Лазерное излучение (ЛИ) - вынужденное испускание атомами вещества квантов электромагнитного излучения. Слово «лазер» - аббревиатура, образованная из начальных букв английской фразы Light amplification by stimulated emission of radiation (усиление света с помощью создания стимулированного излучения). Основными элементами любого лазера являются активная среда, источник энергии для ее возбуждения, зеркальный оптический резонатор и система охлаждения. ЛИ за счет монохроматичности и малой расходимости пучка способно распространяться на значительные расстояния и отражаться от границы раздела двух сред, что позволяет применять эти свойства для целей локации, навигации и связи.

Возможность создания лазерами исключительно высоких энергетических экспозиций позволяет использовать их для обработки различных материалов (резание, сверление, поверхностная закалка и др.).

При использовании в качестве активной среды различных веществ лазеры могут индуцировать излучение практически на всех длинах волн, начиная с ультрафиолетовых и заканчивая длинноволновыми инфракрасными.

Основными физическими величинами, характеризующими ЛИ, являются: длина волны (мкм), энергетическая освещенность (Вт/см 2), экспозиция (Дж/см 2), длительность импульса (с), длительность воздействия (с), частота повторения импульсов (Гц).

Биологическое действие лазерного излучения. Действие ЛИ на человека весьма сложно. Оно зависит от параметров ЛИ, прежде всего от длины волны, мощности (энергии) излучения, длительности воздействия, частоты следования импульсов, размеров облучаемой области («размерный эффект») и анатомо-физиологических особенностей облучаемой ткани (глаз, кожа). Поскольку органические молекулы, из которых состоит биологическая ткань, имеют широкий спектр абсорбируемых частот, то нет оснований считать, что монохроматичность ЛИ может создавать какие-либо специфические эффекты при взаимодействии с тканью. Пространственная когерентность также существенно не меняет механизма повреждений

излучением, так как явление теплопроводности в тканях и присущие глазу постоянные мелкие движения разрушают интерференционную картину уже при длительности воздействия, превышающей несколько микросекунд. Таким образом, ЛИ пропускается и поглощается биотканями по тем же законам, что и некогерентное, и не вызывает в тканях каких-либо специфических эффектов.

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

ЛИ представляют опасность для органа зрения. Сетчатка глаза может быть поражена лазерами видимого (0,38-0,7 мкм) и ближнего инфракрасного (0,75-1,4 мкм) диапазонов. Лазерное ультрафиолетовое (0,18-0,38 мкм) и дальнее инфракрасное (более 1,4 мкм) излучения не достигают сетчатки, но могут повредить роговицу, радужку, хрусталик. Достигая сетчатки, ЛИ фокусируется преломляющей системой глаза, при этом плотность мощности на сетчатке увеличивается в 1000-10000 раз по сравнению с плотностью мощности на роговице. Короткие импульсы (0,1 с-10 -14 с), которые генерируют лазеры, способны вызвать повреждение органа зрения за значительно более короткий промежуток времени, чем тот, который необходим для срабатывания защитных физиологических механизмов (мигательный рефлекс 0,1 с).

Вторым критическим органом к действию ЛИ являются кожные покровы. Взаимодействие лазерного излучения с кожными покровами зависит от длины волны и пигментации кожи. Отражающая способность кожных покровов в видимой области спектра высокая. ЛИ дальней инфракрасной области начинает сильно поглощаться кожными покровами, поскольку это излучение активно поглощается водой, которая составляет 80% содержимого большинства тканей; возникает опасность возникновения ожогов кожи.

Хроническое воздействие низкоэнергетического (на уровне или менее ПДУ ЛИ) рассеянного излучения может приводить к развитию неспецифических сдвигов в состоянии здоровья лиц, обслуживающих лазеры. При этом оно является своеобразным фактором риска развития невротических состояний и сердечно-сосудистых расстройств. Наиболее характерными клиническими синдромами, обнаруживаемыми у работающих с лазерами, являются астенический, астеновегетативный и вегетососудистая дистония.

Нормирование ЛИ. В процессе нормирования устанавливаются параметры поля ЛИ, отражающие специфику его взаимодействия с биологическими тканями, критерии вредного действия и числовые значения ПДУ нормируемых параметров.

Научно обоснованы два подхода к нормированию ЛИ: первый - по повреждающим эффектам тканей или органов, возникающим непосредственно в месте облучения; второй - на основе выявляемых функциональных и морфологических изменений ряда систем и органов, не подвергающихся непосредственному воздействию.

Гигиеническое нормирование основывается на критериях биологического действия, обусловленного, в первую очередь, областью электромагнитного спектра. В соответствии с этим диапазон ЛИ разделен на ряд областей:

От 0,18 до 0,38 мкм - ультрафиолетовая область;

От 0,38 до 0,75 мкм - видимая область;

От 0,75 до 1,4 мкм - ближняя инфракрасная область;

Свыше 1,4 мкм - дальняя инфракрасная область.

В основу установления величины ПДУ положен принцип определения минимальных «пороговых» повреждений в облучаемых тканях (сетчатка, роговица, глаза, кожа), определяемых современными методами исследования во время или после воздействия ЛИ. Нормируемыми параметрами являются энергетическая экспозиция Н (Дж-м -2) и облученность Е (Вт-м -2), а также энергия W (Дж) и мощность Р (Вт).

