Реферат: Лазерная безопасность

1. Физиологические эффекты при воздействии лазерногоизлучения на человека.

Непосредственное воздействие начеловека оказывает лазерное излучение любой длины волны, однако в связи соспектральными особенностями поражаемых органов и существенно различными предельнодопустимыми дозами облучения обычно различают воздействие на глаза и кожныепокровы человека.

/>1.1.Воздействие лазерного излучения на органы зрения

Рисунок 1. Спектральные характеристики глаза:
t1 — относительное пропускание глазной среды;
t2 — произведение пропускания глазной среды на поглощение всеми слоями сетчатки

Основной элемент зрительногоаппарата человека — сетчатка глаза — может быть поражена лишь излучениемвидимого ( от 0.4 мкм ) и ближнего ИК-диапазонов ( до 1.4 мкм ), что объясняетсяспектральными характеристиками человеческого глаза ( рис. 1 ). При этомхрусталик и глазное яблоко, действуя как дополнительная фокусирующая оптика,существенно повышают концентрацию энергии на сетчатке, что, в свою очередь, нанесколько порядков понижает максимально допустимый уровень ( МДУ ) облученностизрачка. Световой диаметр зрачка при расчете МДУ облучения принимают обычноравным 7 мм. Это не всегда соответствует действительности. Например, прибольшой светлоте ( физиологическая оценка яркости ) фона — из-за световойадаптации, в пожилом возрасте — из-за уменьшения чувствительности световыхрецепторов.

/>1.1.1.МДУ прямого облучения сетчатки

Кроме длины волны l, необходимо учитывать такжедлительность воздействия светового излучения. При очень коротких импульсах (когда не успевают сработать механизмы теплопроводности в области сетчатки )нормируют плотность энергии для видимого излучения ( 0.4<l<0.7 мкм ) при Dt< 2×10-5c МДУ облучения роговицы глаза составляет 5×10-3 Дж/м2; для ИК-излучения (1.05<l<1.4 мкм )при 2×10-5<Dt<5×10-5с — на порядок больше, то есть 5×10-2 Дж/м2. Если длительностьимпульса превышает 20 мкс для видимого и 20¸50 мкс для ближнего ( до 1.4 мкм ) излучения, тонормируют в первом приближении плотность мощности: для видимого излучения МДУсоставляет 18Dt0.75Вт/м2; для ИК-излучения — почти порядок больше, то есть 90Dt0.75 Вт/м2.

Во всех рассматриваемых далееслучаях переходная область спектра — от темно-красного ( l>700 нм ) до полностью невидимогоближнего ИК-излучения ( l<1050 нм ) —характеризуется монотонным повышением МДУ от минимального значения ( длятемно-красного излучения ) до максимального ( для полностью невидимогоИК-излучения ) по закону С4=10(l-700)/500.

Приведенные данные по МДУохватывают область наиболее критических значений параметров облучения зрачкаглаза, когда в интервале от 10-9 до 10 с причиной повреждениясетчатки является тепловое действие сфокусированного света при прямомнаблюдении лазерного пучка, тогда как сверхкороткие лазерные импульсы вызываютв основном термоакустическое воздействие — протоплазма клеток из-за быстрогоразогрева закипает и разрывает оболочку. В этом случае нормируют плотность мощности:для видимого излучения МДУ составляет 5×106 Вт/м2, для ИК-излучения —5×107Вт/м2.

Длительное ( Dt>10 с ) прямое воздействиелазерного излучения на сетчатку приводит в основном к фотохимическим процессамее разрушения. Чтобы избежать этого (как и в случае сверхкоротких импульсов),нормируют энергетическую освещенность (экспозицию). Для зеленого (l=550 нм) и более коротковолнового(l>400 нм)видимого света МДУ составляет 100 Дж/м2. Что касается«теплых» цветов (550<l<700нм), то фотохимические процессы начинают играть заметную роль только прибольших временных воздействиях лазерного излучения (T2=100.02(l-500)+1 c), и в этомслучае МДУ нужно уменьшить в С3 раз (C3=100.015(l-550)).

Сверхдлительное (Dt>103¸104c) прямое воздействие лазерного излучения характеризуется малым значением МДУ,а именно 0.01 Вт/м2 для сине-зеленого (0.4<l<0.55 мкм) излучения. Болеедлинноволновое видимое излучение (550<l<700нм) допускает МДУ=100.015(l-500)+2 Вт/м2.В случае ИК излучения переход от экспозиционного к мощностному ограничению(когда существенную роль играют регенерационные процессы, компенсирующиефотохимическое разрушение) осуществляется при Dt>10 c: для 1.05<l<1.4 мкм МДУ составляет 16Вт/м2; для l>700 нм(темно-красное излучение) и l<1050нм (ближнее ИК излучение) монотонно возрастающий МДУ составляет 3.2×10(l-700)/500 Вт/м2.

На перечисленные МДУ облученияориентируются при однократном воздействии на глаз прямого лазерного излучения,фокусируемого хрусталиком в очень незначительное пятно на сетчатке.

При наличии последовательностиимпульсов не только ни один из них, но и усредненная облученность не должныпревышать МДУ. При усреднении воздействия последовательности импульсов сдлительностью Dt<10 мкс ичастотой повторения f>1 Гц МДУ одиночного импульса должен быть уменьшен в С5раз:

/> (1.1)

Если длительность отдельныхимпульсов Dt в последовательностипревышает 10 мкс ( а частота следования f>1 Гц), то для импульсадлительностью NDt за ограничениеоблученности принимают (1/N)-ю часть МДУ.

