Экология. Рациональное природопользование и безопасность жизнедеятельности. Часть 4
Особенно сильно подвер-
гла онадействию излучения длиной волны 0,8—1,3 мкм, посколь-
ку излучение почти не задерживается роговицей и водянистой жид-
костью передней камеры глаза.
Минимальной величиной плотности энергии облучения в ин-
тервале волн 0,8—1,1 мкм, способной вызвать поражение радуж-
ной оболочки, считают 4,2 Дж/см2. Одновременное поражение ро-
говой и радужной оболочек всегда носит острый характер, а по-
этому оно наиболее опасно.
Поглощение средами глаза энергии излучения в инфракрас-
ной области, падающей на роговую оболочку, растет с увеличени-
ем длины волны. При длинах волн 1,4—1,9 мкм роговица и перед-
няя камера глаза поглощают практически все падающее излуче-
ние, а при длинах волн выше 1,9 мкм роговица становится единст-
венным поглотителем энергии излучения.
Развитие лазерной техники заставило начать проводить иссле-
дования по определению предельно допустимых уровней облучения
лазера.
Воздействие лазерного излучения на кожу человека является в
основном тепловым. В качестве ориентировочной безопасной
дозы для кожи рекомендуется считать плотность мощности
100 мВт/см2. Механизм теплового воздействия хорошо изучен.
Несколько сложнее установить предельно допустимые уровни ла-
зерного облучения глаз. Широкое использование лазеров с выход-
ными параметрами, значительно отличающимися от параметров
природных источников света, создает опасность для органа зрения
человека.
При оценке допустимых уровней лазерной энергии необходи-
мо учитывать суммарный эффект, производимый на прозрачные
среды глаза, сетчатку и сосудистую оболочку. Оценим действие ла-
зерного излучения на сетчатую оболочку глаза.
Размер зрачка в значительной мере определяет количество
энергии излучения, попадающей в глаз и, следовательно, дости-
гающей сетчатки. Для глаза, адаптированного к темноте, диаметр
зрачка колеблется от 2 до 8 мм; при дневном свете — 2—3 мм, при
Взгляде на Солнце зрачок сужается до 1,6 мм в диаметре. Величина
Поступающей внутрь световой энергии пропорциональна площа-
239
ди зрачка. Следовательно, суженный зрачок пропускает свето
поток в 15—25 раз меньше, чем зрачок расширенный. ща
изображения источника излучения на сетчатке зависит от его v Ь
лового размера, определяемого в основном расстоянием до исто
ника. Для большинства неточечных источников размер изобра* ~
ния на сетчатке вычисляется по законам геометрической оптики\"
Зная эффективное фокусное расстояние (/) нормального расслаб
ленного глаза (для направленного в бесконечность глаз
/ = 1,7 см), можно найти размер изображения (Д.) источника ла-
зерного излучения на сетчатке в том случае, если известны рас.
стояние (г) до источника и линейный размер источника излучения
(А):
Dr = DJ/r. D.5)
Из этой формулы следует:
А(/Аг=г2//\\ D.6)
где А-, — площадь источника излучения; Аг — площадь изображе-
ния источника на сетчатке.
Данные формулы справедливы для источников с угловыми
размерами до 20°. При угловых размерах, больших 20°, ошибка в
определении Dr может составлять более 5 %.
Интенсивность облучения Wc роговицы и энергетическая яр-
кость \\УЯ лазерного излучения (источника излучения с небольши-
ми угловыми размерами) пропорциональны и связаны выражени-
ем:
Wa = WJCls = W//Ai = Wcf/Ar, D-7)
где Qs — телесный угол, под которым виден источник излучения.
Полная энергия, проникающая в глаз (Wr) через зрачок площа-
дью Ас и достигающая сетчатки:
Wr= WCAC
где dp — диаметр зрачка.
Таким образом, количественная зависимость между полной
энергией, проникающей в глаз, и яркостью источника:
D-9)
Уравнение D.9) имеет большое практическое значение, ПО\'
скольку дает возможность вычислить допустимую яркость лазер\'
ного источника исходя из допустимой интенсивности облученЯ
или освещенности сетчатки, не обращаясь к углу наблюдения.