Данные экспериментальных и клинико-физиологических исследований свидетельствуют о превалирующем значении общих неспецифических реакций организма в ответ на хроническое воздействие низкоэнергетических уровней ЛИ по сравнению с местными локальными изменениями со стороны органа зрения и кожи. При этом ЛИ видимой области спектра вызывает сдвиги в функционировании эндокринной и иммунной систем, центральной и периферической нервной систем, белкового, углеводного и липидного обменов. ЛИ с длиной волны 0,514 мкм приводит к изменениям в деятельности сим- патоадреналовых и гипофизнадпочечниковых систем. Длительное хроническое действие ЛИ длиной волны 1,06 мкм вызывает вегетососудистые нарушения. Практически все исследователи, изучавшие состояние здоровья лиц, обслуживающих лазеры, подчеркивают более высокую частоту обнаружения у них астенических и вегетативно-сосудистых расстройств. Следовательно, низкоэнергетическое

ЛИ при хроническом действии выступает как фактор риска развития патологии, что и определяет необходимость учета этого фактора в гигиенических нормативах.

Первые ПДУ ЛИ в России для отдельных длин волн были установлены в 1972 г., а в 1991 г. введены в действие «Санитарные нормы и правила устройства и эксплуатации лазеров» СН и П? 5804. В США существует стандарт ANSI-z.136. Разработан также стандарт Международной электротехнической комиссией (МЭК) - Публикация 825. Отличительной особенностью отечественного документа по сравнению с зарубежными является регламентация значений ПДУ с учетом не только повреждающих эффектов глаз и кожи, но и функциональных изменений в организме.

Широкий диапазон длин волн, разнообразие параметров ЛИ и вызываемых биологических эффектов затрудняет задачу обосно- вания гигиенических нормативов. К тому же экспериментальная и особенно клиническая проверки требуют длительного времени и средств. Поэтому для разрешения задач по уточнению и разработке ПДУ ЛИ используют математическое моделирование. Это позволяет существенно уменьшить объем экспериментальных исследований на лабораторных животных. При создании математических моделей учитываются характер распределения энергии и абсорбционные характеристики облучаемой ткани.

Метод математического моделирования основных физических процессов (термический и гидродинамические эффекты, лазерный пробой и др.), приводящих к деструкции тканей глазного дна при воздействии ЛИ видимого и ближнего ИК диапазонов с длительностью импульсов от 1 до 10 -12 с, был использован при определении и уточнении ПДУ ЛИ, вошедших в последнюю редакцию «Санитарных норм и правил устройства и эксплуатации лазеров» СНиП? 5804- 91, которые разработаны на основании результатов научных исследований.

Действующие правила устанавливают:

Предельно допустимые уровни (ПДУ) лазерного излучения в диапазоне длин волн 180-10 6 нм при различных условиях воздействия на человека;

Классификацию лазеров по степени опасности генерируемого ими излучения;

Требования к производственным помещениям, размещению оборудования и организации рабочих мест;

Требования к персоналу;

Контроль за состоянием производственной среды;

Требования к применению средств защиты;

Требования к медицинскому контролю.

Степень опасности ЛИ для персонала положена в основу классификации лазеров, согласно которой они подразделяются на 4 класса:

1-й - класс (безопасные) - выходное излучение не опасно для глаз;

2-й - класс (малоопасные) - представляют опасность для глаз как прямое, так и зеркально отраженное излучения;

3-й - класс (среднеопасное) - представляет опасность для глаз также и диффузно отраженное излучение на расстоянии 10 см от отражающей поверхности;

4-й - класс (высокоопасное) - представляет уже опасность и для кожи на расстоянии 10 см от диффузно отражающей поверхности.

Требования к методам, средствам измерений и контролю ЛИ. Дозиметрией ЛИ называют комплекс методов определения значений параметров лазерного излучения в заданной точке пространства с целью выявления степени опасности и вредности его для организма человека

Лазерная дозиметрия включает два основных раздела:

- расчетная, или теоретическая дозметрия, которая рассматривает методы расчета параметров ЛИ в зоне возможного нахождения операторов и приемы вычисления степени его опасности;

- экспериментальная дозиметрия, рассматривающая методы и средства непосредственного измерения параметров ЛИ в заданной точке пространства.

Средства измерений, предназначенные для дозиметрического контроля, называются лазерными дозиметрами. Дозиметрический контроль приобретает особое значение для оценки отраженных и рассеянных излучений, когда расчетные методы лазерной дозиметрии, основанные на данных выходных характеристик лазерных установок, дают весьма приближенные значения уровней ЛИ в заданной точке контроля. Использование расчетных методов диктуется отсутствием возможности провести измерение параметров ЛИ для всего разнообразия лазерной техники. Расчетный метод лазерной дозиметрии позволяет оценивать степень опасности излучения в заданной точке пространства, используя в расчетах паспортные данные. Расчетные методы удобны для случаев работы с редко повторяющимися кратковременными импульсами излучения, когда ограни-

чена возможность измерения максимального значения экспозиции. Они используются для определения лазерно-опасных зон, а также для классификации лазеров по степени опасности генерируемого ими излучения.

Методы дозиметрического контроля установлены в «Методических указаниях для органов и учреждений санитарно-эпидеми- ологических служб по проведению дозиметрического контроля и гигиенической оценке лазерного излучения» ? 5309-90, а также частично рассмотрены в «Санитарных нормах и правилах устройства и эксплуатации лазеров» СН и П? 5804-91.

