Лазерное излучение, его частотно-энергетические характеристики и методы защиты от него - файл n1.docx

Лазерное излучение, его частотно-энергетические характеристики и методы защиты от него
скачать (404 kb.)

Доступные файлы (1):

n1.docx

405kb.

23.01.2013 16:58

скачать

---

Смотрите также:
• 5 Контроль и автоматизация обработки светолучевой энергией [ документ ]
• 1. Лазерное излучение и его особенности 5 Типы лазеров. Применение 7 [ документ ]
• Лазерное излучение [ документ ]
• Лазерное излучение. Особенности воздействия на человека. Нормирование. Защита от воздействия [ документ ]
• Лазерное излучение [ документ ]
• Свойства лазерного излучения [ документ ]
• Шум, его характеристики и способы защиты [ лекция ]
• Методы защиты информации [ документ ]
• Рентгеновское излучение [ лекция ]
• Оптико-электронные (квантовые) системы и устройства [ лекция ]
• Ответы на экзаменационные билеты по ФОЗИ [ документ ]
• Основы энергосбережения [ документ ]

n1.docx

МГТУ им. Н.Э.Баумана


Реферат по дисциплине:

«Энергетические загрязнения биосферы» на тему:
«Лазерное излучение, его частотно-энергетические

характеристики и методы защиты от него»
Выполнила: Байрамова **

Группа: Э9-**

Преподаватель: ***.

Дата сдачи:

- 2011 -

СОДЕРЖАНИЕ

1. 
   Историческая справка 3
   
2. 
   Лазерное излучение и его особенности.
   

Типы лазеров. Применение 5

3. 
   Основные характеристики и параметры лазерного излучения 8
   
4. 
   Действие лазерного излучения на организм человека 13
   
5. 
   Классификация лазерных установок по степени опасности 17
   
6. 
   Побочные опасные и вредные производственные факторы 17
   
7. 
   Нормирование лазерного излучения 19
   
8. 
   Меры и средства защиты от лазерного излучения 24
   

Заключение 27

Список использованных источников 28

1. 
   Историческая справка
   

До середины XIX века электромагнитные и оптические явления распространялись независимо друг от друга. Представления о свете в противоположность развитой Ньютоном корпускулярной теории (теория света Ньютона), согласно которой свет должен состоять из маленьких материальных частиц, характеризовалось волновой теорией света (Гюйгенс, 1687г.). По этой теории световые волны распространяются как упругие волны в светоносном эфире. Дальнейшее развитие волновой теории света было связано с работами Френеля (1825г.), который объяснил интерференционные и дифракционные явления и показал, что при рассмотрении световых волн речь идет о поперечных волнах, т.е. о волнах, колеблющихся перпендикулярно направлению распространения, благодаря чему стала понятной поляризация света.

После установления основных уравнений электродинамики Максвеллом (1871 г.) последовало обоснование представления о свете как электромагнитной волне. Существование электромагнитных волн было подтверждено Герцем экспериментально в 1888г. Возникшая из объяснения фотоэффекта гипотеза Эйнштейна о световых квантах (1905 г.), согласно которой свет состоит из отдельных квантов энергии (фотонов), зависящей от частоты, привела, наконец, к современному представлению о дуализме света.

Свет распространяется в виде электромагнитных волны, в то время как энергия при испускании излучения и поглощении сконцентрирована на световых квантах, при этом при взаимодействии электромагнитного излучения с веществом, как было показано Эйнштейном в 1917 г., наряду с поглощением и спонтанным излучением возникает вынужденное (индуцированное) излучение, которое образует основу для разработки лазеров.

Усиление электромагнитных волн за счет вынужденного излучения или инициирование самовозбуждающихся колебаний электромагнитного излучения в диапазоне сантиметровых волн и тем самым создание прибора, названного мазером (microwave amplification by simulated emission of radiation), было реализовано в 1954 г. В 1960 году с целью распространения этого принципа усиления на значительно более короткие световые волны был разработан первый лазер (light amplification by simulated emission of radiation) – твердотельный рубиновый лазер, за которым в дальнейшем последовал ряд других типов лазеров (таблица 1.1) [4]:

Таблица 1.1

Год	Этапы развития	Авторы
1917	Введение понятия вынужденного (индуцированного излучения)	А.Эйнштейн
1928	Экспериментальное обнаружение вынужденного излучения	Р.Ладенбург, Х.Копферман
1950	Экспериментальное обнаружение инверсии заселенностей	Э.Парселл, Р.Паунд
1951 1955	Предложение об усилении за счет вынужденного излучения	В.А.Фабрикант, Н.Г.Басов,А.М. Прохоров
1954	Первый мазер на аммиаке	Дж.Гордон, Ч.Таунс
1957	Первый твердотельный мазер	-
1958	Предложение об усилении за счет вынужденного излучения в оптическом диапазоне	А.Шавлов, Ч.Таунс
1960	Первый твердотельный (рубиновый) лазер	Т.Мейман
1961	Первый He-Ne газовый лазер	А.Джаван, В.Р.Беннет
1961	Обнаружение нелинейного оптического эффекта (генерация гармоник): начало развития нелинейной оптики	П.Франкен, А.Хилл, Г.Вейнрайх
1962	Первый полупроводниковый (инжекционный) лазер	М.Натан, В. Думке
1965	Первый лазер на центрах окраски	Б.Фритц, Е.Менке
1966	Первый лазер на красителе	П.Сорокин, Дж.Ланкард
1969	Соединение (инжекционного) лазера с миниатюрным оптическими и электронными элементами (интегральная оптика)	С. Миллер
1971	Первый лазер с распределительной обратной связью	К.Шенк
1977	Первый лазер на свободных электронах	Д.Дикон, Дж.Мейдн
1984	Первый солитонный лазер	Л.Молленауэр, Р.Штолен

2. 
   Лазерное излучение и его особенности.
   

Типы лазеров. Применение
Лазеры являются генераторами оптического диапазона, в которых используется вынужденное электромагнитное излучения молекул активного вещества, приводимого в возбужденное состояние источником накачки [10]. Активное вещество помещено в оптический резонатор, образованный двумя параллельными зеркалами (рис. 2), благодаря чему происходит взаимная синхронизация излучения отдельных молекул. Все молекулы активного вещества излучают синфазно, в результате чего формируется остронаправленный пучок излучения с очень малой шириной спектра. Такое излучение называют когерентным, а нерасходящийся пучок излучения – коллимированным.



Излучение лазера отличается от излучения обычных источников света следующими характеристиками [4, 5, 6]:

• 
  Высокой спектральной плотностью энергии;
  
• 
  Монохроматичностью, которая обусловлениа тем, что выходное излучение является следствием резонансного процесса, связанного с переходом частиц с какого-либо энергетического уровня;
  
• 
  Узконаправленностью, которая обусловлена тем, что испускаются лишь волны, многократно ораженные от стенок резонатора и не испытавшие существенного отклонения от оптической оси;
  
• 
  Высокой временной когерентностью, поскольку излучение монохроматично и имеется строгое фазовое соответствие между волнами, испускаемыми в разные интервалы времени;
  
• 
  Высокой пространственной когерентностью, поскольку все волновые фронты плоские и перпендикулярны направлению распределения волн;
  
• 
  Высокой стабильностью интенсивности лазерного излучения в стационарном режиме;
  
• 
  Возможностью генерации очень коротких световых импульсов.
  

В отличие от обычных, некогерентных источников света, когерентное излучение лазера с помощью системы линз может быть сфокусировано на малую сравнимую с длиной волны площадку. Плотность мощности излучения в центре площадки для мощных лазеров может достигать 10²⁰…10²² Вт/см², что значительно больше плотности мощности излучения на поверхности Солнца. При этом напряженность электрического поля 10¹⁰…10¹² Вт/см.

Эти особые свойства излучения лазера обеспечивают ему разнообразнейшие применения. Они определяются главным образом принципиально отличным от обычных источников света процессов генерации излучения за счет вынужденного излучения.

Существует огромное множество лазеров. Наиболее важными типами лазеров в зависимости от вида активного вещества и способа накачки являются следующие [5, 9, 10]:

1. 
   Твердотельные лазеры (например, рубиновый, стеклянный или сапфировый), активной средой которых является либо диэлектрический кристалл, либо стекло. Для возбуждения активного вещества используются импульсные ксеноновые лампы;
   
2. 
   В газовых лазерах (например, гелий-неоновый, аргоновый и т.п.) активным веществом является газ или смесь газов, которые приводятся в возбужденнее состояние с помощью газового разряда;
   
3. 
   В полупроводниковых лазерах активным веществом является полупроводниковый кристалл размером 1 мм³. Возбуждение лазера осуществляется электрическим током, проходящим через кристалл.
   
