Вредные і небезпечні чинники під час роботи лазерних установок

Питання 2. Шкідливі і небезпечні чинники під час роботи лазерних установок.

Оптичні квантові генератори чи лазери знаходять дедалі ширше використання у промисловості. Їх використання можливим завдяки таким унікальним властивостями, як монохроматичность та висока щільність випромінюваних коливань, і навіть завдяки формування дуже вузьких пучків випромінювання із високим концентрацією у яких електромагнітної энергии.

Можна виділити два напрями застосування лазерів і. Перше напрям пов’язані з цілеспрямованим впливом на обрабатываемое речовина (микросварка, термообробка, різка тендітних i твердих матеріалів, припасування параметрів мікросхем та інших.), друге напрям знаходить усе більше развитие.

Діапазон довжин хвиль, випромінюваних лазерами, охоплює видимий спектр і поширюється в інфрачервону і ультрафіолетовій області. Найчастіше використовуються лазери з довжинами хвиль 0,49 — 0,51; 0,53 — 0,63; 0,694; 1,06; 10,6 мкм.

Дія лазерного випромінювання буває: тепловим — у тому, що при фокусуванню випромінювання виділяється значну кількість тепла в невеликий обсяг за стислий період часу; енергетичним — визначається високим градієнтом електричного поля, котрі можуть викликати поляризацію молекул, резонансні та інші ефекти, фотохимическим — виявляється выцветании деяких барвників; механічним — характеризується виникненням коливань типу ультразвукових в облучаемом организме.

Основну небезпека при експлуатації лазера представляє пряме лазерне випромінювання. Через великий інтенсивності й малої расходимости променя виникає можливість отримання високої густини випромінювання, сягаючої іноді 1011 — 1014 Вт/см2, тоді як випаровування самих твердих матеріалів досить 109 Вт/см2.

Випромінення лазера, що виходить з резонатора, іде через різні оптичні елементи (фільтри, лінзи, призми, светоотделительные платівки і т.д.) ні на яку мішень. Всі ці елементи певною мірою відбивають чи розсіюють випромінювання оптичних квантових генераторів. Дзеркально відбите випромінювання небезпечно у тій мері, як і пряме. З іншого боку, зеркально-отраженный промінь лазера може багаторазово дзеркально чи дифузно відбиватися від різних поверхностей.

Ступінь потенційну небезпеку лазерного випромінювання залежить від потужності джерела, довжини хвилі, тривалості імпульсу і чистоти його прямування, оточуючих умов, відблиски і розсіювання излучения.

Крім впливу лазерного випромінювання з’являються і інші небезпечні факторы.

Шкідливе впливом геть очі може надати світлова енергія від імпульсних ламп накачування. Під час розряду лампа накачування випромінює енергію, що становить десятків кілоджоулів. З іншого боку, спектр випромінювання імпульсних ламп містить довгохвильові ультрафіолетові промені, які можуть опинитися додатково викликати специфічну реакцію глаз.

До супутнім небезпечним чинникам, які виникають при експлуатації лазерних установок, можна віднести:. високу напругу зарядних пристроїв, що живлять батарею конденсаторів більшої ємності. Після розряду конденсаторів на лампи спалахи можуть зберігати електричний розряд високого потенціалу;. забруднення повітряної середовища хімічними речовинами, що утворюються при розрядці імпульсних ламп накачування (озон, окисли азоту), внаслідок випаровування матеріалу мішені під час зварювання, свердлінні та інших технологічних операціях (окис вуглецю, свинець, ртуть, продукти термоокислительного розкладання матеріалу мішені, побічні продукти реакції лазера);. інтенсивний шум, що виникає в останній момент роботи деяких лазерів;. рентгенівське випромінювання при фокусировании випромінювання лазера в газі режимі модулювання добротності й освіту згустку високо іонізованою плазми з щільністю електронів 1015 -1020 см-3.

Біологічні ефекти, які під час вплив лазерного випромінювання на організм людини, діляться на дві группы:

1) Первинні ефекти — органічні зміни, виникаючі у облучаемых тканях;

2) Побічні ефекти — неспецифічні зміни, які у організмі у відповідь на облучение.

Найбільш піддається поразці лазерним випромінюванням очей людини. Сфокусований на сітківці хрусталиком очі лазерний промінь матиме вид малого плями з театром ще більш щільною концентрацією енергії, ніж падаюче на очей випромінювання. Тому потрапляння лазерного випромінювання око небезпечний та може викликати ушкодження сітчастої і судинної оболонок з порушенням зору. При малих плотностях енергії відбувається крововилив, а на великих — ожег, розрив сітчастої оболонки, поява пухирців очі в стекловидном теле.

