Основи охорони праці - Березуцький В.В. - 3.7. Гігієнічна оцінка лазерного випромінювання

Лазерна установка включає активне (лазерне) середовище з оптичним резонатором, джерело енергії його збудження і, як правило, систему охолодження.

За рахунок монохроматичності лазерного променя та його малої розбіжності (високого ступеня калібровий) утворюються винятково високі енергетичні експозиції, які дають змогу отримати локальний термоефект. Це є основою використання лазерних установок для обробки матеріалів (різання, свердління, поверхневе загартування тощо), в хірургії та інших галузях. Лазерне випромінювання здатне поширюватися на значні відстані і відбиватися від межі розподілу двох середовищ, що дає змогу застосовувати цю властивість з метою локації, навігації, зв'язку та ін.

Шляхом підбору тих чи інших речовин активного середовища лазера можна індукувати випромінювання практично на всіх довжинах хвиль, починаючи з ультрафіолетових і закінчуючи довгохвильовими інфрачервоними.

Найбільше розповсюдження на цей час у народному господарстві отримали лазери, які генерують електромагнітні випромінювання з довжиною хвилі 0,33; 0,49; 0,63; 0,69; 1,06; 10,6 мкм, тобто діапазон довжин хвиль електромагнітного випромінювання включає такі сфери:

1) ультрафіолетову - від 0,2 до 0,4 мкм;

2) оптичну - понад 0,4 до 0,75 мкм;

3) ближню інфрачервону - понад 0,75 до 1,4 мкм;

4) дальню інфрачервону - понад 1,4 мкм.

Основними фізичними величинами, що характеризують лазерне випромінювання, є:

• довжина хвилі λ, мкм;

• енергетична освітленість (густина потужності Wi), Вт/см* - відношення потоку випромінювання, що падає на ділянку поверхні, яка розглядається, до площі цієї ділянки;

• енергетична експозиція Н, Дж/см² - відношення енергії випромінювання, що падає на ділянку поверхні, яка розглядається, до площі цієї ділянки;

• тривалість імпульсу і, с;

• тривалість впливу t, с — час впливу лазерного випромінювання на людину протягом робочої зміни;

• частота повторення імпульсів fi, Гц - кількість імпульсів за 1 с. При роботі з лазерними установками персонал, що їх обслуговує,

може зазнавати впливу випромінювання прямого (яке виходить безпосередньо з лазера), розсіяного (розсіяного середовищем, крізь яке проходить випромінювання) і відбитого. Відбите лазерне випромінювання може бути дзеркальним (у цьому випадку кут відбиття променя від поверхні дорівнює куту падіння на неї), а також дифузним (випромінювання, відбите в межах півсфери від поверхні за різними напрямками). Необхідно підкреслити, що при експлуатації лазерів у закритих приміщеннях на персонал, як правило, діють розсіяне і відбите випромінювання; в умовах відкритого простору виникає реальна небезпека впливу прямих променів.

При дії прямих променів на організм людини можливий розвиток так званих первинних і вторинних біологічних ефектів. Первинні ефекти - це органічні зміни, що виникають безпосередньо в тканинах, які опромінюються; вторинні ~ неспецифічні зміни, що виникають в організмі у відповідь на опромінювання.

Органами-мішенями для лазерного випромінювання є шкіра й очі. Лазерне випромінювання оптичної і ближньої інфрачервоної зон спектра при потраплянні в орган зору досягає сітківки, а випромінювання ультрафіолетової і дальньої інфрачервоної зон спектра поглинається кон'юнктивою, рогівкою, кришталиком.

Для створення безпечних умов праці і попередження професійних уражень персоналу при обслуговуванні лазерних установок органи санітарного нагляду здійснюють дозиметричний контроль.

Дозиметричний контроль - вимірювання за допомогою різних приладів рівнів лазерного випромінювання і порівняння отриманих величин з ГДР (гранично допустимі рівні).

Для проведення дозиметричного контролю на цей час розроблені спеціальні засоби вимірювання - лазерні дозиметри. Використовувані прилади відрізняються високою чутливістю та універсальністю, що дає можливість контролювати як направлене (пряме), так і розсіяне безперервне, імпульсне й імпульсно-модульоване випромінювання більшості застосовуваних на практиці лазерів.

Найширшого застосування отримав вимірювач для лазерної дозиметрії ІЛД-2М, який забезпечує вимірювання параметрів лазерного випромінювання в спектральних діапазонах 0,49-1,15 і 2-11 мкм. ІЛД-2М дає змогу вимірювати енергію й енергетичну експозицію від моноімпульсного та імпульсно-модульованого випромінювань, а також потужність безперервного випромінювання.

Компактнішим і легшим є дозиметр лазерного випромінювання ЛДМ-2. Дозиметр ЛДМ-2 також вимірює енергетичну експозицію від моноімпульсного та імпульсно-модульованого, а також безперервного випромінювання. Але це єдиний прилад для дозиметричного контролю тривалої дії - від 1 до 104 с.