4. 
   В жидкостных лазерах в качестве активного вещества используются обычно органические красители. Возбуждение активного вещества осуществляется или когерентным излучением другого лазера, или некогерентным излучением импульсных ламп.
   

Благодаря монохроматичности излучения лазеры используются в качестве генераторов сигнала в волоконно-оптических линиях связи, дальномерах, измерителях скорости жидкостей и газов, голографических установках [10].

Возможность острой фокусировки лазерного излучения открыла новые возможности использования лазера в медицине вместо скальпеля, в том числе микрохирургии глаза.

Острая фокусировка в сочетании с большой мощностью излучения используется в технологических процессах при резке, сварке и прошивке отверстий в самых разнообразных, в том числе и очень твердых материалах, в установках для управляемого термоядерного синтеза.

3. 
   Основные параметры и характеристики лазерного излучения
   

Как было отмечено выше, лазерное излучение отличается от других видов оптического излучения отчетливо выраженными признаками пространственной и временной когерентности. Но по отношению к лазерному излучению, понятие когерентности еще не имеет количественного описания. Для качественного описания явлений когерентности в пучках оптического излучения используют взаимную функцию когерентности Г(), где - координаты двух разнесенных в пространстве точек наблюдения поля, а - временной интервал между моментами наблюдения [8]. Эта функция полностью описывает корреляционные (когерентные) эффекты при излучении от тепловых источников.

Согласно литературным данным [7, 8], лазерное излучение, являясь возбужденным, имеет статистический характер. Поэтому функция Г(), хотя и в приближении второго порядка, описывает его важнейшие корреляционные свойства: когерентность, интерференцию, дифракцию, поляризацию. Это позволяет измеряемые величины, параметры и характеристики лазерного излучения объединить в следующие три группы:

1. 
   Энергетическая группа, которая подразделяется на две подгруппы параметров, определяемых через основную физическую величину – мощность лазерного излучения P:
   

• 
  Временная: энергия W, энергия импульса W_и, средняя мощность P_ср, средняя мощность импульса P_ср, максимальная мощность импульса P_u,max, длительность
  и частота повторения импульса ;
  
• 
  Пространственная: плотность энергии (мощности) W_?, W_? (P_?, P_?), относительное распределение плотности энергии (мощности) в сечении пучка, диаметр пучка d, расходимость
  , энергетическая расходимость .
  

2. 
   Спектральная группа. Основная физическая величика – спектральная плотность мощности лазерного излучения (СПМ). В эту группу входят: частота лазерного излучения , длина волны лазерного излучения ?, ширина линии излучения
   , ширина огибающей спектра лазерного излучения .
   
3. 
   Корреляционная группа. Основные параметры: когерентность и поляризация излучения.
   

Лазерное излучение характеризуется широким спектральным (0,2 мм… 1 мм) и динамическим (120…200 дБ) диапазоном, малой длительностью импульсов (до 0.1 пс), высокой плотностью мощности (до 10⁹ Вт/см ² ), энергии и т.п. В соответствии с ГОСТ 24453-80* в таблице 1 приведем систему наиболее важных характеристик и параметров лазеров и лазерного излучения.