Наиболее сложно определить МДУдля повторяющихся серий, состоящих из определенного числа импульсов. Когда всерии не более 10 импульсов, ее приравнивают к одному эквивалентному импульсу.При этом:

1) еслиDt серии меньше10 мкс, то за длительность эквивалентного импульса принимают длительностьсамого короткого импульса в серии, а за энергетическое воздействие — суммарное(полное) энергетическое воздействие всей серии;

2) еслиDt серии больше10 мкс, то за длительность эквивалентного импульса принимают суммарнуюдлительность парциальных импульсов, а за энергетическое воздействие — суммарноеэнергетическое воздействие всей серии.

Если в серии более 10 импульсов,то МДУ рассчитывают как для одного, якобы непрерывного импульса, охватывающеговсю последовательность.

/>1.1.2.МДУ для наружных покровов глаз человека

Невидимое УФ (0.2<l<0.4 мкм) или ИК излучение(1.4<l<1000 мкм)практически не доходит до сетчатки и потому может повреждать лишь наружныечасти глаз человека: УФ излучение вызывает фотокератит, средневолновое ИКизлучение (1.4<l<3 мкм) —отек, катаракту и ожог роговой оболочки глаза; дальнее ИК излучение (3 мкм<l<1 мм) — ожог роговицы.Поэтому МДУ облучения глаз при УФ и ИК излучении рассматривают здесь, хотя(из-за отсутствия фокусирующего действия хрусталика) численные значения данногоМДУ на несколько порядков больше значений, приведенных в подразделе «МДУпрямого облучения сетчатки», и соответствуют МДУ для кожных покровов. Ктому же для наружных покровов глаза и кожных покровов МДУ нормируютсяотносительно апертуры диаметром 1 мм (для сетчатки — 7 мм), что еще болееснижает требования лучевой безопасности в рассматриваемом случае. Тем не менееэти данные могут оказаться полезными, так как в настоящее время возрастаетчисло коммерческих лазеров, работающих в УФ и ИК диапазонах.

Плотность мощности длясверхкоротких (менее 1 нс) импульсов почти одинакова в обоих диапазонах: 30ГВт/м2 в УФ области и 100 ГВт/м2 в ИК области (1.4мкм<l<1 мм).

При больших временах воздействияситуация наиболее проста для жесткого (200<l<320.5 нм) УФ излучения, где МДУ=30 Дж/м2,вплоть до длительностей облучения 30000 с, то есть свыше 8 часов.

Более сложна система задания МДУдля узкого участка УФ излучения с 302.5<l<315нм. Для сколько-нибудь длительного воздействия (10<Dt<30000 c) МДУ возрастает на2.5 порядка по закону С2=10(l-295)/5 Дж/м2.В области импульсных воздействий (1 нс<Dt<10c) такое быстрое нарастание МДУ имеет место лишь при Dt>T1=10(l-295)/5 c; если Dt<T1, то МДУ независит от длины волны и составляет С1=5600(Dt)0.75 Дж/м2.

МДУ для ближней УФ области(315<l<400 нм) вслучае импульсного (1 нс<Dt<10c) облучения почти не меняется, составляя С1=5600(Dt)0.25 Дж/м2,плавно переходящее в 10 КДж/м2 для времени облучения от 10 до 1000с; если длительность облучения превышает 1000 с, то нормируют плотностьмощности, и МДУ равно 10 Вт/м2.

В ИК области МДУ облучениянаружных покровов почти не зависит от длины волны и составляет: длясверхкоротких (Dt<1 нс)импульсов 100 ГВт/м2; для гигантских ( 1 нс<Dt<100 нс) импульсов 100 Дж/м2;для остальных (100 нс<Dt<10 с)импульсов 5600(Dt)0.25Дж/м2. Плотность мощности при непрерывном облучении (10 с<Dt<30000 c) не должна превышать1 кВт/м2.

Надо отметить, что такие значениясправедливы и для дальней ИК области (0.1<l<1 мм) с той лишь разницей, что МДУ задают здесьв апертуре диаметром 11 мм (а не 1 мм, как для УФ и основного ИК диапазонов).

/>1.1.3.Представление МДУ облучения как поверхности в координатах l — Dt

В 825-й публикации МЭК полностью,хотя и не всегда с достаточно высокой точностью, определены МДУ облученияроговой оболочки глаза человека прямым (то есть направленным непосредственно изоптической системы, а не рассеянным на каких-либо шероховатых поверхностях)лазерным излучением. Для удобства практического применения эти рекомендации МЭКпредставлены в виде таблицы 1.1.

В результате, во первых,появляется возможность достаточно просто (хотя и приближенно) определитьчисленные значения МДУ при прямом облучении глаза человека лазерным излучением.При измерении следует лишь помнить следующие рекомендации МЭК попространственному усреднению облученности: для 0.2<l<0.4 мкм — внутри круга Æ 1 мм; для0.4<l<1.4 мкм —внутри круга Æ 7 мм (чтосоответствует зрачку глаза при темновой адаптации); для 1.4<l<100 мкм — внутри круга Æ 1 мм; для 100мкм<l<1 мм —внутри круга Æ 11 мм.

Во вторых, таблица 1.1свидетельствует о том, что в разных спектральных поддиапазонах лазерноевоздействие частично аддитивно. Эта ситуация относится к двух- и более волновымлазерам, в основном, к лазерным приборам и установкам, в которых используетсялазерное излучение разных длин волн. В соответствии с рекомендацией МЭК весьдиапазон длин волн лазерного излучения делят на четыре поддиапазона, внутрикоторых лазерное излучение полностью аддитивно (как для глаз: так и для кожныхпокровов):

1. поддиапазон— УФ-С и УФ-В, 200<l<315 нм;

2. поддиапазон— УФ-А, 315<l<400 нм;

3. поддиапазон— весь видимый и ИК-А, 0.4<l<1.4мкм;

4. поддиапазон— ИК-В и ИК-С, 1.4<l<1000 мкм.

