Защита от ионизирующих излучений. Лазерное излучение и защита от его действия

Методы защиты от лазерного излучения

К организационным защитным мероприятиям относятся:

· Организация рабочих мест с определением всех необходимых защитных мероприятий и учетом специфики конкретных обстоятельств использования лазерных установок;

· Обучение персонала и контроль знаний правил техники безопасности;

Технические мероприятия и средства защиты подразделяются на коллективные и индивидуальные. Коллективные включают в себя:

· Средства нормализации внешней среды;

· Автоматические системы управления технологическим процессом;

· Использование предохранительных устройств, приборов, различных ограждений лазерно - опасной зоны;

· Использование телеметрических и телевизионных систем наблюдения;

· Применение заземления, зануления, блокировки и т.д.

Биологическое воздействие лазерного излучения на организм делится на две группы:

* первичные эффекты или органические изменения, возникающие непосредственно в облучаемых тканях персонала;

* вторичные эффекты - различные неспецифические изменения, возникающие в тканях в ответ на облучение.

Основные негативные проявления на организм человека: тепловые, фотоэлектрические, люминесцентные, фотохимические.

При попадании лазерного излучения на поверхность металла, стекла и др. происходит отражение и рассеивание лучей.

Опасные и вредные факторы работы ОКГ:

* лазерное облучение (прямое, рассеянное, отраженное);

* световое излучение от импульсных ламп;

* ультрафиолетовое излучение от кварцевых газоразрядных трубок;

* шумовые эффекты;

* ионизирующее излучение;

* электромагнитные поля ВЧ и СВЧ от генераторов накачки;

* инфракрасное излучение и тепловыделение от оборудования и нагретых поверхностей;

* агрессивные и токсические вещества, используемые в конструкции лазера .

Степень воздействия лазерного излучения на организм человека зависит от длины волны, интенсивности (мощности и плотности) излучения, длительности импульса, частоты импульсов, времени воздействия, биологических особенностей тканей и органов. Наиболее биологически активно ультрафиолетовое излучение, вызывающее фотохимические реакции.

За счет термического действия лазерного излучения на коже возникают ожоги, а при энергии более 100 Дж происходит разрушение и сгорание биоткани. При длительном воздействии импульсного излучения в облученных тканях энергия излучения быстро преобразуется в теплоту, что ведет к мгновенному разрушению тканей.

Нетермическое действие лазерного излучения связано с электрическими и фотоэлектрическими эффектами.

Поток энергии, попадая на биологические ткани, вызывает в них изменения , наносящие вред здоровью человека. Опасно это излучение и для органов зрения. Особенно опасно, если лазерный луч пройдет вдоль зрительной оси глаза. Если луч лазера фиксируется на сетчатке глаза, то может произойти коагуляция сетчатки, в результате чего возникнет слепота в пораженной области сетчатки. При этом необходимо помнить, что опасность для органов зрения представляет не только прямой, но и отраженный лазерный луч, даже если отражающая его поверхность незеркальная.

* осуществлять визуальный контроль степени излучения, генерацией;

* направлять излучение лазера на человека;

* персоналу носить блестящие предметы (серьги, украшения);

* обслуживать лазерную технику одним человеком;

* находиться посторонним лицам в зоне излучения;

* размещать в зоне луча предметы, вызывающие зеркальное отражение.

Рабочие места должны быть оборудованы вытяжной вентиляцией.

При недостаточном обеспечении безопасности коллективными средствами защиты применяются индивидуальные СИЗ. К средствам индивидуальной защиты относятся специальные противолазерные очки (светофильтры), щитки, маски, технологические халаты и перчатки (черного цвета из обычных хлопчатобумажных тканей).

Ношение защитных очков со светофильтрами (табл. 2.6.8) обеспечивает интенсивное снижение облучения глаз лазерным облучением. Светофильтры должны соответствовать специальной оптической плотности, спектральной характеристике и максимально допустимому уровню излучения.

