2.6.3. Лазерне випромінювання

Генератором лазерного випромінювання є оптичний квантовий генератор (ОКГ) – лазер, робота якого полягає у використанні вимушених випромінювань.

Принцип дії лазера ґрунтується на властивості атома випромінювати фотони при переході із збудженого стану в основний (з меншою енергією).

До характеристик лазерного випромінювання (ЛВ) відносяться:

– монохроматичність випромінювання (чітко однієї довжини хвилі);

– висока частота випромінювання (1014...1016 Гц);

– здатність концентруватися в дуже вузькому з малим кутом розходження промені (кут розходження менше 1 хв), що дозволяє на великій відстані від джерела отримати точку світла майже незмінних розмірів з великою концентрацією енергії.

За характером генерації електромагнітних хвиль лазери поділяються на імпульсні (тривалість випромінювання до 0,25 с) i лазери безперервної дії (тривалість випромінювання від 0,25 с та більше).

Лазер генерує електромагнітне випромінювання з довжиною хвилі від 0,2 до 1000 мкм. Цей діапазон за довжиною хвилі та біологічною дією поділяється на три ділянки:

– ультрафіолетову (від 200 нм до 380 нм);

– видиму (від 380 нм до 780 нм);

– ближню інфрачервону (від 1400 нм до 106 нм).

У зв'язку з малою довжиною хвилі лазерне випромінювання може бути сфокусоване оптичними системами невеликих геометричних розмірів (розміри обмежені дифракцією), завдяки чому на малій площі досягається велика густина енергії випромінювання.

Лазери використовують при дефектоскопії матеріалів, в радіоелектронній промисловості, в будівництві, при обробці твердих i надтвердих матеріалів. За їх допомогою здійснюється багатоканальний зв'язок на великих відстанях, лазерна локація, дальнометрія, швидке опрацювання інформації.

Дія лазерного випромінювання на організм людини має складний характер i обумовлена як безпосередньою дією лазерного випромінювання на тканину, так i вторинними явищами, обумовленими змінами в організмі внаслідок опромінення. Розрізняють термічну i біологічну дію лазерного випромінювання на тканини, що може призвести до теплової, ударної дії світлового тиску, електрострикції (механічні коливання під дією електричної складової електромагнітного поля), перебудови внутрішньоклітинних структур та інше.

Шкідлива дія лазерного променя залежить від потужності, довжини хвилі випромінювання, тривалості імпульсу, частоти повторень імпульсів, часу взаємодії, біологічних та фізико-хімічних особливостей тканин та органів, що піддаються опроміненню.

Термічна дія випромінювання лазерів при помірній інтенсивності призводить до появи на шкірі видимих зміни (порушення пігментації, почервоніння) з досить чіткими межами ураженої ділянки, а при інтенсивності випромінювання понад 100 Вт/с – до виникнення кратероподібного отвору внаслідок руйнування та випарювання клітинних структур.

Біологічна дія лазерного випромінювання спостерігається при великій інтенсивності i дуже малій тривалості імпульсів і зумовлена процесами, які виникають внаслідок вибіркового поглинання тканинами електромагнітної енергії, а також електричними i фотоелектричними ефектами. При відносно слабких ушкодженнях шкіри може виникати ураження внутрішніх тканин – набряки, крововиливи, змертвіння тканин, згортання крові. Навіть дуже малі дози лазерного опромінення можуть призвести до нестійкості артеріального тиску, порушень серцевого ритму, втоми, роздратування, головного болю, підвищеної збудженості, порушень сну.

Особливо чутливі до дії лазерного випромінювання очі людини. Видимі та ближні інфрачервоні промені ЛВ фокусуються на сітківці ока, тому на поверхні сітківки густина потоку випромінювання буде ще вище, ніж в промені, що падає на око. Ультрафіолетове і дальнє інфрачервоне випромінювання поглинається в елементах оптичної системи ока, тому ушкодження ока можуть наступати за порівняно невеликої інтенсивності. Найсерйознішу небезпеку становить випромінювання УФ діапазону, яке може призвести до зміни структури білка (коагуляція) рогівки та опіку слизової оболонки, що викликає повну сліпоту. Випромінювання видимого діапазону впливає на клітини сітківки, внаслідок чого настає тимчасова сліпота або втрата зору від опіку з наступною появою рубцевих ран. Випромінювання ІЧ діапазону, яке поглинається райдужною оболонкою, кришталиком та скловидним тілом, більш-менш безпечне, але також може спричинити сліпоту.

Внаслідок лазерного опромінення у біологічних тканинах організму можуть виникати вільні радикали, які активно взаємодіють з органічними молекулами та порушують нормальний хід процесів обміну на клітинному piвнi. Наслідком цього є загальне погіршення стану здоров'я.

