Тема.
Техніка безпеки при експлуатації лазерів і лазерних установок
План
1. Класифікація лазерів і лазерних установок
2. Джерела небезпечних і шкідливих виробничих факторів при використанні
лазерів та лазерних установок
3. Механізми дії лазерного випромінювання
4. Вплив лазерного випромінювання на очі
5. Вплив лазерного випромінювання на шкіряний покрив
і внутрішні органи
1. Класифікація лазерів і лазерних установок
У науковій, технічній і нормативній літературі наводиться кілька
варі-антів класифікації лазерів і лазерних установок. З позиції
забезпечення ла-зерної безпеки (ЛБ) вони класифікуються за основними
фізико-технічними параметрами і ступенем небезпеки генеруємого
випромінювання [1; 3].
В основу класифікації лазерів (ЛР) і лазерних установок (ЛУ) за
фізи-ко-технічними параметрами покладені наступні ознаки.
Активний елемент, у якому енергія накачування перетворюється у
випромінювання: твердотільні ЛР (рубін, активоване неодимом скло,
алю-моіттрієвий гранат, пластмаси); напівпровідникові (ZnS, ZnO, CaSe,
Тe, PbS і ін.); рідинні (з рідкоземельними активаторами чи органічними
барвниками); газові (газостатичні, газодинамічні, електроаеродинамічні,
електроіонізацій-ні та хімічні у залежності від способу накачування: Не
– Ne, аргон, криптон, ксенон, неон, Не – Cb, CO2 і ін.).
Спосіб накачування: пропущення постійного, імпульсного чи
висо-кочастотного струмів через газ; вплив світлом неперервним чи
імпульс-ним (зокрема, світловим спалахом імпульсної лампи,
використовуваної у твердотільних і рідинних ЛР), пучками електронів,
протонів, заряджени-ми осколками ядерних реакцій; рентгенівським
випромінюванням; хіміч-ним збудженням.
Довжина хвилі генеруємого випромінювання: субміліметрові, інф-рачервоні,
видимого діапазону, ультрафіолетові, рентгенівські і
гамма-випромінювання.
Режим роботи: ЛР, що працюють у неперервному режимі, простому
імпульсному чи імпульсному з модульованою добротністю (моноімпульсне й
імпульсне періодичне).
Вплив лазерного випромінювання (ЛВ) на обслуговуючий персонал у
залежності від виду установки: установки закриті і відкриті.
Техноло-гічні ЛУ в більшості випадків закритого типу; унікальні і
дослідницькі – в основному відкриті, можуть бути закриті.
Умови експлуатації: стаціонарні і пересувні, у виробничих примі-щеннях,
лабораторіях, клініках і польових умовах.
Спосіб відводу тепла: із природним і примусовим охолодженням, повітряним
чи рідинним (вода чи рідина, що містить як правило токсичні речовини).
Призначення: унікальні, дослідницькі, спеціальні, технологічні,
ме-дичні.
Потужність випромінювання: надпотужні, потужні, середньої потужності,
малої потужності.
У відповідності із СНіП 2392-81 і ГОСТ 12.1.040-83 ЛР і ЛУ за ступе-нем
небезпеки генеруємого випромінювання підрозділяються на чотири класи.
До лазерів I класу відносяться ЛР, вихідне випромінювання яких не
становить небезпеки для очей і шкіри. При експлуатації ЛР і ЛУ даного
кла-су не потрібно дозиметричного контролю ЛВ у робочій зоні і медичного
об-слуговування навіть при максимальній тривалості опромінення протягом
усього робочого дня (8 год чи 3?104 с). Однак ЛР даного класу,
випроміню-вання яких знаходиться у видимому діапазоні спектра, можуть
призвести до зорового дискомфорту, у зв’язку, з чим бажане вживання
заходів, що змен-шують засвітку очей [3].
До лазерів II класу відносяться такі ЛР, вихідне випромінювання яких
становить небезпеку при опроміненні очей прямим чи дзеркально відбитим
випромінюванням.
До лазерів III класу відносяться такі ЛР, вихідне випромінювання яких
становить небезпеку при опроміненні очей прямим, дзеркально відби-тим, а
також дифузно відбитим випромінюванням на відстані 10 см від ди-фузно
відбиваючої поверхні і при опроміненні шкіри прямим і, дзеркально
відбитим випромінюванням.
До лазерів IV класу відносяться такі ЛР, вихідне випромінювання яких
становить небезпеку при опроміненні шкіри диффузно відбитим
випромінюванням на відстані 10 см від дифузно відбиваючої поверхні.
Клас небезпеки ЛР і ЛУ встановлюється підприємством-виготівником
2. Джерела небезпечних і шкідливих виробничих факторів при використанні
лазерів та лазерних установок
При експлуатації ЛУ персонал може піддаватися впливу комплексу
небезпечних і шкідливих факторів, кількість і інтенсивність яких
залежать від просторово-енергетичних характеристик ЛВ, лазерних
технологій (ЛТ), умов експлуатації і конструктивних особливостей ЛР.