Большое значение в уменьшении неблагоприятного действия лазерного излучения на организм человека имеет соблюдение мер лазерной безопасности и санитарных норм.

«Санитарные нормы и правила устройства и эксплуатации лазеров» №5804-91 устанавливают предельно допустимые уровни (ПДУ) 218

лазерного излучения в диапазоне длин волн 180... 105 нм при различных условиях воздействия на человека.

Предельно допустимые уровни (ПДУ) лазерного излучения устанавливаются для двух условий облучения (однократного и хронического) и для трех диапазонов длин волн:

I- 180 X энергетическая экспозиция (Н ), облученность (Е), а также энергия (W) и мощность (Р ) излучения.

Предельно допустимые уровни облучения однократного и непрерывного лазерного излучения выбирают из расчета наименьшей величины энергетической экспозиции, не вызывающей первичных и вторичных биологических эффектов, с учетом длины волны (>*) и длительности воздействия (/).

Так, для непрерывного лазерного излучения с длиной волны X = 0,308 мкм при облучении глаз и кожи в течение рабочего дня предельно допустимый уровень энергетической экспозиции будет Н ППУ = 10 4 Дж/см 2 .

При воздействии на глаза серий импульсов коллимированного излучения с длительностью излучения одного импульса менее 0,25 с предельно допустимые уровни рассчитывают с учетом частоты повторения импульсов и длительности воздействия серии импульсов. Санитарные нормы также устанавливают:

Классификацию лазеров по степени опасности генерируемого ими излучения, требования к эксплуатации лазеров, требования к технологическим процессам, производственным помещениям, размещению оборудования, требования к персоналу, требования к применению средств защиты, контроль за состоянием производственной среды.

Способы защиты персонала от лазерного излучения подразделяются на коллективные и индивидуальные.

Коллективные средства защиты от лазерного излучения включают:

• защитные экраны (или кожухи), препятствующие попаданию лазерного излучения на рабочие места;
• размещение пульта управления лазерной установкой в отдельном помещении с телевизионной или другой системой наблюдения за ходом процесса;
• экранирование света импульсных ламп накачки и ультрафиолетового излучения газового разряда;
• системы блокировок и сигнализации, предотвращающие доступ персонала в пределы лазерно-опасной зоны;
• окраску внутренних поверхностей помещений в матовый цвет с минимальным коэффициентом отражения;
• ограждение (маркировка) лазерно-опасной зоны.

Работы с лазерными установками следует проводить в отдельных, специально выделенных помещениях. Само помещение изнутри, оборудование и предметы, находящиеся в нем, не должны иметь зеркально отражающих поверхностей. Все поверхности в помещении лучше окрашивать в матовые тона с коэффициентом отражения не более 0,4. Искусственное освещение в помещении должно быть комбинированным и обеспечивать освещенность согласно санитарным нормам. Следует избегать работ с лазерными установками при затемнении помещения, так как при пониженной освещенности зрачок расширяется и увеличивается вероятность попадания лазерного излучения в глаз.

Лазерная установка должна быть максимально экранирована. Генератор и лампа накачки должны быть заключены в светонепроницаемую камеру. Лампы накачки должны иметь блокировку, исключающую возможность вспышки лампы при открытом положении экрана лампы. Экранирующие щиты, экраны, шторы, занавеси изготавливаются из непрозрачных теплостойких материалов.

Средства индивидуальной защиты применяются при проведении пусконаладочных и ремонтных работ, работ с открытыми лазерными установками.

Они включают в себя средства защиты глаз и лица (защитные очки, щитки, насадки), средства защиты рук и спецодежду.

При работе средств индивидуальной защиты (СИЗ) необходимо учитывать рабочую длину волны излучения и оптическую плотность светофильтра. В табл. 10.4 приведены характеристики стекол, рекомендуемых для изготовления защитных очков.

Таблица 10.4

Оптическая плотность светофильтров, применяемых в защитных очках, щитках и насадках, должна удовлетворять требованиям:

где # тах, ? тах - максимальные значения энергетических параметров лазерного излучения в рабочей зоне; # пду, ? пду - предельно допустимые уровни энергетических параметров при хроническом облучении.