Нормування лазерного випромінювання. До нормативних документів щодо забезпечення лазерної безпеки на робочих місцях відносяться: «Санитарные нормы и правила устройства и эксплуатации лазеров» № 5804-91; ГОСТ 12.1.040-83 «ССБТ. Лазерная безопасность. Общие положения»; ГОСТ 12.1.031-81 «ССБТ. Лазеры. Методы дозиметрического контроля лазерного излучения».

Санітарними нормами встановлюється гранично допустимий рівень лазерного опромінення (ГДР ЛВ) рогівки, сітківки ока і шкіри. За ГДР приймається енергетична експозиція Н, Дж/см2, тобто відношення енергії випромінювання до площі поверхні, яка опромінюється. ГДР залежить від наступних параметрів:

– довжини хвилі, λ, нм;

– тривалості імпульсу, τ, с;

– частоти повторення імпульсів, f, Гц;

– тривалості дії, t, с;

– діаметра зіниці ока, dз, см;

– фонової освітленості рогівки, Фр, лк.

Захист від дії лазерного випромінювання.

Під лазерного безпекою розуміється сукупність організаційних, технічних i санітарно-гігієнічних заходів, які забезпечують безпеку умов праці персоналу при використанні лазерів. Серед них слід виділити наступні:

– розміщення лазерних установок в окремих або відгороджених частинах приміщень;

– внутрішня поверхня приміщень, а також предмети не повинні мати поверхонь з коефіцієнтом відбиття більше 0,4; стіни – матові;

– високий рівень природної освітленості (КПО  1,5%), штучне освітлення – комбіноване, при цьому загальна освітленість Е > 150 лк;

– наявність в приміщенні припливно-всмоктувальної штучна вентиляція згідно із СНиП 2.04.05-91;

– обмеження доступу в приміщення сторонніх осіб – встановлення попереджувальної звукової та світлової сигналізації, попереджувальних знаків лазерної небезпеки згідно із ГОСТ 12.4.026-76.

За ступенем небезпеки випромінювання, що генерує лазер, установки поділяються на чотири класи: I, II, III, IV (таблиця 2.24). Найбільш небезпечні лазери IV класу. Клас небезпеки лазера встановлюється підприємством, яке його виготовляє.

Усі лазери повинні бути марковані знаком лазерної небезпеки.

Установка лазерів дозволяється тільки у спеціально обладнаних приміщеннях. На дверях приміщення, де знаходяться лазери 2,3,4 класів, повинні бути нанесені знаки лазерної небезпеки.

Таблиця 2.24 – Класи лазерів

Лазери 4 класу повинні бути розташовані в окремих приміщеннях. Велике значення має стан приміщення всередині. Всі предмети, за винятком спеціального устаткування, не повинні мати дзеркальної поверхні.

Розташовувати устаткування потрібно так, щоб воно стояло вільно. Для лазерів 2, 3,4 класів з лицевої сторони пультів i панелей управління необхідно залишати вільний пpocтip шириною 1,5 м – при однорядковому розташуванні лазерів, i шириною не менше 2 м – при дворядковому, із задніх та бокових сторін лазерів потрібно залишати відстань не менше 1 м.

Керування лазерами 4 класу повинно бути дистанційним, a двеpi в приміщення, де вони знаходяться, повинні мати блокування.

При використанні лазерів 2 та 3 класів необхідно запобігати попаданню випромінювання на poбoчi місця. Повинні бути передбачені огородження шкідливої зони, або екранування пучка випромінювання. Для екранів та огорож потрібно вибирати вогнестійкі мaтepiaли, які мають найменший коефіцієнт відбиття на довжину хвилі генерації лазера. Ці матеріали не повинні виділяти токсичні речовини при дії на них лазерного випромінювання.

При експлуатації лазерів 2,3,4 класів треба здійснювати пepioдичний дозиметричний контроль (не менше одного разу на piк), a також додатково в таких випадках: при надходженні в експлуатацію нових лазерів 2-4 класів, при зміні конструкції засобів захисту, при організації нових робочих місць.

Забороняється обслуговувати лазери III, IV класів одній людині.

Якщо колективні засоби захисту не забезпечують виконання вимог безпеки, тоді необхідно застосувати засоби індивідуального захисту, а саме: халати, рукавички, щитки, маски, окуляри.

Технологічні халати виготовляються із бавовняно-паперової тканини або бязі світло-зеленого чи блакитного кольорів.

Захисні окуляри повинні мати скло із відповідною оптичною густиною і захищати від випромінювань певної довжини хвилі. Як правило, скло таких окулярів має жовтий, жовтогарячий, синьо-зелений колір.