Випромінення лазера, працював у ультрафіолетовому і далекому інфрачервоному діапазоні довжин хвиль, майже зовсім буде поглинатися прозорими середовищами очі, що містять дуже багато рідини. У результаті їх ушкодження можу наступити при порівняно невеликих интенсивностях випромінювання, зазвичай ці ушкодження мають характер ожогов.

Лазерне випромінювання може викликати також ушкодження шкіри внутрішніх органів людини. Ушкодження шкіри лазерним випромінюванням схоже з термічним опіком. На ступінь ушкодження впливають як вхідні характеристики лазерів, і колір, і рівень пігментації шкіри. Інтенсивність випромінювання, яка викликає ушкодження шкіри, набагато вища інтенсивності, що призводить до пошкодження очі. Крім опіків шкіри лазерне випромінювання спроможне викликати ушкодження внутрішніх органів, навіть у тому випадку, коли на тілі виникають щодо слабкі поверхневі ушкодження. Ці ушкодження мають характер набряків, крововиливів, омертвляння тканин, згортання і розпаду крові. Нерідко має місце вплив як прямого, і дзеркально відображеного лазерного випромінювання деякі органи людини, і навіть дифузно відображеного випромінювання все організм людини. Результатом такого впливу виявляються різні функціональні зміни центральної нервової системи, серцево-судинної системи, ендокринних залоз, фізичне стомлення і др.

Відповідно до «Санітарними нормами і правилами пристрої і експлуатації лазерів» лазери поділяються за рівнем небезпеки генерованого ними випромінювання чотирма класса.

До лазерам класу I ставляться лазери, вихідний випромінювання яких немає небезпечна очей і кожи.

До лазерам класу II ставляться лазери, вихідний випромінювання яких небезпечна при опроміненні очей прямими чи дзеркально відбитим излучением.

У лазерів класу III вихідний випромінювання небезпечна при опроміненні очей прямим, дзеркально і дифузно відбитим випромінюванням на відстані десяти сантиметрів від дифузно що відбиває поверхні, і при опроміненні шкіри прямим і дзеркально відбитим излучением.

Лазери класу IV становлять небезпеку при опроміненні шкіри дифузно відбитим випромінюванням з відривом десяти сантиметрів від що відбиває поверхности.

Класифікація технологічних лазерних установок проводиться виміром рівнів лазерного випромінювання у робітничій зони і порівнянням його з граничнодопустимим рівнем (ПДУ).

Крім прямого лазерного випромінювання на організм людини в експлуатації лазерів різних класів можуть впливати супутні небезпечні й шкідливі виробничі чинники (табл. 1).

Таблиця 1. |Чинник |Клас лазерів | | |I |II |III |IV | |Електричне напруга |- (+) |+* |+ |+ | |Світлове випромінювання імпульсних ламп | | | | | |чи газового розряду |- |- |- (+) |+ | |Шум, вібрація |- |- |- (+) |+ | |Аерозоль |- |- |- |+ | |Гази |- |- |- |+ | |Електромагнітне випромінювання (ВЧ, |- |- |- |- (+) | |НВЧ) |- |- |- |- (+) | |Іонізуюче випромінювання | | | | |.

. Під час розробки Знак «+» означає наявність шкідливого чинника, знак «-» — його отсутствие.

Енергетичну експозицію, освітленість лазерного випромінювання H, E Вт/см2.

(Дж/см2) з відривом R джерела за умови рівномірного розподілу енергії в плямі можна визначити по формуле.