Лазерное излучение - вынужденное испускание атомами вещества порций-квантов электромагнитного излучения. Слово "лазер" - аббревиатура, образованная из начальных букв английской фразы Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (усиление света с помощью индуцированного излучения). Следовательно, лазер (оптический квантовый генератор) - это генератор электромагнитного излучения оптического диапазона, основанный на использовании вынужденного (стимулированного) излучения . Лазерная установка включает активную (лазерную) среду с оптическим резонатором, источник энергии ее возбуждения и, как правило, систему охлаждения. За счет монохроматичности лазерного луча и его малой расходимости создаются исключительно высокие энергетические экспозиции, позволяющие получить локальный термоэффект. Это является основанием для использования лазерных установок при обработке материалов (резание, сверление, поверхностная закалка и др.), в хирургии и т. д.

Лазерное излучение способно распространяться на значительные расстояния и отражаться от границы раздела двух сред, что позволяет применять это свойство для целей локации, навигации, связи и т. д. Путем подбора тех или иных веществ в качестве активной среды лазер может индуцировать излучение практически на всех длинах волн, начиная с ультрафиолетовых и кончая длинноволновыми инфракрасными. Наибольшее распространение в промышленности получили лазеры, генерирующие электромагнитные излучения с длиной волны 0,33; 0,49; 0,63; 0,69; 1,06; 10,6 мкм.

Основные физические величины , характеризующие лазерное излучение:

Длина волны, мкм;

Энергетическая освещенность (плотность мощности), Вт/м 2 , - отношение потока излучения, падающего на рассматриваемый небольшой участок поверхности, к площади этого участка;

Энергетическая экспозиция, Дж/м 2 , - отношение энергии излучения, определяемой на рассматриваемом участке поверхности, к площади этого участка;

Длительность импульса, с;

длительность воздействия, с, - срок воздействия лазерного излучения на человека в течение рабочей смены;

частота импульсов, Гц, - количество импульсов за 1 с.

Воздействие на человека (при работе с лазерными установками) оказывают прямое (непосредственно из лазера), рассеянное и отраженное излучения. Степень неблагоприятного воздействия зависит от параметров лазерного излучения, прежде всего от длины волны, мощности (энергии) излучения, длительности воздействия, частоты следования импульсов, а также от размеров облучаемой области ("размерный эффект") и анатомо-физиологических особенностей облучаемой ткани (глаза, кожа).

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

В настоящее время доказано, что на месте воздействия луча лазера возникает первичный биологический эффект - ожог с резким повышением температуры. Локальное повышение температуры приводит к вскипанию тканевой, межтканевой и клеточной жидкости, образованию пара и огромному давлению. Последующий взрыв и ударная волна распространяются на окружающие ткани, вызывая их гибель.

Лазерное излучение представляет опасность для глаз. Могут быть поражены сетчатка, роговица, радужка, хрусталик. Короткие импульсы (0,1-10…14 с), которые генерируют лазеры, способны вызвать повреждения за значительно более короткий промежуток времени, чем тот, который необходим для срабатывания защитных физиологических механизмов (мигательный рефлекс 0,1 с). Отражающая способность кожного покрова в видимой области спектра высокая. Лазерное излучение дальней инфракрасной области начинает сильно поглощаться кожей, возникает опасность ожогов. Данные исследований свидетельствуют о том, что лазерное излучение видимой области спектра вызывает сдвиги в функционировании эндокринной и иммунной систем, центральной и периферической нервной системы, белкового, углеводного и липидного обмена. Длительное хроническое действие Л. и. длиной волны 1,06 мкм вызывает вегетативно-сосудистые нарушения. Практически все исследователи, изучавшие состояние здоровья лиц, обслуживающих лазеры, подчеркивают более высокую частоту обнаружения у них астенических и вегетативно-сосудистых расстройств. Наиболее характерными у работающих с лазерами являются астения и вегетососудистая дистония.