Таблица 1

Параметр, характеристика	Обозна-чение	Единицы измерения	Определение
Энергетические параметры и характеристики
Энергия	W	Дж	Энергия, переносимая лазерным излучением
Мощность	P	Вт	Энергия, переносимая лазерным излучением в единицу времени
Интенсивность	J	-	Величина, пропорциональная квадрату амплитуды электромагнитного колебания
Спектральная плотность энергии (мощность)	W?, W? (P?, P?)	Дж/Гц Вт/Гц
Средняя мощность импульса	Pu,ср	Вт
Максимальная мощность импульса	Pu,max	Вт
Спектральные параметры и характеристики
Длина волны	?	-	Средняя длина волны спектра лазерного излучения в пределах интервала длин волн линии спонтанного излучения
Частота колебаний		-	Средняя частота спектра лазерного излучения в пределах интервала частот линии спонтанного излучения
Ширина спектральной линии		-	Расстояние между абсциссами точек контура спектральной линии лазерного излучения, соответствующих половине интенсивности линии в максимуме
Степень монохроматичности		-	Отношение ширины огибающей спектра лазерного излучения к усредненной по спектру частоте или длине волны лазерного излучения в данный момент времени
Пространственно-временные параметры и характеристики
Диаграмма направленности	-	-	Угловое распределение энергии или мощности лазерного излучения
Диаметр пучка	d	м	Диаметр поперечного сечения пучка лазерного излучения, внутри которого проходит заданная доля энергии или мощности лазера
Расходимость		рад, ср	Плоский или телесный угол, характеризующий ширину диаграммы направленности лазерного излучения в дальней зоне по заданному уровню углового распределения энергии или мощности лазерного излучения, определяемому по отношению к его максимальному значению
Энергетическая расходимость		рад, ср	Плоский или телесный угол, внутри которого распространяется заданная доля энергии (мощности) лазерного излучения
Относительное распределение плотности энергии (мощности)	-	-	Распределение плотности энергии (мощности) излучения по сечению лазерного пучка, нормированное относительно максимального значения плотности энергии (мощности)
Частота повторения импульсов		Гц	Отношение числа импульсов лазерного излучения ко времени
Длительность импульсов		с
Параметры когерентности
Степень пространственно-временной когерентности		-	Модуль комплексной степени пространственно-временной когерентности при фиксированных координатах точки в пространстве и времени, равный: , где - функция взаимной когерентности, — функции взаимной когерентности для точек пространства с радиус-векторами , соответственно при
Степень пространственной когерентности		-	Модуль комплексной степени временной когерентности для фиксированной точки пространства, равный , где — функция пространственной когерентности
Степень временной когерентности		-	Модуль комплексной степени временной когерентности для фиксированной точки пространства, равный , где — функция взаимной когерентности для точки пространства с радиус-вектором
Время когерентности		с	Минимальное запаздывание, для которого степень временной когерентности принимает значение равное нулю
Длина когерентности		м	Произведение времени когерентности на скорость электромагнитного излучения в вакууме
Параметры поляризации
Плоскость поляризации	-	-	Плоскость, проходящая через направление распространения линейно-поляризованного лазерного излучения и направление его электрического вектора
Эллиптичность поляризованного лазерного излучения	-	-	Отношение малой полуоси эллипса, по которому поляризовано лазерное излучение к его большой полуоси
Степень поляризации	-	-	Отношение интенсивности поляризованной составляющей лазерного излучения к полной его интенсивности

Для измерения энергетических параметров лазерного излучения могут использоваться самые разнообразные методы, основанные на различных физических и химических эффектах взаимодействия лазерного излучения с веществом. Однако наиболее широкое распространение получили методы, основанные на преобразовании энергии лазерного излучения в тепловую энергию (тепловой метод) и в энергию электрического тока (фотоэлектрический и пироэлектрический методы).

4. 
   Действие лазерного излучения на организм человека
   

Лазерное излучение является для любого живого организма непривычным раздражителем, не встречающимся в естественных условиях. Его биологическое действие зависит от длины волны и интенсивности излучения. В связи с этим весь диапазон длин волн делится на ряд областей:

• 
  от 180 до 380 нм – ультрафиолетовая область;
  
• 
  от 380 до 780 нм – видимая область;
  
• 
  от 780 до 1400 нм – ближняя инфракрасная область;
  
• 
  свыше 1400 нм – дальняя инфракрасная область.
  

Различают 6 видов воздействия лазерного излучения на живой организм [3]:

• 
  термическое (тепловое) – выделение значительного количества теплоты в небольшом объеме за короткий промежуток времени;
  
• 
  энергетическое – большая напряженность электрического поля, вызывающая поляризацию молекул и другие эффекты;
  
• 
  фотохимическое – выцветание ряда пигментов;
  
• 
  механическое – возникновение колебаний типа ультразвуковых в облучаемом организме;
  
• 
  электрострикция – деформация молекул в электрическом поле лазерного излучения;
  
• 
  образование микроволнового электромагнитного поля в пределах клетки.
  

Под воздействием лазерного излучения может происходить нарушение нормальной жизнедеятельности как отдельных органов, так и организма в целом. При этом наиболее уязвимы глаза и кожа.

Наиболее поражаемой частью организма человека при воздействии лазерного излучения является глаз. Это прежде всего относится к излучению в видимом и ближнем ИК-областях спектра, хотя и другие диапазоны оптического излучения (рис. 5) также могут представлять серьезную опасность для зрения (таблица 2) [4].