Характерно, що пра-ктично кожному типу ЛР і ЛУ, кожному технологічному
процесу відповідає певний комплекс небезпечних і шкідливих виробничих
факторів. Деякі ЛТ вимагають подачі в робочу зону технологічного
середовища (наприклад, при зварюванні подають інертні гази) чи введення
додаткової енергії (механіч-ної, електромагнітної і т.д.). Прикладами
комбінованих методів можуть слу-жити газолазерне різання,
лазерно-електрична обробка отворів і т. д. Тому необхідно в кожнім
конкретному випадку розглядати окремо особливості роботи кожного типу ЛР
і ЛУ стосовно до умов їхньої експлуатації.
Небезпечні і шкідливі виробничі фактори розділяють на основні і су-путні
[4]. До основних небезпечних і шкідливих факторів відносяться вла-сне
монохроматичне, когерентне ЛВ і паразитне випромінювання (відбите і
розсіяне), а до супутніх – фактори, що виникають у робочій зоні (на
лазер-них ділянках) при експлуатації ЛР і інших установок.
Розглянемо механізм утворення супутніх небезпечних і шкідливих факторів.
Монохроматичність, когерентність і мала розходимість лазерного променя
дозволяють сфокусувати його на надзвичайно малій площі, що прагне до
точки, діаметр якої відповідає порядку довжини хвилі, що дає мо-жливість
одержати на поверхні оброблюваного матеріалу енергію при густи-нах
потужності до 1017 Вт/см2. Однак час існування зазначеної потужності у
фокусі імпульсного лазерного променя мізерно малий: 10 – 3 – 10 – 9 с.
Проте в подібних умовах дія даного променя на різні матеріали приводить
до їхнього руйнування і випару (метали випаровуються при щільності
потужності вип-ромінювання порядку 1010 Вт/см2). Пари, що утворилися,
розширюються зі швидкістю, порівнянною зі швидкістю звуку (v = 103 м/с),
що приводить до механічного ефекту – тілу надається імпульс віддачі.
При проходженні через середовище ЛВ з діелектричною ? і магніт-ною ?
проникністю утвориться інтенсивне електричне поле, напруже-ність якого
(В/м) для плоскої хвилі визначається за формулою [5]
. (9.1)
Наприклад, пікове значення електричного поля у вакуумі при W = = 1
МВт/см2 складе 2,74?106 В/м.
При фокусуванні ЛВ у газі в режимі модульованої добротності виникає так
званий лавинний пробій: у фокусі лінзи утвориться згусток
високоіонізованної високотемпературної плазми, що є джерелом м’якого
рентгенівського випромінювання з довжиною хвилі порядку 1,0 нм.
При нагріванні речовини ЛР до температури 107 – 108 К можливе збудження
ядерних реакцій. При нагріванні дейтрієвої плазми утворить-ся нейтронне
і жорстке рентгенівське випромінювання.
Турбулентність атмосфери викликає блукання променя, його розсі-ювання і
сцинтиляцію. При проходженні променя через ділянки з різною
температурою, за рахунок зміни показника заломлення, він відхиляється
від початкового напрямку. При великому діаметрі променя різні його
ділянки потрапляють у різні турбулентні області і промінь починає
розділятися і роз-ходитися. Блукання і розбіжність променя зменшуються
при збільшенні йо-го діаметра або при великих відстанях від джерела, де,
в основному, спосте-рігається ефект сцинтиляції, тобто перерозподіл
енергії усередині променя. Було виявлено, що на відстані 1 км від
джерела рівень опромінення переви-щував рівень на осі променя поблизу
джерела в 4-5 разів, в інших ділянках перетину рівні опромінення були
нижче. Таким чином, небезпека ЛВ, імо-вірно, найбільша в таких «гарячих»
точках.
З наведеного вище можна зробити висновок, що при використанні ЛР у
залежності від класу їхньої небезпеки, застосовуваної технології й умов
експлуатації можуть існувати групи фізичних, хімічних і
психофізіологіч-них небезпечних і шкідливих виробничих факторів.
Висока напруга є на зарядних пристроях, що живлять батарею
конден-саторів великої ємності, Після розряду конденсаторів на лампи
(спалахи) во-ни можуть зберігати залишкову напругу високого потенціалу,
є напруга та-кож у ланцюгах управління. Напруги дотиків і струми, що
протікають через тіло людини при нормальному (неаварійному) і аварійному
режимах роботи лазерних установок, не повинні перевищувати допустимих
значень, зазначе-них у ГОСТ 12.1.038 – 82.