На основі дозиметра ЛДМ-2 розроблено дозиметр ЛДМ-3, спектральний діапазон якого поширюється на УФ-зону спектра (0,2-0,5 мкм).

Лазерний дозиметр оперативного контролю ЛДК призначений ДЛЯ експрес-контролю рівнів лазерного випромінювання на робочих місцях операторів.

Дозиметричний контроль лазерного випромінювання залежно від його спектра, виду дії на персонал (пряме, розсіяне), наявності відомостей про параметри випромінювання (відомі, невідомі) має певні особливості, які викладені в розділі "Проведение контроля" ГОСТу 12.1.031-81 "Методы дозиметрического контроля лазерного излучения".

Однак існують загальні вимоги, дотримання яких при дозиметрії лазерного випромінювання обов'язкове. Зокрема, після установки дозиметра в заданій точці контролю і напрямку отвору вхідної діафрагми його приймального пристрою на можливе джерело випромінювання реєструється максимальне показання приладу.

У порядку поточного санітарного нагляду визначення рівня опромінювання персоналу при обслуговуванні лазерів (установок) класів II-IV проводиться не рідше одного разу на рік.

Крім того, дозиметричний контроль виконується при внесенні будь-яких змін у конструкцію діючих лазерів (установок), зміні конструкції засобів захисту, організації нових робочих місць і встановленні нових лазерів (установок) класів II-IV.

Перед упровадженням в експлуатацію лазери класів безпеки ІІ-IV приймаються комісією, яка призначається адміністрацією закладу зі включенням до її складу представника Держсаннагляду.

Результати дозиметричного контролю лазерного випромінювання вносяться до протоколу, який має містити такі відомості: місце і дату проведення контролю; тип і заводський номер дозиметра; нульовий режим вимірювання; значення параметрів випромінювання λ, і, t, Fi (у лазерів із відомими параметрами); діаметр і площу обраної вхідної діафрагми приймального пристрою дозиметра; температуру навколишнього середовища.

При проведенні дозиметричного контролю за лазерами (установками) необхідно дотримуватися вимог безпеки. Штатив із приймальним пристроєм дозиметра повинен мати непрозорий екран для захисту оператора під час дозиметрії. Крім того, забороняється дивитися в бік можливого випромінювання без спеціальних захисних окулярів. До проведення дозиметричного контролю допускаються особи, що отримали спеціальне посвідчення відповідної кваліфікаційної групи на право роботи з електроустановками напругою вище 1000 В.

При роботі лазерів (установок) можливе генерування комплексу фізичних і хімічних факторів, які можуть не тільки підсилювати несприятливий вплив випромінювання, а й мати самостійне значення (табл. 3.10).

Таблиця 3.10. Супутні небезпечні і шкідливі виробничі фактори при експлуатації лазерів (установок)*

Примітка: відомості, надані в таблиці, орієнтовні.

У зв'язку з цим лікар з гігієни праці зобов'язаний не тільки проводити дозиметрію лазерного випромінювання, а й давати оцінку супутнім факторам (методика їх оцінки викладена у відповідних розділах). При гігієнічній оцінці лазерного випромінювання отримані при дозиметрії значення величин необхідно порівняти з ГДР. За ГДР лазерного випромінювання беруться енергетичні експозиції (в джоулях на см²) тканин, що опромінювалися.

Обґрунтовані нині ГДР лазерного випромінювання належать до спектрального діапазону від 0,2 до 20 мкм і регламентуються на рогівці, сітківці та шкірі.

Гранично допустимий рівень впливу лазерного випромінювання залежить від довжини хвилі X, тривалості х і частоти повтору імпульсів f, тривалості дії і. У діапазоні 0,4-1,4 мкм цей рівень додатково залежить від кутового розміру джерела випромінювання а, рад, або від діаметра плями, що освітлена на сітківці d . см, у діапазоні 0,4-0,75 мкм - від фонової освітленості рогівки Фр, лк.

ГДР лазерного випромінювання надається в "Санитарных нормах и правилах устройств и эксплуатации лазеров" № 2392-81.

Вплив лазерного випромінювання на органи зору

Основний елемент зорового апарату людини — сітківка ока — може бути уражена лише випромінюванням видимого (від 0,4 мкм) і ближнього УЧдіапазонів (до 1,4 мкм), що пояснюється спектральними характеристиками людського ока. При цьому кришталик та очне яблуко, котрі діють як додаткова фокусуюча оптика, суттєво підвищують концентрацію енергії на сітківці. Це, у свою чергу, на кілька порядків знижує максимально допустимий рівень (МДР) опромінювання зіниці.

Вимоги до виробників лазерних приладів у зв'язку із забезпеченням безпеки користувачів. Оскільки ступінь ураження залежить від інтенсивності випромінювання, тривалості впливу, довжини хвилі, особливостей тканин і органів, що опромінюються, то рекомендується розподілити лазерні прилади на чотири класи з точки зору небезпеки лазерного опромінювання для користувачів.