В основе методов лазерной дозиметрии лежит принцип наибольшего риска, в соответствии с которым оценка степени опасности должна осуществляться для наихудших с точки зрения биологического воздействия условий облучения, т.е. измерение уровней лазерного облучения следует проводить при работе лазера в режиме максимальной отдачи мощности (энергии), определенной условиями эксплуатации. В процессе поиска и наведения измерительного прибора на объект излучения должно быть найдено такое положение, при котором регистрируются максимальные уровни ЛИ. При работе лазера в импульсно-периодическом режиме измеряют энергетические характеристики максимального импульса серии.

При гигиенической оценке лазерных установок требуется измерять не параметры излучения на выходе лазеров, а интенсивность облучения критических органов человека (глаза, кожа), влияющую на степень биологического действия. Эти измерения проводят в конкретных точках (зонах), в которых программой работы лазерной установки определено наличие обслуживающего персонала и в которых уровни отраженного или рассеянного ЛИ невозможно снизить до нуля.

Пределы измерений дозиметров определяются значениями ПДУ и техническими возможностями современной фотометрической аппаратуры. Все дозиметры должны быть аттестованы органами Госстандарта в установленном порядке. В России разработаны специальные средства измерений для дозиметрического контроля ЛИ - лазерные дозиметры. Они отличаются высокой универсальностью, заключающейся в возможности контроля как направленного, так и рассеянного непрерывного, моноимпульсного и импульсно- периодического излучений большинства применяемых на практике лазерных установок в промышленности, науке, медицине и пр.

Профилактика вредного действия лазерного излучения (ЛИ). Защиту от ЛИ осуществляют техническими, организационными и лечебнопрофилактическими методами и средствами. К методическим средствам относятся:

Выбор, планировка и внутренняя отделка помещений;

Рациональное размещение лазерных технологических установок;

Соблюдение порядка обслуживания установок;

Использование минимального уровня излучения для достижения поставленной цели;

Применение средств защиты. Организационные методы включают:

Ограничение времени воздействия излучения;

Назначение и инструктаж лиц, ответственных за организацию и проведение работ;

Ограничение допуска к проведению работ;

Организация надзора за режимом работ;

Четкая организация противоаварийных работ и регламентация порядка ведения работ в аварийных условиях;

Проведение инструктажа, наличие наглядных плакатов;

Обучение персонала.

Санитарно-гигиенические и лечебно-профилактические методы включают:

Контроль за уровнями опасных и вредных факторов на рабочих местах;

Контроль за прохождением персоналом предварительных и периодических медицинских осмотров.

Производственные помещения, в которых эксплуатируются лазеры, должны отвечать требованиям действующих санитарных норм и правил. Лазерные установки размещают таким образом, чтобы уровни излучения на рабочих местах были минимальными.

Средства защиты от ЛИ должны обеспечивать предотвращение воздействия или снижение величины излучения до уровня, не превышающего допустимый. По характеру применения средства защиты подразделяются на средства коллективной защиты (СКЗ) и средства индивидуальной защиты (СИЗ). Надежные и эффективные средства защиты способствуют повышению безопасности труда, снижают производственный травматизм и профессиональную заболеваемость.

Таблица 9.1. Защитные очки от лазерного излучения (выписка из ТУ 64-1-3470-84)

К СКЗ от ЛИ относятся: ограждения, защитные экраны, блокировки и автоматические затворы, кожухи и др.

СИЗ от лазерного излучения включают защитные очки (табл. 9.1), щитки, маски и др. Средства защиты применяются с учетом длины волны ЛИ, класса, типа, режима работы лазерной установки, характера выполняемой работы.

СКЗ должны предусматриваться на стадиях проектирования и монтажа лазеров (лазерных установок), при организации рабочих мест, при выборе эксплуатационных параметров. Выбор средств защиты должен производиться в зависимости от класса лазера (лазерной установки), интенсивности излучения в рабочей зоне, характера выполняемой работы. Показатели защитных свойств защиты не должны снижаться под воздействием других опасных

и вредных факторов (вибрации, температуры и т.д.). Конструкция средств защиты должна обеспечивать возможность смены основных элементов (светофильтров, экранов, смотровых стекол и пр.).

Средства индивидуальной защиты глаз и лица (защитные очки и щитки), снижающие интенсивность ЛИ до ПДУ, должны применять- ся только в тех случаях (пусконаладочные, ремонтные и экспериментальные работы), когда коллективные средства не обеспечивают безопасность персонала.

При работе с лазерами должны применяться только такие средства защиты, на которые имеется нормативно-техническая документация, утвержденная в установленном порядке.

Человека – это промышленность, медицина, научные исследования, мониторинг состояния окружающей среды и др. Лазерное излучение (ЛИ), как и другие виды излучений, оказывают неблагоприятное воздействие на организм человека. Непрерывно излучающие лазеры создают интенсивность порядка $10$ Вт/см кв, а этого вполне достаточно, чтобы расплавить и испарить любой материал. Интенсивность излучения при генерации коротких импульсов достигает иногда больше $10$ Вт/см кв. Чтобы представить себе эту величину, надо отметить, что вблизи поверхности Земли интенсивность солнечного света составляет только $0,1$…$0,2$ Вт/см кв. ЛИ является оптическим когерентным излучением, которое имеет высокую направленность и большую плотность энергии.