У результаті радіолізу повітря утворююься озон, оксиди азоту й ін-ших
газів, що викликають загазованість повітря робочої зони. Розряди
ім-пульсних ламп накачування супроводжуються утворенням озону,
концен-трація якого швидко зменшується по припиненню розряду ламп у
зв’язку з його розпадом. Озон і оксиди азоту утворяться також у
результаті іонізації повітря іонізуючими випромінюваннями утвореними при
експлуатації висо-ковольтних джерел живлення ЛР [2-4]. У результаті
випару матеріалу міше-ні при зварюванні, паянні, свердлінні й інших
технологічних процесах утво-ряться оксид вуглецю, шкідливі газові
домішки і пари летучих органічних сполук, використовуваних у
технологічних процесах (нітробензол, нітрото-луол, чотирьоххлористий
вуглець і т.д.). У результаті термоокислювального розкладання матеріалу
мішені і реакції в ЛР утворюється ціаністий водень. Гранично припустимі
концентрації (ГДК) зазначених газів і парів наведені в ГОСТ 12.1.005 –
76.
Оксиди елементів, що входять до складу матеріалу, що руйнується чи
випаровується під впливом лазерного випромінювання (оксиди свинцю,
олова, вісмуту, алюмінію і т.д.), виділяються в повітря і створюють
аерозоль дезинтеграцї і конденсації, вміст якого в повітрі робочої зони
не повинен перевищувати встановлених ГДК згідно ГОСТ 12.1.005 – 76.
Змінюється іонний склад повітря. Як правило, збільшується вміст
негативних іонів у безпосередній близькості (20-40 см) від імпульсних
ламп. Джерелом іонізації повітря є сфокусоване ЛВ, ультрафіолетове й
іонізуюче випромінювання. Припустимий вміст легких іонів у повітрі
виробничих і суспільних приміщень з кондиціонуванням повітря наведений в
табл. 9.1 [20].
Таблиця 9.1
Нормативні величини іонізації повітря виробничих
і суспільних приміщень
Рівень Число іонів в 1 см3 П
п + п –
Мінімально необхідний
Оптимальний
Максимально допустимий 400
1000-3000
50 000 600
3000-5000
50 000 – 0,2
Від – 0,67 до 0
Від – 0,05 до + 0,05
Зауваження: У таблиці прийняті наступні позначення: п + – легкі
позитивні іони; п – – легкі негативні іони; П – показник полярності
П = (п + – п -)/( п + + п -)
(9.2)
– 1Використана література Катренко, Любов Антонівна Охорона праці: Навч. посіб. для студ. вузів на основі "Охорони праці в галузі освіти" та "Практикуму з охорони праці"/ Л.А.Катренко, Ю.В.Кіт, І.П.Пістун.- Суми: Університетська книга, 2004.- 496с.- 25.00 Охорона праці.- К.: , 2005.- 47с. Охорона праці.- К: ЦУЛ, 2002.- 322с. Охорона праці в Україні.- К.: Юрінком Інтер, 1999.- 400с. Ярошевська В.М., Чабан В.Й. Охорона праці в галузі.- К.: ВД "Професіонал", 2004.- 288с. Охорона праці: витрати, податки, штрафи.- К.: Бліц-Інформ, 2005.- 226с. Безпека життєдіяльності, цивільна оборона та охорона праці.- К.: Освіта України, 2006.- Навчальна програма нормативної дисципліни "Охорона праці в галузі "для вищих закладів освіти.- К.: , 1999.- 15с. Пістун Ігор Павлович, Кіт Юрій Володимирович, Березовецький Андрій Петрович Охорона праці.- Суми: Університетська книга, 2000.- 207с. Катренко Любов Антонівна, Пістун Ігор Павлович Охорона праці в галузі освіти.- Суми: Університетська книга, 2001.- 339с. Катренко, Любов Антонівна Охорона праці в галузі освіти: Навч. посіб. для студ. вузів/ Л.А.Катренко, І.П.Пістун.- Вид. 2-ге, доп.- Суми: Університетська книга, 2004.- 304с.- 18.00 Миленький М.А., Петров В.М., Гришко І.В. Законодавство про охорону праці (основні положення): Методичний посібник для системи навчання з охорони праці..- К.: ННДІОП, 1998.- 26с. Миленький М.А.,Петров В.М.,Гришко В.А.,Кирилюк І.В. Законодавство про охорону праці(основні положення):Метод.посібник для системи навчання з охорони праці..- К.: ННДІОП, 1998.- 27с. Джигирей Віктор Степанович Еколгія та охорона навколишнього природного середовища.- К: "Знання", 2000.- 203с. Левківський Степан Степанович, Падун Микола Миколайович Раціональне використання і охорона водних ресурсів.- К.: Либідь, 2006.- 280с. а) б) Рис. 9.1. Залежність пропускної здатності Т? середовища ока (а) і погли-наючої здатності К? тканин дна ока (б) від довжини випромінювання
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