Кроме того, всегда суммируютвоздействия облучений 2-го и 4-го поддиапазонов. Аналогичное суммированиепроводят и при совместном воздействии на кожные покровы лазерных излучений 2-гои 3-го поддиапазонов.

Естественно, что принимать вовнимание эффект аддитивного воздействия имеет смысл лишь при близких к МДУзначениях облучения для каждой из генерируемых длин волн. К сожалению, 825-япубликация МЭК не дает аналитического выражения для определения МДУ аддитивногооблучения, а лишь указывает на необходимость особой осторожности, еслидлительности воздействия существенно различаются (например, совместное действиеимпульсного и непрерывного излучений). В случае, если длительности импульсовили время экспозиции соизмеримы (имеют один порядок), то полагают, чтопарциальное (на одной длине волны) облучение пропорционально МДУ для данногоизлучения, то есть суммарное относительное облучение не должно превышатьединицы:

И, наконец, МЭК настоятельнонапоминает об опасности любого облучения, в том числе лазерного, подчеркивая,что МДУ является не порогом безопасности, а лишь усредненным значением(определенным на основе многочисленных экспериментов) уровня опасностиповреждения органов зрения (и кожного покрова) человека.

Таблица 1.1

МДУ прямого облучения глазчеловека

Длина МДУ волны Еди- Усло- При длительности излучения Dt, с l, нм ница изме-рения вие

<10-9

От 10-9 до 10-7

От 10-7 до 1.8×10-5

От 1.8×10-5 до 5×10-5

От 5×10-5 до 10

От 10 до 103

От 103 до 104

От 104 до 3×104

От 200 до

ГВт/м2

— 30 — — — — — — — 302.5 (УФ-С)

Дж/м2

— — 30 30 30 30 30 30 30 От 302.5

Дж/м2

При Dt£T1

—

— — — до 315 (УФ-В)

Дж/м2

При Dt>T1

—

— — —

Дж/м2

— — — — — —

ГВт/м2

— 30 — — — — — — — От 315 до 400

Вт/м2

—

3×1010

— — — — — 10 10 (УФ-А)

Дж/м2

— —

104

— — От 400

Вт/м2

—

5×106

— — — — — —

10-2

до 550

Дж/м2

— —

5×10-3

100 100 — От 550 до 700

Дж/м2

При Dt£T2

— — — — —

С6

—

Дж/м2

При Dt>T2

— — — — —

С3×102

—

Дж/м2

— —

5×10-3

С6

— — —

Вт/м2

—

5×106

— — — — — —

С3×10-2

От 700 до

Дж/м2

— —

5С4×10-3

С4С6

— — 1050 (ИК-А)

Вт/м2

—

5С4×106

— — — — —

3.2С4

От 1050 до

Дж/м2

— —

5×10-2

5С6

— — 1400 (ИК-В)

Вт/м2

—

5×107

— — — — — 16 16 От 1400

Дж/м2

— — 100

С1

— — —

до 106 (ИК-С)

Вт/м2

—

1011

— — — —

103

С1=5.6×103(Dt)0.25; T1=100.8(l-295)-15;

C2=100.2(l-295); T2=101+0.02(l-550);

C3=100.015(l-550);

C4=10(l-700)/500;

С6=18(Dt)0.75;

/>1.1.4.МДУ облучения глаз рассеянным лазерным излучением

На практике наиболее вероятноименно рассеянное лазерное облучение. В этом случае важно при определении МДУоблучения перенормировать плотность излучения в диапазоне 0.4<l<1.4 мкм, достигающегосетчатки и поражающего ее. Эта перенормировка связана с тем, что характер иразмер поражения сетчатки изменяются в связи с резким увеличением зоныоблучения — от 0.01 мм (определяется аберрацией глаза и дифракцией света на егозрачке), то есть угловой размер составляет примерно 1', или 0.0003 рад, до a=0.015¸0.24 рад.Последняя величина (эффективный угол зрения) во многом зависит от длительностиоблучения и (для коротких импульсов) от длины волны. Все это видно из рисунка2, где представлена кусочно-линейная аппроксимация a=a(Dt)в двойном логарифмическом масштабе.

Рисунок 2. Предельный угол видения (предполагаемый угол поля зрения):
1 — 0.012 рад;
2 — 0.00885 рад;
3 — 0.00025(Dt)-0.17 (при 1050£l<1400 нм);
5 — 0.015× (Dt)0.21 (при 400£l<1400 нм);
6 — 0.24 рад.

МДУ облучения глаза протяженнымисточником с угловым размером aизл>a приведены в таблице 1.2.Напомним, что при измерении энергетической яркости рассеянного (точнее: созначительным углом расходимости) излучения ее усреднение при измерении МДУследует выполнять по углу a(см. рисунок 2). Кроме того, поскольку глаза устроены так, что не пропускают ксетчатке УФ и ИК излучение с l>1.4мкм, то в этих диапазонах разница между МДУ, указанным в таблице 1.1, и МДУ,указанным в таблице 1.2, отсутствует.