Излучение формируется в активной среде, которая является главным элементом лазера и, чтобы она образовалась необходимо:

1. Свет нелазерных источников;
2. Разряд электричества в газах;
3. Химреакции;
4. Бомбардировку электрическим пучком и другие методы.

Оптический резонатор образуют зеркала, между которыми располагается активная среда, она может представлять твердый материал – стекло, пластмассу, рубины – может быть представлена полупроводниками, жидкостью с органическими красителями, газом и др. Лазеры могут быть импульсного и непрерывного действия.

По своим физико-техническим параметрам лазеры классифицируются:

1. Конструктивное исполнение:

   • Стационарные лазеры;
   • Лазеры передвижные;
   • Открытые лазеры;
   • Закрытые лазеры.

2. Мощность излучения:

   • Лазеры сверхмощные;
   • Мощные лазеры;
   • Лазеры средней мощности;
   • Маломощные лазеры.

3. Режим работы:

   • Лазеры непрерывного режима;
   • Импульсные лазеры;
   • Импульсные лазеры с модулированной добротностью.

4. Способ отвода тепла:

   • Лазеры с естественным охлаждением;
   • Лазеры с принудительным охлаждением водой;
   • Лазеры с принудительным охлаждением воздухом;
   • Лазеры с принудительным охлаждением специальными жидкостями.

5. Назначение:

   • Технологические лазеры;
   • Лазеры специальные;
   • Лазеры исследовательские;
   • Лазеры уникальные.

6. Метод накачки:

   • Накачка химическим возбуждением;
   • Накачка пропусканием высокочастотного тока;
   • Пропусканием импульсного тока;
   • Пропусканием постоянного тока;
   • Накачка импульсным светом;
   • Накачка постоянным светом.

7. Длина генерируемой световой волны :

   • Инфракрасные лазеры;
   • Лазеры видимого света;
   • Ультрафиолетовые лазеры;
   • Рентгеновские лазеры;
   • Субмиллиметровые лазеры.

8. По активному элементу:

   • Газодинамические лазеры;
   • Твердотельные лазеры;
   • Полупроводниковые лазеры;
   • Лазеры жидкостные;
   • Лазеры газовые.

Лазерное излучение и организм человека

Все лазеры, исходя из степени их опасности для работающих, делят на 4 класса:

1. Не представляющие для кожи человека и его глаз опасности излучения;
2. Как прямое, так и зеркально отраженное излучение представляет большую опасность для глаз;
3. Все три излучения – прямое, зеркально отраженное и диффузно отраженное – на расстоянии $0,1$ м от отражающей поверхности, представляет опасность. Есть также опасность облучения кожи;
4. Опасность диффузно отраженным излучением на расстоянии $0,1$ м от диффузно отражающей поверхности.

В организме человека лазерное излучение может вызвать патологические изменения, расстройство органов зрения, ЦНС и вегетативной системы. Лазерное излучение оказывает негативное влияние на внутренние органы человека – печень, почки, спинной мозг и др. Возникающие поверхностные ожоги – основной патофизиологический эффект облучения .

Лазеры $II$, $ III$, $IV$ классов в обязательном порядке маркируют знаками лазерной опасности и снабжают сигнальными устройствами на весь период работы. Чтобы излучение не распространилось за пределы обрабатываемых материалов $III$ и $IV$ класс лазеров оснащают специальными экранами. Для их производства используют огнестойкий, неплавящийся, светопоглощающий материал. Управление такими лазерами дистанционное.

Для лазерного излучения установлены предельно допустимые уровни . Определены эти уровни с учетом области спектра отдельно для глаз и кожи. Работающие с лазером должны проходить как предварительный, так и ежегодный медицинский осмотр. Для лазеров $II$…$IV$ классов работники должны использовать индивидуальную защиту глаз, а для $IV$ класса – защитные маски. В зависимости от длины волны излучения стекла защитных очков могут быть бесцветные или оранжевого, сине-зеленого цвета.

Все опасности лазерного излучения делят на первичные – лазерная установка и вторичные – в процессе взаимодействия лазерного излучения и мишени.

1. Первичные факторы вредности:

   • Прямое лазерное излучение;
   • Электрическое напряжение;
   • Световое излучение;
   • Акустический шум;
   • Вибрация вспомогательного оборудования;
   • Газы, загрязняющие воздух, выделяющиеся из узла установки;
   • Рентгеновское излучение при напряжении выше $15$ кВ.

2. Вторичные факторы вредности:

   • Отраженное лазерное излучение;
   • Аэродисперсные системы;
   • Акустические шумы;
   • Излучение плазменного факела.

Нормирование лазерного излучения

К нормированию лазерного излучения существует два научно обоснованных подхода:

1. Первый касается повреждающих эффектов тканей или органов непосредственно в месте облучения;
2. Второй подход касается выявляемых изменений систем и органов, которые не подвергались непосредственному воздействию.

В основе гигиенического нормирования лежат критерии биологического действия.

Исходя из этого, диапазон лазерного излучения разделили на области:

1. Область ультрафиолета – от $0,18$ - $0,38$ мкм;
2. Видимая область – $0,38$ - $0,7$5 мкм;
3. Инфракрасная ближняя область – $0,75$ - $1,4$ мкм;
4. Инфракрасная дальняя область – свыше $1,4$ мкм.