Таблица 2



Вид и степень тяжести поражений, возникающих в глазу, зависят от следующих факторов [4]:

• 
  длины волны;
  
• 
  плотности энергии или мощности;
  
• 
  диаметра зрачка;
  
• 
  размера изображения на сетчатке;
  
• 
  времени облучения;
  

Могут быть повреждены как роговая оболочка глаза, хрусталик и стекловидное тело, так и сетчатка. При попадании сфокусированного хрусталиком луча на сетчатку там возникают слепые пятна, наличие которых больными часто не замечается. Это имеет место особенно тогда, когда неожиданно попадает в глаз рассеянное излучение от импульсных лазеров; лазер генерирует излучение в ближней ИК-области спектра, и пораженные места находятся на периферии сетчатки (рис. 3) [4].

Рис. 3. Вход лазерных лучей в человеческий глаз:

1 – радужная оболочка;

2 - склера;3 – наружная граница ретины;

4 – стекловидное тело;

5 –ретина;

6 – центральная ямка сетчатки;

7 – зрительный нерв;

8 – хрусталик;

9 – роговая оболочка глаза;

10 – передняя камера глаза; 11 – зрачок.
Если же луч попадает в центральную ямку сетчатки, лежащую в области желтого пятна – места наиболее острого зрения, то результатом является тяжелое нарушение остроты зрения.

Полной потери зрения необходимо опасаться при повреждении места вхождения зрительного нерва в глаз. Падающая на роговую оболочку глаза удельная энергия или мощность может быть увеличена в 10⁵-10⁶ раз.

Кожа по сравнению с органом зрения менее сильно подвержена поражению. Однако из-за большой поверхности кожи более часто возникают ее поражения. В зависимости от длины волны излучения известны разнообразные поражения, обусловленные тепловым эффектом (таблица 2). Эти поражения кожи, согласно [4], зависят от следующих факторов:

• 
  поглощения и рассеяния излучения в ткани на соответствующей длине волны;
  
• 
  времени облучения;
  
• 
  кровоснабжения облученной области кожи;
  
• 
  площади облученной поверхности.
  

Кожа человека достаточно хорошо противостоит непрерывному инфракрасному облучению, т.к. она способна рассеивать тепло благодаря кровообращению и понижать температуру вследствие испарения влаги с поверхности. Импульсное излучение и особенно излучение лазеров в режиме модуляции добротности более опасны для кожи, т.к. тепло не успевает распроcтраняться в соседние ткани [10].

В таблице 3 приведен обзор значений энергетических экспозиций, которые были получены по шести типам лазеров для кожи человека (в соответствии с литературными данными [4]).

Таблица 3

5. 
   Классификация лазерных установок по степени опасности
   

По степени опасности лазерного излучения для организма человека все лазерные установки подразделяются на четыре класса согласно «Санитарным нормам и правилам устройства и эксплуатации лазеров» СН 5804-91 (таблица 4) [10]:

Таблица 4

Класс лазера	Выходные излучения лазера
I	Не представляет опасности для глаз и кожи
II	Представляет опасность при облучении глаз прямым или зеркальным отражением излучения
III	Представляет опасность при облучении глаз прямым, зеркальным отражением излучения, а также диффузно отраженным излучением на расстоянии 10 см от диффузно отражающей поверхности и (или) при облучении кожи прямым или зеркальным отражением излучения
IV	Представляет опасность при облучении кожи диффузно отраженным излучением на расстоянии 10 см от диффузно отражающей поверхности

6. 
   Побочные опасные и вредные производственные факторы
   

Лазерное излучение (прямое, рассеянное, зеркальное или диффузно отраженное) является не единственной опасностью, существующей при работе лазерных установок. В зависимости от технических параметров и условий эксплуатации на обслуживающий персонал могут воздействовать следующие побочные опасные и вредные производственные факторы [1, 10]:

• 
  Высокое напряжение электропитания лазерных установок;
  
• 
  Очень высокая яркость импульсных ламп накачки, энергия которых на порядок превышает энергию излучения лазера;
  
• 
  Повышенные запыленность и загазованность воздуха рабочей зоны продуктами взаимодействия лазерного излучения с мишенью (озон, окислы азота и др. токсические вещества);
  
• 
  Ионизирующие излучения, возникающие при взаимодействии лазерного луча с мишенью;
  
• 
  Ультрафиолетовая радиация от импульсных ламп накачки или кварцевых газоразрядных трубок;
  
• 
  Электромагнитные излучения ВЧ и СВЧ-диапазонов;
  
• 
  Повышенная температура поверхностей оборудования и инфракрасная радиация;
  
• 
  Повышенный уровень шума и вибрации на рабочем месте, возникающие при работе лазерной установки;
  
• 
  Повышенные пожаро- и взрывоопасность, обусловленные возможностью попадания лазерного луча на горючие материалы.
  