Таблица 1.2 МДУ облучения глазчеловека рассеянным лазерным излучением

Длина волны l, нм МДУ Единица измерения Условие При длительности экспозиции Dt, с

<10-9

От 10-9 до 10-7

От 10-7 до 10

От 10 до 103

От 103 до 104

От 104 до 3×104

От 200

ГВт/м2

— 30 — — — — — до 302.5

Дж/м2

— — 30 30 30 30 30 От 302.5 до 315

Дж/м2

При Dt£T1

—

— — —

Дж/м2

При Dt>T1

—

— — —

Дж/м2

— — — —

ГВт/м2

— 30 — — — — — От 315

Вт/м2

—

3×1010

— — — 10 10 до 400

Дж/м2

— —

104

— — От 400

Вт/м2 ср

—

1011

— — — — 21 до 550

Дж/м2 ср

— —

С7

2.1×105

— От 550 до 700

Дж/м2 ср

При Dt£T2

— — —

2С8

—

Дж/м2 ср

При Dt>T2

— — —

2.1×105С3

—

Дж/м2 ср

— —

С7

— — —

Вт/м2 ср

—

1011

— — — —

21С3

От 700

Дж/м2 ср

— —

С4С7

2С4С8

— — до 1050

кВт/м2ср

—

С4×108

— — —

6.4С4

От 1050

Дж/м2 ср

— —

5С7

10С8

— — до 1400

Вт/м2 ср

—

5×1011

— — —

3.2×104

От 1400

Дж/м2

— 100

С1

— — —

до 106

Вт/м2

—

1011

— —

103

С1=5.6×103(Dt)0.25; T1=100.8(l-295)-15;

C2=100.2(l-295); T2=101+0.02(l-550);

C3=100.015(l-550);

C4=10(l-700)/500;

С7=105(Dt)0.33;

С8=1.9×104(Dt)0.75;

Таблица 1.3МДУ облучения наружныхпокровов человека

Длина волны l, нм МДУ Единица измерения Условие При длительности экспозиции Dt, с

<10-9

От 10-9 до 10-7

От 10-7 до 10

От 10 до 103

От 103 до 3×104

От 200

Дж/м2

— — 30 30 30 30 до 302.5

ГВт/м2

— 30 — — — — От 302.5

Дж/м2

При Dt£T1

—

— — до 315

Дж/м2

При Dt>T1

—

— —

Дж/м2

— — — — — —

Вт/м2

—

3×1010

— —

10-3С3

10-3С2

От 315

Дж/м2

— —

С1

104

— до 400

Вт/м2

—

3×1010

— — — 10 От 400

Дж/м2

— — 200

С9

— — до 1400

Вт/м2

—

2×1011

— — 2000 2000 От 1400

Дж/м2

— — 100

С1

— —

до 106

Вт/м2

—

1011

— — 1000 1000

С1=5.6×103(Dt)0.25; T1=100.8(l-295)-15;

C2=100.2(l-295);

С9=1.1×104(Dt)0.25;

1.2. МДУ лазерного облучения кожныхпокровов

При принятии должных мербезопасности (защитные очки и др.) повреждение зрительных органов человекаобычно исключается. Однако остается возможность поражения кожных покровов(например, рук при обслуживании лазерной технологической установки). Чтокасается МДУ лазерного облучения для кожных покровов человека, то их значения,по рекомендации МЭК, отличаются от значений, рассмотренных ранее для глаз, лишьв области видимого и ближнего ИК излучения (l<1.4мкм). При этом облучение усредняют в пределах круглой апертуры Æ 1 мм для всехдлин волн менее 0.1 мм. Облучение в дальней ИК области (0.1<l<1 мм) по-прежнему усредняют вапертуре Æ 11 мм.

Таким образом, при любом лазерномизлучении, пользуясь данными таблиц 1.1 — 1.3, можно легко определить МДУ облучения,позволяющий избежать органических повреждений глаз и кожных покровов человека.

Применение того или иного способаобеспечения безопасности человека при лазерном излучении зависит от стадииизготовления или эксплуатации лазерного прибора. На защиту пользователя отлазерного облучения, превышающего МДУ, нацелены рекомендуемые МЭКконструктивные мероприятия, необходимые при изготовлении лазерных приборов.Поскольку эти мероприятия в той или иной степени обязательны для всехизготовителей лазерных приборов, целесообразно рассмотреть их более подробно.

/>2. Требования к изготовителям лазерныхприборов в связи с обеспечением безопасности пользователей

МЭК рекомендует в связи сунификацией требований к конструкциям лазерных приборов разделять эти приборына четыре класса с точки зрения опасности лазерного излучения дляпользователей.

/>2.1.Лазерные излучатели класса 1

Наиболее безопасными как по своейприроде (МДУ облучения никак не может быть превышен), так и по конструктивномуисполнению являются лазерные приборы класса 1. В связи с таким двойным подходомдопустимые пределы излучения (ДПИ) лазерных приборов класса 1 в спектральнойобласти от 0.4 до 1.4 мкм, для которой возможно как точечное, так и протяженноеповреждение сетчатки, характеризуются значениями в двух аспектах —энергетическом (в ваттах или джоулях) и яркостном. Соответствующие значенияприведены в таблице 2.1 (кроме УФ излучения, а также ИК излучения от 1.4 мкм)

Таблица 2.1 ДПИ для лазеровкласса 1

Длина ДПИ волны Еди- Усло- При длительности излучения Dt, с l, нм ница изме-рения вие

<10-9

От 10-9 до 10-7

От 10-7 до 1.8×10-5

От 1.8×10-5 до 5×10-5

От 5×10-5 до 10

От 10 до 103

От 103 до 104

От 104 до 3×104

От 200 мкДж — — 24 24 24 24 24 24 24 до 302.5 кВт — 24 — — — — — — — От 302.5 мкДж