Замечание 2

Обоснование гигиенических нормативов затруднено по той причине, что диапазон длин волн широкий, параметры лазерного излучения и биологические эффекты разнообразны. На экспериментальную и клиническую проверку необходимо время и средства, поэтому для уточнения и разработки предельно допустимых уровней ЛИ используют математическое моделирование.

Математические модели , безусловно, учитывают характер распределения энергии и абсорбционные характеристики облучаемых тканей. При определении и уточнении ПДУ ЛИ использовался метод математического моделирования основных физических процессов. Он вошел в последнюю редакцию санитарных норм и правил устройства и эксплуатации лазеров – СНиП № 5804-91 .

Разработанные нормы учитывали результаты научных исследований и основных положений документов:

1. СаНиП устройства и эксплуатации лазеров № 2392-8 1;
2. Стандарт МЭК (первое издание, $1984$ г.);
3. Изменения к стандарту Международной электротехнической комиссии ($1987 $г., публикация $825$).

Данные нормы подлежат применению и это засвидетельствовано Письмом Роспотребнадзора от $16$.$05$.$2007$ № 0100/4961-07-32 . Предельно допустимые уровни лазерного излучения устанавливают правила № 5804-91 .

Они же устанавливают требования относительно:

1. Устройств и эксплуатации лазеров;
2. Производственных помещений, размещения оборудования и рабочих мест;
3. Требований к персоналу;
4. Состояния производственной сферы;
5. Применения средств защиты;
6. Медицинского контроля.

Лазерное излучение. Лазер, или оптический квантовый генератор, - это генератор электромагнитного излучения оптического диапазона, основанный на использовании вынужденного (стимулированного) излучения.
В зависимости от характера активной среды лазеры подразделяются на твердотелые (на кристаллах или стеклах), газовые, лазеры на красителях, химические, полупроводниковые и др.
По степени опасности лазерного излучения для обслуживающего персонала лазеры подразделяются на четыре класса:
класс I (безопасные) - выходное излучение не опасно для глаз;
класс II (малоопасные) - опасно для глаз прямое или зеркально отраженное излучение;
класс 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;
класс IV (высокоопасные) - опасно для кожи диффузно отраженное излучение на расстоянии 10 см от отражающей поверхности.
Классификация определяет специфику воздействия излучения на орган зрения и кожу. В качестве ведущих критериев при оценке степени опасности генерируемого лазерного излучения приняты величина мощности (энергии), длина волны, длительность импульса и экспозиции облучения.
Лазеры широко применяются в различных областях про¬мышленности, науки, техники, связи, сельском хозяйстве, медицине, биологии и др.
Работа с лазерами в зависимости от конструкции, мощности и условий эксплуатации может сопровождаться воздействием на персонал неблагоприятных производственных факторов, которые разделяют на основные и сопутствующие. К основным факторам относятся прямое, зеркально и диффузно отраженное и рассеянное излучения. Степень выра-женности их определяется особенностями технологического процесса. К сопутствующим относится комплекс физических и химических факторов, возникающих при работе лазеров, которые имеют гигиеническое значение и могут усиливать неблагоприятное действие излучения на организм, а в ряде случаев имеют самостоятельное значение. Поэтому при оценке условий труда персонала учитывают весь комплекс факторов производственной среды.
Действие лазеров на организм зависит от параметров излучения (мощности и энергии излучения на единицу облучаемой поверхности, длины волны, длительности импульса, частоты следования импульсов, времени облучения, площади облучаемой поверхности), локализации воздействия и ана-томо-физиологических особенностей облучаемых объектов.
Действие лазерных излучений наряду с морфофункцио-нальными изменениями тканей непосредственно в месте облучения вызывает разнообразные функциональные изменения в организме: в центральной нервной, сердечно-сосудистой, эндокринной системах, которые могут приводить к нарушению здоровья. Биологический эффект воздействия ла-зерного излучения усиливается при неоднократных воздействиях и при комбинациях с другими неблагоприятными производственными факторами.
Предельно допустимые уровни лазерного излучения регламентированы Санитарными нормами и правилами устройства и эксплуатации лазеров № 5804-91, которые позволяют разрабатывать мероприятия по обеспечению безопасных условий труда при работе с лазерами. Санитарные нормы и правила позволяют определять величины ПДУ для каждого режима работы, участка оптического диапазона по специальным формулам и таблицам. Нормируется и энергетическая экспозиция облучаемых тканей.
Предупреждение поражений лазерным излучением включает систему мер инженерно-технического, планировочного, организационного, санитарно-гигиенического характера.
При использовании лазеров II-III классов для исключения облучения персонала необходимо либо ограждение лазерной зоны, либо экранирование пучка излучения.
Лазеры IV класса опасности размещают в отдельных изолированных помещениях и обеспечивают дистанционным управлением.
К индивидуальным средствам защиты, обеспечивающим безопасные условия труда при работе с лазерами, относятся специальные очки, щитки, маски, снижающие облучения глаз до ПДУ.
Работающим с лазерами необходимы предварительные и периодические (1 раз в год) медицинские осмотры терапевта, невропатолога, окулиста.

Лазер или оптический кванто­вый генератор - это генератор электромагнитного излучения оптического диапазона, осно­ванный на использовании вынуж­денного (стимулированного) из­лучения.