Лазерное излучение нормируется ГОСТ 12.1.040-83 «ССБТ. Лазерная безопасность. Общие положения» и Санитарными правилами и нормами 2.2.4.13-2-2006 "Лазерное излучение и гигиенические требования при эксплуатации лазерных изделий".

По степени опасности генерируемого излучения лазеры подразделяются на четыре класса. К лазерам I класса относят полностью безопасные лазеры, то есть такие лазеры, выходное коллимированное излучение которых не представляет опасности при облучении глаз и кожи. Лазеры II класса - это лазеры, выходное излучение которых представляет опасность при облучении кожи или глаз человека коллимированным пучком (опасность при облучении кожи существует только в I и III спектральных диапазонах); диффузно отраженное излучение безопасно как для кожи, так и для глаз. К лазерам III класса относятся такие лазеры, выходное излучение которых представляет опасность при облучении глаз не только коллимированным, но и диффузно отраженным излучением на расстоянии 10 см от отражающей поверхности и (или) при облучении кожи коллимированным излучением. Диффузно отраженное излучение не представляет опасности для кожи. Этот класс распространяется только на лазеры, генерирующие излучение в спектральном диапазоне II. Четвертый (IV) класс включает такие лазеры, диффузно отраженное излучение которых представляет опасность для глаз и кожи на расстоянии 10 см от отражающей поверхности.

Класс опасности лазерного изделия определяется классом используемого в нем лазера.

Биологические эффекты воздействия лазерного излучения на организм определяются механизмами взаимодействия излучения с тканями (тепловой, фотохимический, ударно-акустический и др.) и зависят от длины волны излучения, длительности импульса (воздействия), частоты следования импульсов, площади облучаемого участка, а также от биологических и физико-химических особенностей облучаемых тканей и органов. Излучение с длиной волны от 380 до 1400 нм представляет наибольшую опасность для сетчатой оболочки глаза, а излучение с длиной волны от 180 до 380 нм и свыше 1400 нм - для передних сред глаза. Повреждение кожи может быть вызвано излучением любой длины волны рассматриваемого спектрального диапазона 180…10 2 нм.

12. Предельно допустимые уровни (ПДУ) ЛИ устанавливаются для двух условий облучения - однократного и хронического для трех диапазонов длин волн:

I. 180 ˂λ≤ 380 нм;

II. 380 ˂λ≤1400;

III. 1400 ˂λ≤ 10 5 .

13. Нормируемыми параметрами ЛИ являются энергетическая экспозиция и облученность, усредненные по ограничивающей апертуре.

Опасные и вредные производственные факторы	Класс лазера
Лазерное излучение: прямое, зеркальное отраженное диффузное отражение Повышенная напряженность электрического поля Повышенная запыленность и загазованность воздуха рабочей зоны Повышенный уровень ультрафиолетовой радиации Повышенная яркость света Повышенные уровни шума и вибрации Повышенный уровень ионизирующих излучений Повышенный уровень электромагнитных излучений ВЧ- и СВЧ-диапазонов Повышенный уровень инфракрасной радиации Повышенная температура поверхностей оборудования	- - -(+) - - - - - - - -	+ - + - - - - - - - -	+ + + -(+) -(+) -(+) -(+) - - -(+) -(+)	+ + + + + + + + -(+) + +

Защита от лазерного излучения осуществляется организационно-техническими, санитарно-гигиеническими и лечебно-профилактическими методами.

Организационно-технические методы:

Выбор, планировка и внутренняя отделка помещений;

Рациональное размещение лазерных установок и порядок их обслуживания;

Использование минимального уровня излучения для достижения поставленной цели;

- организация рабочего места (применение средств защиты, ограничение времени воздействия излучения, проведение инструктажа и назначение лиц, ответственных за организацию и проведение работ);

- обучение персонала.

Санитарно-гигиенические и лечебно-профилактические методы:

контроль за уровнями вредных и опасных факторов на рабочих местах;

контроль за прохождением персоналом предварительных и периодических медицинских осмотров.