При Dt£T1

—

0.79C1

— — — до 315 мкДж

При Dt>T1

—

0.79C2

— — — мкДж — — — — — —

0.79C2

кВт — 24 — — — — — — — От 315 кВт — 24 — — — — —

7.9×10-9

до 400 мкДж — —

0.79C1

7.9×103

— — От 400 Дж — —

21×104

С10

3.9×10-3

— до

Дж/м2 ср

— —

С7

2.1×105

— 550* Вт — 200 — — — — — —

3.9×10-7

Вт/м2 ср

—

1011

— — — — — — 21 От 550 до 700*

мДж и Дж/м2 ср

При Dt£T2

— — — — —

103С10

— мДж

При Dt>T2

— — — — —

3.9С3

—

МДж/ м2 ср

— —

10-6С7

— — —

мДж и Дж/м2 ср

— —

2×10-4

103С10

2×10-4

— — — мкВт — 200 — — — — — —

0.39× 10-6×С3

Вт/м2

—

1011

— — — — — —

21С3

От 700 Дж — —

2С4×10-7

С4С10

— — до 1050*

Дж/ м2ср

— —

С4С7

2С4С8

— — кВт —

0.2С4

— — — — —

12С4

кВт/ м2ср

—

С4×108

— — — — —

6.4С4

От 1050 Дж — —

2×10-6

5С10

— — до 1400*

Дж/ м2ср

— —

С7

— — Вт —

2×103

— — — — —

6×104

Вт/ м2ср

—

5×1011

— — — — —

3.2×104

От 1400 мкДж — — 80

0.4С9

— — —

до 105

Вт —

8×104

— — — —

8×10-4

От 105

Дж — —

10-2

10-4С1

— — —

до 106

Вт —

107

— — — — 0.1 0.1 0.1

С1=5.6×103(Dt)0.25; T1=100.8(l-295)-15;

C2=100.2(l-295); T2=101+0.02(l-550);

C3=100.015(l-550);

C4=10(l-700)/500; *—Необходимы двойные пределы для класса 1.

С7=105(Dt)0.33;

С8=1.9×104(Dt)0.75;

С9=1.1×104(Dt)0.25;

С10=7×10-4(Dt)0.75;

2.2. Лазерные излучатели класса 2

Это маломощные лазерные приборы,излучающие только в видимом (0.4<l<0.7мкм) диапазоне. Их непрерывная мощность ограничена 1 мВт, так какпредполагается, что человек обладает естественной реакцией защиты своих глаз отвоздействия непрерывного излучения (рефлекс мигания). В случае кратковременныхоблучений (Dt<0.25 мин)энергетика лазерных излучателей класса 2 не должна превышать соответствующиеДПИ для приборов класса 1.

Таким образом, лазерныеизлучатели класса 2 не могут нанести вред человеку помимо его желания.

/>/>/>/>2.3.Лазерные излучатели класса 3

Излучатели этого класса занимаютпереходное положение между безопасными приборами классов 1, 2 и лазерами класса4 (которые безусловно требуют принятия мер по защите персонала). В соответствиис этим МЭК рекомендует подразделять лазерные излучатели класса 3 на дваподкласса — 3А и 3Б.

/>/>/>/>2.3.1.Лазерные излучатели подкласса 3А

К ним относят условно безопасныеизлучатели. Они не способны повредить зрение человека, но при условиинеиспользования каких-либо дополнительных оптических приборов для наблюденияпрямого лазерного излучения. В соответствии с этим условием мощность видимогоизлучения непрерывных лазеров подкласса 3А не должна превышать 5 мВт (то естьпятикратного значения ДПИ для класса 2), а облученность — 25 Вт/м2.Допустимая энергетика для других длин волн и длительностей облучения не должнаболее чем в 5 раз превышать ДПИ для класса 1 (см. таблицу 2.2).

Таблица 2.2

ДПИ для лазеров подкласса 3А

Длина ДПИ волны Еди- Усло- При длительности излучения Dt, с l, нм ница изме-рения вие

<10-9

От 10-9 до 10-7

От 10-7 до 1.8×10-5

От 1.8×10-5 до 5×10-5

От 5×10-5 до 10

От 10 до 103

От 103 до 104

От 104 до 3×104

От 200 мДж — — 0.12 0.12 0.12 0.12 0.12 0.12 0.12 до

Дж/м2

— — 30 30 30 30 30 30 30 302.5* МВт — 0.12 — — — — — — —

ГВт/м2

— 30 — — — — — — — От 302.5 мкДж

При Dt£T1

—

4C1

— — до 315 мкДж

При Dt>T1

—

4C2

— — мкДж — — — — — — —

4C2

Дж/м2

При Dt£T1

—

— —

Дж/м2

При Dt>T1

—

— —

Дж/м2

— — — — — — —

МВт — 0.12 — — — — — — —

ГВт/м2

— 30 — — — — — — — От 315 Вт —

1.2×105

— — — — — —

4×10-5

до 400

Вт/м2

—

3×1010

— — — — — — 10 мкДж — —

4C1

4×10-4

—

Дж/м2

— —

104

— От 400 Дж — —

10-6

5С10

— — — до 700

Дж/м2

— —

5×10-3

С6

— — — Вт — 1000 — — — —

5×10-3

Вт/м2

—

5×106

— — — — 25** 25** 25** От 700 Дж — —

С4×10-6

5С4С10

— до 1050

Дж/м2

— —

5×10-3× С4

С4С6

— Вт —

103×С4

— — — — — —

6×10-4× С4

Вт/м2

—

5×106С4

— — — — — —

3.2С4

От 1050 мДж — — 0.01 0.01 0.01

С6

— до

Дж/м2

— — 0.05 0.05 0.05

5С6

— 1400 Вт —

104

— — — — — —

3×10-3

Вт/м2

—

5×107

— — — — — — 16 От 1400 мкДж — — 400

2С9

— —

до 105

Дж/м2

— — 100

С1

— — Вт —

4×105

— — — — —

4×10-3

Вт/м2

—

1011

— — — — —

103

От 105

мДж — — 50

0.5С1

— —

до 106

Дж/м2

— — 100

С1

— — Вт —

5×107

— — — — — 0.5 0.5

Вт/м2

—

1011

— — — — —

103

С1=5.6×103(Dt)0.25; T1=100.8(l-295)-15;

C2=100.2(l-295); T2=101+0.02(l-550);

C4=10(l-700)/500;

С6=18(Dt)0.75; *—Здесь и далее необходимы двойные пределы
С9=1.1×104(Dt)0.25; длякласса 3А.