Лазерні випромінювачі класу І. Найбільш безпечними як за своєю природою (МДР опромінювання не може бути перевищеним), так і за конструктивним виконанням є лазерні прилади класу І. У зв'язку з таким подвійним підходом допустимі межі випромінювання (ДМВ) лазерних приладів класу І у спектральній зоні від 0,4 до 1,4 мкм, для якої можливе як точкове, так і протяжне ушкодження сітківки, які характеризуються значеннями у двох аспектах - енергетичному (в ватах або джоулях) та яскравісному.

Лазерні випромінювачі класу II. Це малопотужні лазерні прилади, що випромінюють тільки у видимому (0,4 < λ < 0,7 мкм) діапазоні, їх безперервна потужність обмежена 1 мВт, оскільки припускається, що людина має природну реакцію захисту своїх очей від впливу безперервного випромінювання (рефлекс миготіння). У разі короткочасних опромінювань (∆t < 0,25 хв) енергетика лазерних випромінювачів класу 11 не має перевищувати відповідні ДМВ для приладів класу І. Таким чином, лазерні випромінювачі класу II не можуть нанести шкоду людині всупереч її бажанню.

Лазерні випромінювачі класу III. Випромінювачі цього класу займають перехідне положення між безпечними приладами класу І, ІІ та лазерами класу IV (які, безумовно, потребують вживання заходів із захисту персоналу).

Лазерні випромінювачі підкласу ІІІА. До них належать умовно безпечні випромінювачі. Вони не здатні ушкодити зір людини, але за умови використання яких-небудь додаткових оптичних приладів для спостереження прямого лазерного випромінювання. Відповідно до цієї умови потужність видимого випромінювання безперервних лазерів підкласу ІІІА не повинна перевищувати 5 мВт (тобто п'ятиразового значення ДМВ для класу ІІ), а опромінювання - 25 Вт/м².

Лазерні випромінювачі підкласу ІІІБ. До них належать випромінювачі середньої потужності, безпосереднє спостереження яких навіть неозброєним (без оптичної фокусуючої системи) оком небезпечне > для зору. Однак при дотриманні певних умов - віддаленні ока більше ніж на 13 см від розсіювана і часу впливу не більше 10 с - допустиме спостереження дифузно-розсіяного випромінювання. Таким чином, безперервна потужність таких лазерів не може перевищувати 0,5 Вт, а енергетична експозиція — 100 кДж/м².

Лазерні випромінювачі класу IV. Це потужні лазерні установки, здатні ушкодити зір і шкірні покриви людини не тільки прямим, а й дифузним розсіяним випромінюванням. Значення ДМВ у цьому випадку перевищують значення, прийняті для підкласу ІІІБ. Робота з лазерними випромінювачами класу IV потребує обов'язкового дотримання відповідних захисних заходів.

Основні правила техніки безпеки при експлуатації лазерних установок

При роботі з лазерами необхідно забезпечити такі умови праці, за яких не перевищуються гранично допустимі рівні опромінення очей і шкіри. Заходи безпеки полягають у влаштуванні захисних екранів, каналізації лазерного випромінювання по світловодах, використанні захисних окулярів. Захисні окуляри слід ретельно підбирати залежно від робочої довжини хвилі лазерного світла, а їх спектр пропускання необхідно перевіряти. Окуляри мають ефективно стримувати випромінювання лазера, однак не бути надто темними. Для захисту від розсіяного випромінювання, крім використання окулярів, застосовують спеціальне фарбування або обробку стін лабораторії, а також огородження екранами.

При використанні лазерів видимого діапазону потрібні спеціальні попереджувальні світлові табло або надписи під час роботи з лазерами. Для безперервних лазерів потужністю 1-5 мВт бажане виконання ряду заходів, серед яких: захист очей; робота в спеціальному приміщенні; обмеження шляху променя; попереджувальні світлові табло. При застосуванні лазерів середньої потужності ці заходи є обов'язковими, а для потужних лазерів, крім названих заходів, необхідно контролювати приміщення і систему оповіщення, забезпечувати дистанційне вмикання, управління роботою і блокування живлення.

Рекомендується навчання з правил техніки безпеки і періодичне обстеження персоналу, що обслуговує лазерні установки.

Контрольні запитання та завдання

1. Які найбільш розповсюджені діапазони довжин хвиль? Які їх основні фізичні величини?

2. Назвіть загальні вимоги, яких мають дотримуватися користувачі лазерів.

3. Назвіть вимоги безпеки при роботі з лазерами.

4. Назвіть гранично допустимі рівні лазерного випромінювання, б. Як лазерне випромінювання впливає на органи зору?

6. Які вимоги ставлять до виробників лазерних приладів у напрямку забезпечення безпеки?

7. Наведіть основні правила техніки безпеки при експлуатації лазерних приладів.