Все перечисленные побочные факторы наиболее сильно проявляются при работе лазерных установок IV класса, но могут встречаться и при работе установок III класса. В соответствии с ГОСТ 12.1.040-83* наличие опасных и вредных факторов в зависимости от класса лазера отражено в таблице 5:

Таблица 5

Опасные и вредные производственные факторы	классы лазера
	I	II	III	IV
Лазерное излучение Прямое, зеркальное отраженное Диффузно отраженное	- -	+ -	+ +	+ +
Повышенная напряженность электрического поля	-(+)	+	+	+
Повышенная запыленность и загазованность воздуха рабочей зона	-	-	-(+)	+
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	-	-	-(+)	+
Химические опасные и вредные производственные факторы	При работе с токсичными веществами

7. 
   Нормирование лазерного излучения
   

Основным документом, устанавливающим предельно допустимые уровни (ПДУ) лазерного излучения, являются «Санитарные нормы и правила устройства и эксплуатации лазеров» [3]. В соответствии с этим документом ПДУ (отношение энергии излучения, падающей на определенные участки поверхности к площади этого участка [Дж/см²]) лазерного излучения устанавливаются для двух условий облучения - однократного и хронического для трех диапазонов длин волн (180 < ? 380 нм, 380 < ? 1400, 1400 < ? 10⁵ нм) и зависит от:

• 
  длины волны лазерного излучения;
  
• 
  продолжительности импульса;
  
• 
  частоты повторения импульса;
  
• 
  длительности воздействия.
  

В соответствии с этим документом для определения предельно допустимых уровней воздействия используются следующие параметры излучения [3, 10]:

Для импульсного или кратковременного воздействия, когда суммарный биологический эффект определяется в основном общей энергией излучения, нормируется энергетическая экспозиция H, Дж/м², - плотность потока энергии излучения.

При кратковременном облучении глаз видимым светом нормируется энергия лазерного излучения W, Дж, приходящаяся на площадку диаметром 7 мм (зрачок глаза).

При длительном облучении, когда организм адаптируется к действию лазерного излучения, нормируется облученность E, Вт/м², т.е. плотность потока мощности излучения.

При длительном облучении глаз видимым светом нормируется мощность лазерного излучения P, Вт, приходящаяся на апертуру (площадку) диаметром 7 мм.

Указанные выше энергетические параметры связаны соотношениями:



В ультрафиолетовом диапазоне волн при однократном воздействии в широком диапазоне длительностей облучения 10^-9…10⁴ с ПДУ энергетической экспозиции H определяются из таблицы 6:
Таблица 6

Спектральный интервал ?, нм	НПДУ, Дж/м2
180...302,5	25
302,5…315
315…380

При очень коротких воздействиях длительностью менее 10^-9 с для диапазона волн 180…380 нм Н_ПДУ, Дж/м² определяется выражением:



где t – длительность воздействия, с.

В диапазоне видимого и ближнего инфракрасного излучения (? от 380 до 1400 нм) нормы ПДУ устанавливаются различными для глаз и для кожи. При однократном воздействии на глаза коллимированного лазерного излучения при длительности облучения менее 1 с нормируется энергия излучения W, Дж, падающая в глаза. Значения могут быть определены из графика на рисунке 5. При длительности облучения более 1 с нормируетяс мощность излучения P, Вт, падающая в глаза. Значения определяются из рисунка 6 [10]. Для неколлимированного, т.е. расходящегося широким пучком, излучения (или ) увеличивается в В раз, значения коэффициента B определяются из таблицы 7, где ? – видимы размер источника излучения. Если , то B принимается равным 1.





В инфракрасном диапазоне (для глаз и кожи) и видимом (для кожи) при длительности воздействия менее 1…3 с нормируется энергетическая экспозиция Н, Дж/м², а при большей длительности воздействия – облученность (плотность потока мощности излучения) Е, Вт/м².

Таблица 7



Значения предельно допустимых уровней и для указанного диапазона приведены в таблице 8 [10].