С10=7×10-4(Dt)0.75; **—Естественная защитная реакция на
излучениеболее 0.25 секунд.

/>/>/>/>2.3.2.Лазерные излучатели подкласса 3Б

К ним относят излучатели среднеймощности, непосредственное наблюдение которых даже невооруженным (без фокусирующейоптической системы) глазом опасно для зрения. Однако при соблюденииопределенных условий — удалении глаза более чем на 13 см от рассеивателя ивремени воздействия не более 10 с — допустимо наблюдение диффузно рассеянногоизлучения. Поэтому непрерывная мощность таких лазеров не может превышать 0.5Вт, а энергетическая экспозиция — 100 кДж/м2. Остальные значения ДПИдля лазеров подкласса 3Б приведены в таблице 2.3.

Таблица 2.3

ДПИ для лазеров подкласса 3Б

Длина волны ДПИ l, нм Единица При длительности излучения Dt, с измерения

<10-9

От 10-9 до 0.25

От 0.25 до 3×104

От 200 до 302.5 Дж —

3.8×10-4

— Вт

3.8×10-5

—

1.5×10-3

От 302.5 до 315 Дж —

1.25×10-5×С2

— Вт

1.25×104×С2

—

5×10-5×С2

От 315 до 400 Дж — 0.125 — Вт

1.25×108

— 0.5 От 400 до 700*

Дж/м2

—

3.14×С7 и <105

— Вт — — 0.5

Вт/м2

3.14×1011

— — От 700 до 1050*

Дж/м2

—

3.14×С4×С7 и <105

— Вт — — 0.5

Вт/м2

3.14×1011

— — От 1050 до 1400*

Дж/м2

—

15.7×С7 и <105

— Вт — — 0.5

Вт/м2

1.57×1012

— —

От 1400 до 106

Дж/м2

—

105

— Вт — — 0.5

Вт/м2

1014

— —

C2=100.2(l-295);

C4=10(l-700)/500; *—Необходимы двойные пределы для класса 3Б.

С7=105(Dt)0.33;

/>/>/>/>2.4.Лазерные излучатели класса 4

Это мощные лазерные установки,способные повредить зрение и кожные покровы человека не только прямым, но идиффузно рассеянным излучением. Значения ДПИ в данном случае превышаютзначения, принятые для подкласса 3Б. Работа с лазерными излучателями класса 4требует обязательного соблюдения соответствующих защитных мер.

/>/>2.5. Особенности использования ДПИ приклассификации лазерных излучателей

Лазерные излучатели, генерирующиена двух или более длинах волн неаддитивно, классифицируют по наибольшему классуопасности для каждой из них. В случае попадания генерируемых волн в одинподдиапазон (аддитивные воздействия) поступают аналогично определению МДУ, тоесть сумма относительных излучений, нормированных по ДПИ для данной длиныволны, не должна превышать единицы:

(ИS)отн = Иотн(l1) + Иотн(l1) +… = Иотн(l1) / ДПИ(l1) + Иотн(l1) / ДПИ(l2) +… < 1.

Если, например, через какое-либоотверстие корпуса защитного кожуха, или при введении оптического зонда, или вслучае отказа блокировок лазерное излучение может попасть на человека — егоглаза или только на кожные покровы, то классификацию осуществляют с учетом иэтого дополнительного облучения.

Классификация лазерных приборов,излучающих повторяющиеся импульсы, осуществляют следующим образом. Последовательноопределяют класс опасности для:

1. наиболее мощного импульса в серии;

2. средней мощности импульсов в серии,действующих якобы как один импульс с длительностью, равной длительности серии;

3. наиболее мощного импульсапоследовательности из n импульсов (за время проведения классификации) примгновенной частоте повторения импульсов (определяемой по самому короткому интервалу)f>1 Гц. Однако при длительности отдельных импульсов Dt<10 мкс значение вкладакаждого отдельного импульса уменьшают на значение коэффициента С5;при Dt>10 мкс одиночнымсчитают импульс длительностью T=Dt×n и значение еговклада уменьшают в n раз;

4. наиболее мощного эквивалентногоимпульса, представляющего собой последовательность (группу) из n<10импульсов, повторяющихся с квазирегулярными интервалами. При этомэнергетическая экспозиция эквивалентного импульса равна полной энергетическойэкспозиции группы импульсов, а длительность эквивалентного импульса равна илинаименьшей длительности импульса в группе (при Dtгр<10 мкс), или сумме длительностейотдельных импульсов в группе (при Dtгр>10мкс).

В результате лазерному приборуприсваивают наиболее высокий класс опасности из вычисленных в пунктах 1 — 4.Если при определении ДПИ для эквивалентного импульса требования будут болеежесткими, то, следуя пунктам 1 — 3, можно немного уменьшить получаемыезначения. Причем если n>10, то нужно следовать пункту 3.

Кроме того, 825-й публикацией МЭКпредусмотрен целый ряд дополнительных организационно-технических мероприятий,обязательных для изготовителя, по обеспечению безопасности лазерных изделий.

/>/>3.Технико-гигиеническая оценка лазерных изделий в России

В нашей стране на базепроведенных комплексных исследований и современных представлений о влияниилазерного излучения на организм человека разработан и утвержден ряд нормативныхдокументов, обеспечивающих безопасную эксплуатацию лазерных изделий. Этидокументы устанавливают единую систему обеспечения лазерной безопасности. Втакую систему входят: технические средства снижения опасных и вредныхпроизводственных факторов, организационные мероприятия, контроль условий труда на лазерных установках.

В современной отечественнойнаучно-технической и нормативной литературе дано несколько вариантовклассификации лазерных изделий. С позиции обеспечения лазерной безопасности ихклассифицируют по основным физико-техническим параметрам и степени опасностигенерируемого излучения.