Лазеры благодаря своим уникаль­ным свойствам (высокая направлен­ность луча, когерентность, монохроматичность) 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 4 класса:

класс 1 (безопасные) - выходное излучение не опасно для глаз; класс II (малоопасные) - опасно для глаз прямое или зеркально отраженное излучение;

класс 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;

класс 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 величина мощности (энергии), 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" № 2392-81, которые позволяют разрабатывать мероприятия по обеспечению бе­зопасных условий труда при рабо­те с лазерами. Санитарные нормы и правила позволяют определить величины ПДУ для каждого режима работы, участка оптического диа­пазона по специальным формулам и таблицам. Нормируется энерге­тическая экспозиция облучаемых тканей. Для лазерного излучения видимой области спектра для глаз учитывается также и угловой раз­мер источника излучения.

Предельно допустимые уровни облучения дифференцированы с учетом режима работы лазеров -непрерывный режим, моноимпуль­сный, импульсно-периодический.

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 орган 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.

При работе с лазерной техникой на обслуживающий персонал может

воздействовать комплекс опасных и вредных производственных факторов.

Количественные и качественные характеристики неблагоприятных

производственных факторов зависят от физико-химических свойств

обрабатываемого материала и пространственно-энергетических характеристик

лазерного излучения.

Опасные и вредные производственные факторы, определяющие условия

труда операторов лазерных установок, условно разделяют на первичные и

вторичные. К первичным относят факторы, источником образования которых

является непосредственно лазерная установка, к вторичным - факторы,

образующиеся при воздействии лазерного излучения на обрабатываемый

материал.

При эксплуатации и разработке лазерных изделий необходимо учитывать

также возможность взрывов и пожаров при попадании лазерного излучения на

горючие материалы.

Для лазерных технологических установок наиболее значимыми из

неблагоприятных производственных факторов являются отраженное лазерное

излучение, импульсный шум и загрязнение воздуха вредными веществами,

образующимися при нагревании и разрушении (испарении) обрабатываемого

материала.

Шум лазерных установок имеет широкий частотный спектр; эквивалентный

уровень звука лазерных установок на 15...20 дБА ниже уровня звука в

импульсе; уровни звукового давления в отдельных импульсах длительностью

порядка миллисекунды могут достигать 100...120 дБ. Основное количество

вредных веществ поступает в воздух рабочей зоны в виде аэрозольных частиц с

аэродинамическим диаметром меньше 10 мкм, представляющих наибольшую

опасность для органов дыхания.

При проведении ремонтно-профнлактических и пусконаладочных работ

можно ожидать наличия дополнительных неблагоприятных факторов,

характеристики которых зависят от конструктивных особенностей лазерного

оборудования.

Наибольшую опасность лазерное излучение представляет для глаз и кожи.

Вместе с тем лазерное излучение может вызывать в организме человека

различные патологические изменения, функциональные расстройства центральной

нервной, сердечно-сосудистой и вегетативной систем, а также влиять на

различные внутренние органы.

Основным документом, регламентирующим требования безопасности при

эксплуатации лазерных установок, являются "Санитарные нормы и правила

устройства и эксплуатации лазеров" № 5804-91 (СанПиН-лазер). Этот документ

устанавливает:

Предельно допустимые уровни (ПДУ) лазерного излучения в диапазоне

длин волн 180...105 нм при различных условиях воздействия на человека;

Классификацию лазеров по степени опасности генерируемого ими

излучения;

Требования к устройству и эксплуатации лазеров;

Требования к производственным помещениям, размещению оборудования и

организации рабочих мест;

Требования к персоналу;

Контроль за состоянием производственной среды;

Требования к применению средств защиты;

Требования к медицинскому контролю.

Предельно допустимые уровни (ПДУ) лазерного излучения установлены для

двух условий облучения - однократного и хронического в трех диапазонах длин

волн: I - от 180 до 380 нм; II -св. 380 до 1400 нм; III - св. 1400 до 105.

Нормируемыми параметрами лазерного излучения являются энергетическая

экспозиция Н и облученности Е, усредненные по ограничивающей апертуре.

Для определения предельно допустимых уровней энергетической

экспозиции НПДУ и облученности ЕПДУ при воздействии лазерного излучения на

кожу усреднение производится по ограничивающей апертуре диаметром 1,1 х10-3

м (площадь апертуры Sа = 10-6 м2).

Для определения предельно допустимых уровней НПДУ и ЕПДУ при

воздействии на глаза лазерного излучения в диапазонах I и III усреднение

производится по ограничивающей апертуре диаметром 1,1х10-3 м, а в диапазоне

II - по апертуре диаметром 7х10-7 м.

Наряду с энергетической экспозицией и облученностью нормируемыми

параметрами являются также энергия W и мощность P излучения, прошедшего

через указанные ограничивающие апертуры.

НПДУ = WПДУ / Sа, EПДУ = PПДУ / Sа

где: WПДУ и РПДУ – предельно допустимые уровни соответственно энергии

и мощности.

Параметры НПДУ, EПДУ и WПДУ, РПДУ могут использоваться каждый в

отдельности в соответствии с решаемой задачей.