Таблица 8



Для лазерного излучения в виде серии импульсов методика расчета ПДУ несколько усложняется. В этом случае предельно допустимые значения энергии (0,38 мкм < ? 1,4 мкм) если период повторения импульсов не превышает 200 с, а длительность импульса меньше 0,25 с определяется как наименьшее из двух значений:



где - ПДУ для однократного воздействия с длительностью, равной длительности серии импульсов(см. рис. 5), - ПДУ для импульса длительностью ; - число импульсов в серии; - отношение максимальной энергии импульса в серии к средней энергии импульса (если неизвестно, полагают ).

Если длительность серии импульсов превышает 1 с, нормируется предельно допустимая средняя мощность как наименьшее из двух значений:



где – предельно допустимая мощность излучения длительностью t, определяемая по рис. 5;

Если период повторения импульсов больше 200 с, то воздействие импульсов считается независимым и нормируется значение импульса, имеющего максимальную амплитуду [3, 10].

При воздействии серии импульсов на глаза в ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах на кожу – во всех диапазонах волн ПДУ определяется аналогичным образом.

Если длительность одного импульса менее 10 с, а период повторения импульсов менее 10 мин, то предельно допустимая суммарная энергетическая экспозиция для серии импульсов определяется как наименьшее из двух значений:



Если длительность серии импульсов превышает 1 с, то нормируется значение облученности , определяемое как наименьшее значение из двух значений:



Если же период следования импульсов серии превышает 10 мин, то воздействие импульсов считается независимым и нормируется значение энергетической экспозиции для импульса, имеющего максимальную амплитуду.

При хроническом (повторяющемся изо дня в день) воздействии лазерного излучения все значения ПДУ уменьшаются в 10 раз для ультрафиолетового излучения и в 5 раз для видимого и инфракрасного диапазонов волн.

8. 
   Меры и средства защиты от воздействия лазерного излучения
   

Меры и средства защиты от лазерного излучения подразделяются на три группы [10]: организационные, технические коллективные и индивидуальные. Выбор средства защиты на каждом конкретном случае осуществляется с учетом требований безопасности для данного процесса [3].

Средства защиты должны снижать уровни лазерного излучения, действующего на человека, до величин ниже ПДУ. Они не должны уменьшать эффективность технологического процесса и работоспособность человека. Их защитные характеристики должны оставаться неизменными в течение установленного срока эксплуатации [3].

Организационные меры включают создание условий для работы персонала, разработку правил и инструкций по технике безопасности и контроль их выполнения, ознакомление персонала с особенностями биологического действия лазерного излучения и облучение пользованию индивидуальными и коллективными средствами защиты.

Коллективные cредства защиты включают в себя:

• 
  Средства нормализации внешней среды;
  
• 
  Автоматические системы управления технологическим процессом;
  
• 
  Использование предохранительных устройств, приборов, различных ограждений лазерноопасной зоны;
  
• 
  Использование телеметрических и телевизионных систем наблюдения;
  
• 
  Применение заземления, зануления, блокировки и т.д.
  

В соответствии с [3] («Санитарные нормы и правила устройства и эксплуатации лазеров») средства коллективной и индивидуальной защиты должны соответствовать требованиям ГОСТ 12.4.011, ГОСТ 12.2.049 и маркироваться в соответствии с ГОСТ 12.4.115. Средства индивидуальной защиты от лазерного излучения включают в себя средства защиты от глаз и лица (защитные очки, щитки, насадки), средства защиты рук, специальную одежду. При выборе средств индивидуальной защиты необходимо учитывать:

• 
  рабочую длину волны излучения;
  
• 
  оптическую плотность светофильтра.
  

В таблице 9 приведены средства защиты, применяемые в зависимости от класса опасности лазера.