В зависимости от конструкциилазера и конкретных условий его эксплуатации обслуживающий его персонал можетбыть подвержен воздействию опасных и вредных производственных факторов,перечень которых приведен в ГОСТ 12.1.040-83.

Уровни опасных и вредныхпроизводственных факторов на рабочем месте не должны превышать значений,установленных по электробезопасности, взрывоопасности, шуму, уровнямионизирующего излучения, концентрации токсических веществ и др.

/>/>3.1. Классы опасности лазерногоизлучения по СНиП 5804-91

Степень воздействия лазерногоизлучения на оператора зависит от физико-технических характеристик лазера —плотности мощности (энергии излучения), длины волны, времени облучения,длительности и периодичности импульсов, площади облучаемой поверхности.

Биологический эффект лазерногооблучения зависит как от вида воздействия излучения на ткани организма(тепловое, фотохимическое), так и от биологических и физико-химических особенностей самих тканей и органов.

Наиболее опасно лазерноеизлучение с длиной волны:

380¸1400 нм — для сетчатки глаза,

180¸380 нм и свыше 1400 нм — для переднихсред глаза,

180¸105 нм (т.е. во всемрассматриваемом диапазоне) — для кожи.

Нашими гигиенистами выдвинутытребования, в соответствии с которыми в основу проектирования, разработки иэксплуатации лазерной техники должен быть положен принцип исключениявоздействия на человека (кроме лечебных целей) лазерного излучения, какпрямого, так и зеркально ил диффузно отраженного.

В соответствии со СНиП 5804-91лазерные изделия по степени опасности генерируемого излучения подразделяют на 4класса. При этом класс опасности лазерного изделия определяется классомопасности используемого в нем лазера. Классификацию лазеров с точки зрениябезопасности проводит предприятие-изготовитель путем сравнения выходныххарактеристик излучения с предельно допустимыми уровнями (ПДУ) при однократномвоздействии. Определяя принадлежность лазерного изделия к тому или иному классупо степени опасности лазерного излучения, необходимо учитывать воздействие прямогоили отраженного лазерного пучка на глаза и кожу человека и пространственныехарактеристики лазерного излучения (при этом различают коллимированноеизлучение, то есть заключенное в ограниченном телесном угле, инеколлимированное, то есть рассеянное или диффузно отраженное). Использованиедополнительных оптических систем не входит в понятие «коллимация», аоговаривается отдельно.

Лазерные изделия с точки зрениятехники безопасности классифицируют в основном по степени опасностигенерируемого излучения. Установлены следующие 4 класса лазеров:

1. к нему относятполностью безопасные лазеры, выходное излучение которых не представляетопасности для глаз и кожи человека;

2. к нему относятлазеры, выходное излучение которых представляет опасность при облучении кожиили глаз человека коллимированным пучком. В то же время диффузно отраженноеизлучение лазеров этого класса безопасно как для кожи, так и для глаз;

3. к нему относятлазерные устройства, работающие в видимой области спектра и выходное излучениекоторых представляет опасность при облучении как глаз (коллимированным идиффузно отраженным излучением на расстоянии менее 10 см от отражающейповерхности), так и кожи (только коллимированным пучком);

4. наиболее опасный— к нему относят лазерные устройства, даже диффузно отраженное излучениекоторых представляет опасность для глаз и кожи на расстоянии менее 10 см.

При определении класса опасностилазерного излучения учитываются три спектральных диапазона.

Таблица 3.1

Класс опасности 180<l£380 380<l£1400

1400<l£105

лазерного Диапазон излучения I II III 1 + + + 2 + + + 3 — + — 4 + + +

/>/>

3.2. Гигиеническое нормированиелазерного излучения.

В соответствии со СНиП 5804-91регламентируют ПДУ для каждого режима работы лазера и его спектральногодиапазона. Нормируемыми параметрами с точки зрения опасности лазерногоизлучения являются энергия W и мощность P излучения, прошедшего ограничивающуюапертуру диаметрами dа=1.1 мм (в спектральных диапазонах I и II) и dа=7мм (в диапазоне II); энергетическая экспозиция H и облученность E, усредненныепо ограничивающей апертуре:

H=W/Sa; E=P/Sa (3.1)

где Sa — площадьограничивающей апертуры.

Угловой размер l протяженного источника излученияопределяется по формуле

/> (3.2)

где S0— площадьисточника, l — расстояние от точки наблюдения до источника, Q — угол между нормалью кповерхности источника и направлением визирования.

В случае протяженного источникаизлучения вводят дополнительный коэффициент В³1 для всего диапазона возможных интерваловоблучения при l>lпред — угловогоразмере точечного источника.

ПДУ лазерного излученияустанавливают для двух условий — однократного и хронического облучения. Подхроническим понимают «систематически повторяющееся воздействие, которомуподвергаются люди, профессионально связанные с лазерным излучением». ПДУпри этом определяют как:

1) уровнилазерного излучения, при которых «существует незначительная вероятностьвозникновения обратимых отклонений в организме» человека;

2) уровниизлучения, которые «при работе установленной продолжительности в течениевсего трудового стажа не приводят к травме (повреждению), заболеванию илиотклонению в состоянии здоровья как самого работающего, так и последующих егопоколений».

ПДУ хронического воздействиярассчитывают путем уменьшения в 5¸10 раз ПДУ однократного воздействия.

ПДУ при одновременном воздействииизлучений с разными длинами волн устанавливают так: для кожи и передних средглаза — в спектральных диапазонах I и III (длина волн 180<l£380 нм и 1400<l£105 нм соответственно); длясетчатки глаза — в диапазоне II (длина волн 380<l£1400 нм). В каждом из этих случаевдействие различных источников считают аддитивным:

/> (3.3)

где n — число источниковизлучения, действие которых аддитивно, i — условный порядковый номер источника,/> — предельно допустимыезначения энергии (или мощности) каждого источника; Сi —относительный энерговклад каждого источника, определяемый как отношение энергии(мощности) источника с порядковым номером i к суммарной энергии (мощности) всехисточников.