Средства защиты от лазерного излучения должны обеспечивать предотвращение воздействия излучения или снижение его величины до уровня, не превышающего допустимого. К средствам коллективной защиты (СКЗ) относятся: ограждения, защитные экраны, блокировки и автоматические затворы, кожухи и др. Они должны предусматриваться на стадии проектирования и монтажа лазеров, при организации рабочих мест, при выборе эксплуатационных параметров.

Средства индивидуальной защиты (СИЗ) от включают: защитные очки, щитки, маски и др.

Выбор средств защиты должен производиться в зависимости от класса лазера, интенсивности излучения в рабочей зоне, характера выполняемой работы. Показатели защитных свойств средств защиты не должны снижаться под воздействием др. вредных и опасных факторов (вибрации, температуры и т. д.). Конструкция средств защиты должна обеспечивать возможность смены основных элементов (светофильтров, экранов, смотровых стекол и пр.). СИЗ глаз и лица (защитные очки и щитки), снижающие интенсивность Л. и. до ПДУ, должны применяться только в тех случаях (пусконаладочные, ремонтные и экспериментальные работы), когда СКЗ не обеспечивают безопасность персонала.

Лазер или оптический квантовый генератор - это генератор электромагнитного излучения оптического диапазона, основанный на использовании вынужденного (стимулированного) излучения. Благодаря своим уникальным свойствам (высокая направленность луча, когерентность) лазеры находят исключительно широкое применение в различных областях промышленности, науки, техники, связи, сельском хозяйстве, медицине, биологии и др.

В основу классификации лазеров положена степень опасности лазерного излучения для обслуживающего персонала. По этой классификации лазеры разделены на четыре класса:

I (безопасные) - выходное излучение не опасно для глаз;

II (малоопасные) - опасно для глаз прямое или зеркально отраженное излучение;

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;

IV (высокоопасные) - опасно для кожи диффузно отраженное излучение на расстоянии 10 см от отражающей поверхности.

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

Предельно допустимые уровни, требования к устройству, размещению и безопасной эксплуатации лазеров регламентированы Санитарными нормами и правилами устройства и эксплуатации лазеров от 31.07.1991 № 5804-91, которые позволяют разрабатывать мероприятия по обеспечению безопасных условий труда при работе с лазерами. Санитарные нормы и правила позволяют определить значения предельно допустимых уровней для каждого режима работы, участка оптического диапазона по специальным формулам и таблицам. Предельно допустимые уровни облучения дифференцированы с учетом режимов работы лазеров: непрерывного, моноимпульсного, импульсно-периодического.

В зависимости от специфики технологического процесса работа с лазерным оборудованием может сопровождаться воздействием на персонал главным образом отраженного и рассеянного излучения. Энергия излучения лазеров в биологических объектах (ткань, орган) может претерпевать различные превращения и вызывать органические изменения в облучаемых тканях (первичные эффекты) и неспецифические изменения функционального характера (вторичные эффекты), возникающие в организме в ответ на облучение.

Влияние излучения лазера на органы зрения (от небольших функциональных нарушений до полной потери зрения) зависит в основном от длины волны и локализации воздействия.

При применении лазеров большой мощности и расширении их практического использования возросла опасность случайного повреждения не только органа зрения, но и кожных покровов и даже внутренних органов с дальнейшими изменениями в центральной нервной и эндокринной системах.

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

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

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

При размещении в одном помещении нескольких лазеров следует исключить возможность взаимного облучения операторов, работающих на различных установках. Не допускается в помещения, в которых размещены лазеры, вход лиц, не имеющих отношения к их эксплуатации. Запрещается визуальная юстировка лазеров без средств зашиты.

Для защиты от шума принимаются соответствующие меры звукоизоляции установок, звукопоглощения и др.

К индивидуальным средствам зашиты, обеспечивающим безопасные условия труда при работе с лазерами, относятся специальные очки, щитки, маски, предназначенные для снижения облучения глаз до предельно допустимого уровня. Средства индивидуальной защиты применяются только в том случае, когда коллективные средства защиты не позволяют обеспечить требования санитарных правил.