Таблица 9

Содержание	Класс лазера				Примечания
	I	II	III	IV
1. Оградительные устройства (кожухи, экраны и т.д.)	-	-(+)	+	+	Должны снижать уровни опасных и вредных производственных факторов до безопасных значений
2. Дистанционное управление	-	-	+	+	Применять всюду, где возможно
3. Устройство сигнализации (ясно воспринимаемый световой или звуковой сигнал)	-	-(+)	+	+	Для лазеров видимого диапазона спектра. Для лазеров Уф- диапазона спектра. Для лазеров ИК-диапазона спектра
4. Маркировка знаком лазерной опасности	-	+	+	+	Лазеры, лазерные установки, зона прохождения луча, граница ЛОЗ
5. Кодовый замок	-	-	+	+	На дверях помещений, на пульте управления; код знают лишь лица, непосредственно работающие на данной установке
6. Защитные очки, снижающие уровень диффузного излучения на роговице глаза до ПДУ	-	+	+	+	При времени воздействия больше 0,25 с. Всегда, когда средства коллективной защиты не обеспечивают безопасные условия труда
7. Защитные запоры оградительного устройства или его частей	-	+	+	+	Необходимы в тех случаях, когда при снятии оградительного устройства или его частей возможно воздействие излучения с уровнями больше ПДУ
8. Защитная одежда	-	-	-	+	При соответствующей опасности
9. Котировочные очки (снижающие уровень коллимированного излучения на роговице глаза ДО ПДУ)	-	+	+	+	Ограничено, при выполнении юстировки, наладки и ремонтно-профилактических работ

Снижение степени опасности воздействия лазерного излучения в зависимости от длины волны излучения осуществляют "ослабителями излучения", "временем" и "расстоянием".

Уменьшение уровня излучения с помощью ослабителей (светофильтров) можно принять при работе с излучением любого спектрального диапазона. В этом случае степень опасности излучения определяется по формуле:



где  — степень опасности излучения при отсутствии ослабителя;  — оптическая плотность светофильтра.

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



или (для диапазона св. 380 до 1400 нм)



где  Н_MAX, E_MAX, W_MAX, Р_MAX - максимальные значения энергетических параметров лазерного излучения в рабочей зоне; Н_ПДУ, E_ПДУ, W_ПДУ, Р_ПДУ ^— предельно допустимые уровни энергетических параметров при хроническом облучении.

При работе с мощными лазерами приходится принимать специальные меры для защиты кожи рук и лица. Хорошими защитными свойствами обладает белы фетр толщиной 2…3 мм, который хорошо выдерживает плотность излучения до 100 Дж/см². Для защиты рук можно применять обычные кожаные перчатки, которые уменьшают опасность поражения кожи в 100 раз. Кроме того для защиты кожи применяются кремы с двуокисью титана и двуокисью цинка.


Заключение
На сегодняшний день благодаря своим свойствам: высокой степени когерентности и монохроматичности излучения, малой расходимости луча, острой фокусировки излучения и возможности получения огромной плотности мощности излучения, которые не встречаются у природных источников, лазеры широко применяются в самых разных областях человеческой деятельности.

Однако наряду с положительными качествами лазерных установок существуют также риски негативного воздействия лазерного излучения на организм человека. Поэтому при разработке лазеров с новыми частотно-энергетическими характеристиками необходимо провести ряд исследований, направленных на изучение воздействий лазерного излучения на живые организмы и принять меры по защите от них в зависимости от класса опасности лазера в соответствии с нормативными документами по эксплуатации лазеров.


Список использованных источников

1. 
   ГОСТ 12.1.040-83*. ССБТ Лазерная безопасность. Общие положения;
   
2. 
   ГОСТ 24453-80* Измерение параметров и характеристик лазерного излучения. Термины, определения и буквенные обозначения величин;
   
3. 
   Санитарные нормы и правила устройства и эксплуатации лазеров № 5804-91*. М. МИОТ, 1993
   
4. 
   Справочник по лазерной технике. Пер. с нем. Ред. перев. Напартович А.П. М.: Энергоатомиздат, 1991, - 544с.;
   
5. 
   Федоров Б.Ф. Лазеры. Основы устройства и применение. – М.: ДОСААФ, 1988. – 190 с.;
   
6. 
   Хирд Г. Измерение лазерных параметров. М.: Мир, 1970 – 539с.;
   
7. 
   Измерение энергетических параметров и характеристик лазерного излучения. Под ред. Котюка А.Ф. М.: Радио и связь, 1981 – 286с.;
   
8. 
   Измерение спектрально-частотных и корреляционных параметров и характеристик лазерного излучения. Под ред. Котюка А.Ф. и Степанова Б.М. М.: Радио и связь, 1982 – 271с.;
   
9. 
   Звелто О. Принципы лазеров: Пер. с англ. – 3-е перераб. и доп. изд. – М.: Мир, 1990. – 560 с.;
   
10. 
    Инженерная экология: Учебник/Под ред. проф. В.Т.Медведева. – М.: Гардарики, 2002. – 687 с.
    

---

Скачать файл (404 kb.)

Поиск по сайту:  

---