ультрафиолетовой области спектра устраняются в процессе самозаживления.
Для лазерного излучения с длиной волны 0,4-1,4 мкм критическим элементом органа зрения является сетчатка. Она обладает высокой чувствительностью к электромагнитным волнам видимой области спектра и характеризуется большим коэффициентом поглощения электромагнитных волн видимой, инфракрасной и ближней ультрафиолетовой областей.
Повреждение глаза может изменяться от слабых ожогов сетчатки, сопровождающихся незначительными или полностью отсутствующими изменениями зрительной функции, до серьезных повреждений, приводящих к ухудшению зрения и даже к полной его потере.
Излучения с длинами волн более 1,4 мкм практически полностью поглощаются в стекловидном теле и водянистой влаге передней камеры глаза. При умеренных повреждениях эти среды глаза способны самовосстанавливаться.
Лазерное излучение средней инфракрасной области спектра может вызвать тяжелое тепловое повреждение роговицы.
Из сказанного следует, что лазерное излучение оказывает повреждающее действие на все структуры органа зрения. Основным механизмом повреждений является тепловое. Импульсное лазерное излучение представляет большую опасность, чем непрерывное.
Воздействие лазерного излучения на кожу. Повреждения кожи, вызванные лазерным излучением, могут быть различными: от легкого покраснения до поверхностного обугливания и образования глубоких дефектов кожи. Эффект воздействия на кожные покровы определяется параметрами излучения лазера и степенью пигментации кожи.
Пороговые уровни энергии излучения, при которых возникают видимые изменения в коже, колеблются в сравнительно широких пределах (от 15 до 50 Дж/см).
Биологические эффекты, возникающие при облучении кожи лазерным излучением, с учетом их зависимости от длины волны приведены в табл. 5.10.
Действие лазерного излучения на внутренние органы. Лазерное излучение (особенно дальней инфракрасной области спектра) способно проникать через ткани тела и взаимодействовать с биологическими структурами на значительной глубине, поражая внутренние органы.
Таблица 5.10
Биологические эффекты, возникающие при облучении кожи лазерным излучением
Наибольшую опасность для внутренних органов представляет сфокусированное лазерное излучение. 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.
Кроме лазерного излучения, персонал, занимающийся эксплуатацией лазерной техники, может подвергнуться воздействию интенсивного светового и ультрафиолетового излучения, источником которого являются лампы вспышки, газоразрядные трубки и плазменный факел. Излучение незащищенных ламп накачки весьма вредно для глаз. Воздействие излучения ламп накачки возможно при их разъэкранировании, главным образом, при наладке и в случае самопроизвольного разряда.При эксплуатации лазерных установок также следует учитывать и другие опасные факторы, к которым относятся повышенное напряжение в электрической цепи, акустический шум, вибрации и вредные вещества. При эксплуатации лазеров необходимо учитывать также возможность взрывов и пожаров при попадании лазерного излучения на горючие материалы. В табл. 5.11 приведены основные опасные факторы, возникающие при эксплуатации лазерных установок.
Таблица 5.11
Опасности, возникающие при эксплуатации лазерных установок, и источники их возникновения
Окончание табл. 5.11
Зоны опасного влияния современных лазерных установок обычно ограничены размерами производственного помещения.