Защита персонала от лазерного излучения осуществляется техническими, организационными и санитарно-гигиеническими методами и средствами.

К основным организационным мероприятиям относятся:

рациональное размещение лазерных установок;

ограничение времени воздействия излучения;

обучение персонала;

проведение инструктажей;

выбор, планировка и внутренняя отделка помещений;

организация рабочего места.

К техническим мероприятиям относятся:

применение коллективных средств защиты;

применение индивидуальных средств защиты.

Санитарно-гигиенические и лечебно-профилактические методы включают:

контроль за уровнями опасных и вредных производственных факторов на рабочих местах;

контроль за прохождением персоналом предварительных и периодических медицинских осмотров.

Технические средства защиты применяются для предотвращения воздействия или снижения уровня излучения до допустимых значений, не ограничивая при этом технологических возможностей лазеров и не снижая работоспособность человека. Их защитные характеристики должны оставаться неизменными в течение установленного срока эксплуатации.

К средствам коллективной защиты от лазерного излучения относятся:

оградительные устройства (экраны, щиты, смотровые окна, световоды, перегородки, камеры, кожухи, козырьки, бленды и др.), подразделяемые:

по принципу ослабления на поглощающие; отражающие и комбинированные;

по степени ослабления на непрозрачные и частично прозрачные;

предохранительные устройства, подразделяемые по конструктивному исполнению на:

оптические устройства для визуального наблюдения и юстировки с вмонтированными светофильтрами;

юстировочные лазеры;

телеметрические и телевизионные системы наблюдения;

индикаторные устройства;

устройства автоматического контроля и сигнализации;

устройства дистанционного управления;

символы органов управления.

Средства индивидуальной защиты от лазерного излучения включают:

средства защиты глаз и лица (защитные очки, щитки, насадки);

средства защиты рук (перчатки);

специальную одежду (халаты из хлопчатобумажной или бязевой ткани).

Средства индивидуальной защиты глаз и лица применяются только в тех случаях (пусконаладочные, ремонтные, экспериментальные работы), когда коллективные средства не обеспечивают безопасность персонала.

Применение различных средств защиты от лазерного излучения в зависимости от класса опасности лазера приведено в табл. 31.

Расположение защитных устройств в лазерной установке дано на рис. 87. Экраны и элементы оградительных устройств изготавливаются из огнестойких материалов, не выделяющих вредных веществ при высоких температурах. Конструкция лазерной установки должна исключать воздействие на работающих прямых и диффузных лазерных излучений.

Таблица 31

Средства защиты от лазерного излучения

Средства защиты	Класс опасности лазера					Примечание
Оградительные устройства (кожухи, экраны и т.д.)					Должны снижать уровни опасных и вредных производственных факторов до безопасных значений
Дистанционное управление					Применяется во всех возможных случаях
Устройства сигнализации					Для лазеров видимого диапазона спектра Для лазеров УФ диапазона спектра Для лазеров ИК диапазона спектра
Маркировка знаком лазерной опасности					Лазеры, зона прохождения луча, граница ЛОЗ
Кодовый замок					На дверях помещений, пульте управления
Защитные очки, снижающие уровень диффузного излучения на роговице глаза до ПДУ					При времени воздействия больше 0, 2, 5 с Всегда, когда средства коллективной защиты не обеспечивают безопасных условий труда
Защитная одежда					При соответствующей опасности
Юстировочные очки, снижающие уровень коллимированного излучения на роговице до ПДУ					Ограничено при выполнении юстировки, наладки и ремонтно-профилактических работах

Примечание. ЛОЗ (лазерно-опасная зона) – часть пространства, в пределах которого уровень лазерного излучения превышает предельно допустимый уровень. Юстировка лазера – это совокупность операций по регулировке оптических элементов лазерного изделия для получения требуемых пространственно-энергетических характеристик лазерного излучения.