[pic][pic] де P — потужність енергії випромінювання, Вт (Дж); (- кут розбіжності променя; (= 2.44 (/ d; (- коефіцієнт ослаблення випромінювання лазера повітряної середовищем. В багатьох випадках треба зазначити, який інтенсивністю володіє даної точці простору відбитий промінь (від об'єкта, стін приміщення і т.п.). У разі дифузійного відображення енергетичну експозицію, освітленість в заданої точці можна визначити за такою формулою [pic] (у якому за необхідності додається множене e-(R) Де Pn — енергія (потужність), падаюча на відбиту поверхню, Дж (Вт); Ко — коефіцієнт відображення поверхні; (- кут між нормалью до поверхні і є напрямом на очей; Kn — коефіцієнт, враховує розмір плями; якщо R > 30 rn (rn — радіус плями), то Kn = 1. Для визначення безпечного відстані R наведені формули перетворюються заміною H на допустимі значення Нпду. Міністерством Охорони Здоров’я СРСР затверджені в 1981 р «Санітарні норми і правила пристрої і експлуатації лазерів», у яких встановлено ПДУ опромінення роговий оболонки сітківки очей та шкіри. На ПДУ впливають такі параметри: довжина хвилі лазерного випромінювання (; тривалість імпульсу (; частота повторення імпульсу f; тривалість впливу t; кут розбіжності променя: для лабораторних умов береться рівним 20`, для польових умов при [pic] (де R — відстань від очі до випромінювача; d — діаметр пучка не вдома генератора) прийнято I (; діаметр зіниці очі: під час роботи в денних умовах приймається рівним чотирьом миллиметрам, а нічних — восьми миллиметрам. Для лазерів з моноимпульсным і безперервним режимом випромінювання нормується енергетична освітленість E (облученность — відносини потоку випромінювання, падаючого на аналізований ділянку поверхні, на площу цієї ділянки, інакше: твір енергетичної освітленості (облученности) на тривалість опромінення (ГОСТ 7601−78)). При одночасному вплив лазерного випромінювання з різними параметрами однією і хоча б ділянку тіла, і за умови підсумовування біологічних ефектів сума відносин рівнів лазерного випромінювання Hn до величині ПДУ Hпду має перевищувати одиниці, тобто. H1/Hпду (1)+Н2/Нпду (2)+…+Нn/Нпду (n)[pic]1. Для контролю лазерного випромінювання та визначення меж небезпечної зони в умовах виробництва дотримуються низки приладів. Залежно від типу приймача випромінювання прилади поділяють на калориметричні, фотоелектричні, фотохімічні, механічні та інших. Найбільше торгівлі поширення набули перші двоє виду приладів. Калориметрический метод грунтується на поглинанні енергії випромінювання приймачем приладу і перетворення їх у теплову енергію. Однак це метод не точний внаслідок накладення на показання коливань температури зовнішньої середовища. При фотоэлектрическом методі вимірів відбувається перетворення енергії випромінювання у електричну енергію. Цей метод дозволяє досягти високої чутливість проблеми та у час є основним при дозиметрії лазерного випромінювання. У цьому принципі засновані прилади «Измеритель-1», ИЛД-2. Прилад «Измеритель-1» призначений для виміру службами охорони праці безпосередньо на робочих місць плотностей потужності і відображеного лазерного випромінювання з довжинами хвиль 0,53; 0,63; 0,69 і 1,069 мкм. Прилад ИЛД-2 вимірює енергетичні характеристики спрямованого чи відображеного лазерного випромінювання із довжиною хвилі 0,49 — 1,15 і 2 — 11 мкм в заданої точці простору. Значимість лазерного випромінювання визначають на робочих місць лише на рівні очей працюючого підприємства і відкритих частин його тіла. За результатами вимірів будується діаграма спрямованості рівнів щільності відбитій енергії, що дозволяє оцінити небезпеку, і розробити комплекс захисних заходів. Методи і засоби захисту від впливу лазерного випромінювання можна підрозділити на організаційні, інженерно-технічні і кошти індивідуальної захисту. Організаційні засоби захисту забезпечують правильну організацію робіт, яка виключає потрапляння людей перелік небезпечних зон під час роботи на лазерних установках. Інженернотехнічні методи передбачають створення безпечних лазерних установок рахунок зменшення потужності застосовуваного лазера, надійної экранировки лазерної встановлення і дистанційного управління. Упертою захистом від випадкового влучення на людини екранування променя световодом по всьому шляху його дії. Для зниження рівня відображеного випромінювання лінзи, призми та інші тверді предмети з дзеркальній поверхнею у дорозі променя постачають блендами, а перед опроміненим об'єктом встановлюють захисні екрани — діафрагми з отвором, діаметром, кілька перевищують діаметр променя. Як коштів індивідуальної захисту застосовуються спеціальні захисні окуляри, скла у яких підбираються відповідно до ГОСТ 9411–81Е; технологічні халати і рукавички, изготавливаемые з бавовняної тканини ясно-зеленого чи блакитного кольору. Для зменшення небезпеки необхідна захист від супутніх небезпек, джерелами яких є сама лазерна установка і оброблювані об'єкти. Для зменшення забруднення повітря парами і аэрозолями испаряющихся речовин мішені, і навіть що утворюється повітря озону в робочих приміщеннях передбачають спеціальну систему вентиляції. Застосовують також необхідні захисту від високої напруги (захисні і запобіжні блокування), вплив електромагнітних полів (захисні екрани), шуму (звукоизолирующие кожухи), жорсткого рентгенівського випромінювання, іонізації повітря, вибухів та пожеж. Виконання заходів захисту забезпечує безпеку робіт, які з лазерними установками. Працюючи лазерних установок, обслуга піддається наступним шкідливим та небезпечним чинникам: 1. Випромінення лазера навіть невеличкий потужності потрапляючи на сітківку очі може викликати її руйнація, що призведе до часткової чи повної втрати зору. 2. Працюючи з потужними лазерними установками можна отримати роботу опік. 3. Як і будь-яке електрообладнання, лазерні установки небезпечні з місця зору поразки електричним током.