Лазерное излучение с длиной волны 380...1400 нм наибольшую опасность

представляет для сетчатой оболочки глаза, а излучение с длиной волны

180...380 нм и св. 1400 нм - для передних сред глаза. Повреждение кожи

может быть вызвано лазерным излучением любой длины волны рассматриваемого

спектрального диапазона (180...105 нм).

В СанПиН-лазер приведены соотношения для определения ПДУ при

однократном воздействии на глаза и кожу одиночных импульсов

коллимированного или диффузного лазерного излучения, а также поправки для

учета хронического воздействия повторяющихся импульсов и углового размера

источников диффузного излучения.

Инструментом, позволяющим определять основные направления работы по

нормализации условий труда операторов лазерных установок, является

классификация лазеров по степени опасности генерируемого ими излучения.

Определение класса опасности основано на учете его выходной энергии

(мощности) и предельно допустимых уровней при однократном воздействии

генерируемого излучения. Лазеры по степени опасности подразделяют на четыре

К лазерам I класса относят полностью безопасные лазеры, т.е. 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 глаз или кожи 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 во всех спектральных диапазонах.

К лазерам III класса относят 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. К этому классу

относят лазеры, генерирующие излучение в спектральном диапазоне II.

Лазеры IV класса включают такие лазеры, диффузно отраженное излучение

которых, представляет опасность для глаз и кожи на расстоянии 10 см от

отражающей поверхности.

Лазеры классифицирует предприятие-изготовитель по выходным

характеристикам излучения расчетным методом.

Класс опасности лазерного изделия определяется классом используемого

в нем лазера.

Основными нормативными пра­вовыми актами при оценке усло­вий труда с оптическими кванто­выми генераторами являются:

"Санитарные нормы и правила устройства и эксплуатации лазе­ров" № 2392-81; методические рекомендации "Гигиена труда при работе с лазерами", утверж­денные МЗ РСФСР 27.04.81 г.;

ГОСТ 24713-81 "Методы измере­ний параметров лазерного излу­чения. Классификация"; ГОСТ 24714-81 "Лазеры. Методы из­мерения параметров излучения. Общие положения"; ГОСТ 12.1.040-83 "Лазерная безопас­ность. Общие положения"; ГОСТ 12.1.031 -81 "Лазеры. Методы дозиметрического контроля лазерного излучения".

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

При использовании лазеров II-III классов 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 допус­каются в помещения, где размеще­ны лазеры, лица, не имеющие отно­шения к их эксплуатации. Запрещается визуальная юстировка лазе­ров без средств защиты.

Для удаления возможных токси­ческих газов, паров и пыли обору­дуется приточно-вытяжная вентиля­ция с механическим побуждением. Для защиты от шума принимаются соответствующие меры звукоизо­ляции установок, звукопоглощения и др.

К индивидуальным средствам за­щиты, обеспечивающим безопас­ные условия труда при работе с лазерами, относятся специальные очки, щитки, маски, обеспечиваю­щие снижение облучения глаз до ПДУ.

Средства индивидуальной за­щиты применяются только в том случае, когда коллективные средства защиты не позволяют обеспечить требования санитар­ных правил.

Лазерное излучение является электромагнитным излучением, генерируемым в диапазоне длин волн l = 180…105 нм. Лазерные установки получили широкое распространение.

Лазерное излучение характеризуется монохроматичностью (излучения практически одной частоты), высокой когерентностью (сохранением фазы колебаний), чрезвычайно малой энергетической расходимостью луча и высокой концентрацией энергии излучения в луче.

Биологические эффекты воздействия лазерного излучения на организм определяются механизмами взаимодействия излучения с тканями 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. Различают тепловые, энергетические, фотохимические и механические (ударно-акустические) эффекты воздействия, а также прямое и отражённое (зеркальное и диффузное) излучения. Для глаз, кожи и внутренних тканей организма наибольшую опасность представляет энергонасыщенное прямое и зеркально отражённое излучения. Кроме того, наблюдаются негативные функциональные сдвиги в работе нервной и сердечно-сосудистой систем, эндокринных желез, изменяется артериальное давление, увеличивается утомляемость.

Лазерное излучение с длиной волны от 380 до 1400 нм наиболее опасно 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 диапазона (180…105 нм).

Ткани живого организма при малых и средних интенсивностях облучения почти непроницаемы для лазерного излучения. Поэтому поверхностные (кожные) покровы оказываются наиболее подверженными его воздействию. Степень этого воздействия определяется длиной волны и интенсивностью излучения.

При больших интенсивностях лазерного облучения возможны повреждения не только кожи, но и внутренних тканей и органов. Эти повреждения имеют характер отёков, кровоизлияний, омертвения тканей, а также свёртывания или распада крови. В таких случаях повреждения кожи оказываются относительно менее выраженными, чем изменения во внутренних тканях, а в жировых тканях вообще не отмечено каких-либо патологических изменений.

Биологические эффекты, возникающие при воздействии лазерного излучения на организм, условно подразделяют на группы:

а) первичные эффекты - органические изменения, возникающие непосредственно в облучаемых живых тканях (прямое облучение);

б) вторичные эффекты - неспецифические изменения, возникающие в организме в ответ на облучение (длительное облучение диффузно отражённым излучением).