/>/>3.2.1. ПДУ лазерного излучения УФдиапазона

Для УФ излучения с длиной волны l=180¸380 нм (какколлимированного, так и рассеянного) при однократном воздействии на глаза икожу человека нормируют Hпду, Eпду и Wпду, Рпду.В этом спектральном диапазоне диаметр ограничивающей апертуры da=1.1×10-3м. Поэтому

/> (3.4)

где ПДУ облучения зависит отдлительности воздействия и длины волны

Таблица 3.2

Предельные дозы при однократномвоздействии на глаза

и кожу коллимированного или рассеянноголазерного излучения

Длина волны l, нм Длительность воздействия t, с

HПДУ, Дж×м-2;

EПДУ, Вт×м-2

180<l£380 t£10

HПДУ/>

380<l£302.5

10<t£3×104

HПДУ=25; EПДУ=25/t

302.5<l£315

10<t£T1

HПДУ/>

302.5<l£315

T1<t£3×104

HПДУ=0.8×100.2(l-295); EПДУ=0.8×100.2(l-295)/t

315<l£380

10-9<t£10

HПДУ/>

315<l£380

10<t£3×104

HПДУ=8×103; EПДУ=8×103/t

Примечания: 1.Во всех случаях Wпду=Hпду×10-6;Pпду=Eпду×10-6.

2. Для второгоспектрального поддиапазона T1=105×100.8(l-295),где l в нанометрах.

3.Ограничивающая апертура составляет 1.1×10-3м.

На практике важное значение имеетпредельно допустимая однократная суточная доза.

Таблица 3.3

Предельные однократные суточныедозы при облучении глаз и кожи лазерным излучением

Длина волны l, нм

HSПДУ (3×104) Дж×м-2;

180<l£380 25 302.5<l£315

0.8×100.2(l-295)

305 80 307.5 250 310

8×102

312.5

2.5×103

315

8×103

315<l£380

8×103

/>/>3.2.2 ПДУ лазерного излучения приоблучении глаз в диапазоне 380<l£1400 нм

Таблица 3.4

Предельные дозы при однократномвоздействии на глаза

коллимированного лазерногоизлучения

Длина волны l, нм Длительность воздействия t, с

WПДУ, Дж

380<l£600

t£2.3×10-11

2.3×10-11<t£5×10-5

8×10-8

5×10-5<t£1

600<l£750

t£6.5×10-11

6.5×10-11<t£5×10-5

1.6×10-7

5×10-5<t£1

750<l£1000

t£2.5×10-10

2.5×10-10<t£5×10-5

4×10-7

5×10-5<t£1

1000<l£1400

t£10-9

10-9<t£5×10-5

10-6

5×10-5<t£1

Примечания: 1.Длительность воздействия меньше 1 с.

2.Ограничивающая апертура = 7×10-3м.

/>/>3.2.3 ПДУ лазерного излучения приоблучении кожи в диапазоне 380<l£1400 нм

Таблица 3.7

Предельные дозы при однократномвоздействии на кожу коллимированного или рассеянного лазерного излучения

Длина волны l, нм

Длительность
излучения t, с

HПДУ, Дж×м-2;
EПДУ, Вт×м-2

380<l£500

10-10<t£10-1

HПДУ=/>

10-1<t£1

HПДУ=/>

1<t£102

EПДУ=/>

t>102

EПДУ=5×102

500<l£900

10-10<t£3

HПДУ=/>

3<t£102

EПДУ=/>

t>102

EПДУ=5×102

900<l£1400

10-10<t£1

HПДУ=/>

1<t£102

EПДУ=/>

t>102

EПДУ=5×102

Примечания: 1.Ограничивающая апертура = 1.1×10-3м.

2. Wпду =10-6Hпду;Pпду =10-6Eпду.

/>/>3.2.4. ПДУ лазерного излучения вдиапазоне 1400<l£105нм

Таблица 3.8

Предельные дозы при однократномвоздействии на глаза и кожу коллимированного или рассеянного лазерного излучения

Длина волны l, нм

Длительность
облучения t, с

HПДУ, Дж×м-2;
EПДУ, Вт×м-2

1400<l£1800

10-10<t£1

HПДУ=/>

1<t£102

EПДУ=/>

t>102

EПДУ=5×102

1800<l£2500

10-10<t£3

HПДУ=/>

3<t£102

EПДУ=/>

t>102

EПДУ=5×102

250<l£105

10-10<t£10-1

HПДУ=/>

10-1<t£1

HПДУ=/>

1<t£102

EПДУ=/>

t>102

EПДУ=5×102

Примечания: 1.Ограничивающая апертура = 1.1×10-3м.

2. Wпду =10-6Hпду;Pпду =10-6Eпду.

/>/>3.2.5. Определение класса лазерногоизделия по степени опасности излучения, генерируемого лазером

Для определения класса опасностилазера (и лазерного изделия в целом) предельно допустимые уровни излучения дляглаз и кожи человека в зависимости от режима генерации и спектральногодиапазона излучения сопоставляют с ограничениями по классам, данными в таблице3.9.

еще рефераты

Еще работы по радиоэлектронике

Реферат по радиоэлектронике

Лазерные оптико-электронные приборы

25 Июня 2015

Реферат по радиоэлектронике

Лазерные телевизоры

1 Сентября 2013

Реферат по радиоэлектронике

Лекции по твердотельной электронике

1 Сентября 2013

Реферат по радиоэлектронике

МОП-транзисторы

1 Сентября 2013