При эксплуатации лазерных установок на человека могут воздействовать следующие опасные и вредные факторы, обусловленные как самим лазерным излучением, так и спецификой его формирования:

• лазерное излучение (прямое, отражённое, рассеянное);
• сопутствующее работе установки ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное излучения структурных компонентов;
• высокое напряжение в цепях управления и электропитания;
• ЭМП промышленной частоты и радиочастотного диапазона;
• рентгеновское излучение от газоразрядных трубок и элементов, работающих при анодном напряжении более 5 кВ;
• шум и вибрация;
• токсичные газы и пары, образующиеся в элементах лазеров и при взаимодействии луча со средой;
• продукты взаимодействия лазерного излучения с обрабатываемыми материалами;
• повышенная температура поверхностей лазерного изделия и в зоне облучения;
• опасность взрыва в системах накачки лазеров;
• возможность взрыва и пожара при взаимодействии луча с горючим материалом.

По степени опасности излучения для биологических структур человека лазеры подразделяются на четыре класса.

К лазерам 1 класса относят полностью безопасные лазеры. Их излучение не представляет опасности для глаз и кожи.

Лазеры 2 класса – это лазеры, луч которых представляет опасность при облучении кожи или глаз человека. Однако диффузно отражённое излучение безопасно как для кожи, так и для глаз.

Лазеры 3 класса представляют опасность при облучении глаз и кожи прямым, зеркально отражённым излучением. Диффузно отражённое излучение опасно для глаз на расстоянии 10 см от диффузно отражающей поверхности, но безопасно для кожи.

У лазеров 4 класса диффузно отражённое излучение на расстоянии 10 см от диффузно отражающей поверхности представляет опасность для глаз и кожи.

Лазеры классифицирует изготовитель по выходным характеристикам излучения.

При эксплуатации установок 2-4 классов следует предусматривать мероприятия по лазерной безопасности, дозиметрический контроль лазерного излучения, санитарно-гигиенические мероприятия и медицинский контроль.

Лазерная безопасность – это совокупность технических, санитарно-гигиенических, лечебно-профилактических и организационных мероприятий, обеспечивающих безопасные и безвредные условия труда при эксплуатации лазерных установок.

Нормирование лазерного излучения осуществляется по предельно допустимым уровням облучения (ПДУ) согласно «Санитарным нормам и правилам устройства и эксплуатации лазеров» № 5804-91 . ПДУ излучения при однократном воздействии могут привести к незначительной вероятности возникновения обратимых отклонений в организме работающего. ПДУ излучения при хроническом воздействии не приводят к отклонению в состоянии здоровья человека как в процессе работы, так и в отдалённые сроки жизни настоящего и последующих поколений.

Нормируемыми параметрами являются облучённость Е, энергетическая экспозиция Н, энергия W и мощность Р излучения.

Облучённость – это отношение потока излучения, падающего на малый участок поверхности, к площади этого участка, Вт/м2.

Энергетическая экспозиция определяется интегралом облучённости по времени, Дж/м2.

ПДУ лазерного излучения устанавливаются для трёх диапазонов длин волн (180…380, 381…1400, 1401…105 нм) и случаев облучения: однократного (с временем воздействия до одной смены), сериями импульсов и хронического (систематически повторяющегося). Кроме того, при нормировании учитывают объект облучения (глаза, кожа, глаза и кожа одновременно).

При использовании лазеров в театрально-зрелищных мероприятиях, для демонстрации в учебных заведениях, для подсветки и других целей в медицинских приборах, не связанных непосредственно с лечебным действием излучения, ПДУ для всех облучаемых устанавливаются в соответствии с нормами для хронического облучения.

К лазерным изделиям с учётом их классов опасности предъявляются различные требования. Например, лазеры 3 и 4 класса должны содержать дозиметрическую аппаратуру, а их конструкция должна

обеспечивать возможность дистанционного управления. Лазерные изделия медицинского назначения должны быть оборудованы средствами для измерения уровня излучения, воздействующего на пациента и персонал. Лазеры 3 и 4 классов запрещено использовать в театрально-зрелищных мероприятиях, в учебных заведениях и на открытых пространствах. Класс лазерного изделия учитывается в требованиях по его эксплуатации.

Лазерные изделия и зоны распространения лазерного излучения должны обозначаться знаками лазерной опасности с пояснительными надписями, зависящими от класса лазера.

Безопасность при работе с открытыми лазерными изделиями обеспечивается путём применения СИЗ. Безопасность при использовании лазеров в демонстрационных целях, в театрально-зрелищных мероприятиях и на открытом пространстве обеспечивается организационно-техническими мероприятиями (разработка схемы размещения лазеров, учёт траектории лазерных лучей, строгий контроль за соблюдением правил и др.).

При использовании очков для защиты от лазерного излучения уровни освещённости рабочих мест должны быть повышены на одну ступень согласно СНиП 23-05-95.

Средства защиты (коллективные и индивидуальные) применяются для снижения уровней лазерного излучения, действующего на человека, до значений ниже ПДУ. Выбор средств защиты осуществляется с учётом параметров лазерного излучения и особенностей эксплуатации. СИЗ от лазерного излучения включают в себя средства защиты глаз и лица (защитные очки, выбираемые с учётом длины волны излучения, щитки, насадки), средства защиты рук, специальную одежду.

Персонал, работающий с лазерными изделиями, должен проходить предварительные и периодические (раз в год) медицинские осмотры. К работе с лазерами допускаются лица, достигшие 18 лет и не имеющие медицинских противопоказаний.

Конспект по безопасности жизнедеятельности