240
0,8-
0,6-
0,4-
0,2-
0,4
0,6
l
0,8
1,0
1,2
1,4 X, мкм
Рис. 4.1. Спектральные характеристики глаза:
/ — пропускание глазной среды; 2—опасность для сетчатки
Прогнозируя возможность опасности лазерного облучения,
необходимо учитывать:
• тип лазера и опасность, которую могут представлять его от-
дельные узлы;
• атмосферные условия (количество водяных паров в воздухе,
степень его чистоты);
• наличие средств защиты, а также индивидуальные особенно-
сти человека, который может подвергаться облучению.
Отметим, что только излучение с длиной волны 0,4—1,4 мкм
может проникать через внешние слои глаза и достигать сетчатки.
На рис. 4.1 приведены две кривые: пропускание света (тотн) опти-
ческой средой глаза, отделяющей сетчатку от внешней среды, и
Произведение пропускания глазной среды на поглощение различ-
ными слоями сетчатки. Вторая кривая отражает опасность для сет-
чатки в зависимости от длины волны.
Если рассмотреть экспериментальную зависимость макси-
мально допустимого воздействия лазерного луча на глаз от дли-
Тельности, то она имеет вид, показанный на рис. 4.2.
Данные, приведенные на рис. 4.2, справедливы только для од-
нократного воздействия. Для частотно-импульсных лазеров уро-
ВеНь максимально допустимого воздействия снижается при увели-
чении частоты повторения импульсов. Если при частоте 1 Гц зна-
чение этого уровня принять за 100 %, то при 10 Гц оно снизится до
31>6%, при 100 Гц —до 10% и при 1 кГц—до 6%.
-S023
241
/, Вт/см
ю8
ю41
1 -
ю -
10
10
1
10
\', с
Рис. 4.2. Максимально допустимое воздействие лазерного луча на глаз
в зависимости от длительности воздействия:
7 — 0,4-0,7 мкм; 2—0,7—1,4 мкм; 3 — 1,4-10,6 мкм
В настоящее время к мощным лазерам относят такие, выход-
ная энергия излучения которых более 50 Дж при длинах волн
0,48—10,6 мкм. При такой значительной энергии на выходе лазе-
ров очевидна необходимость защиты обслуживающего персонала.
Для защиты глаз от лазерного излучения с низкой энергией
предлагаются многослойные фильтры с пропусканием световой
энергии порядка 10~5 Вт/см2 в зоне высокого отражения и более
0,8 Вт/см2 в прозрачной зоне. В настоящее время созданы защит-
ные очки, представляющие собой набор фильтров с различными
значениями коэффициентов поглощения. Величина коэффици-
ента поглощения для данного фильтра выбирается с таким расче-
том, чтобы не происходило его разрушение, и уровень прошедше-
го через него излучения оказывался таким, чтобы последующий
фильтр также не разрушался.
Однако даже при резком возрастании мощности когерентного
светового излучения, при котором может произойти растрескива-
ние первого фильтра, он продолжает эффективно поглощать све-
товое излучение. Для вывода каждого фильтра из строя необходИ\'
мо полное их разрушение.
Комбинируя наборы различных фильтров, можно создават
защитные очки для разных длин волн. Наряду с защитными очк
ми (светофильтрами) обслуживающему персоналу рекоменДУеТ
242 . . .. . .. ¦
Мероприятия по технике
безопасности
Организационно-
технические
Индивидуальные меры
защиты
Оборудование помещений
Установка системы сигнализации
Распределение зон
ответственности
Обучение персонала обращению
со средствами защиты
Изучение инструкций и правил
техники безопасности
Защитные очки
Защитные средства
Защитная одежда
Рис. 4.3. Классификация мероприятий по лазерной безопасности
применять специальные (диффузные) экраны. Для защиты рук ре-
комендуется использовать кожаные перчатки.
При работе с лазерами могут быть три варианта поражения ла-
зерным излучением, которые должны приниматься во внимание
при разработке мероприятий по технике безопасности:
1) прямое воздействие излучения, при этом уровни плотности
энергии, вызывающие тяжелые последствия, сравнительно неве-
лики;
2) зеркальное отражение луча, являющееся не менее опасным
для органа зрения;
3) диффузно рассеянное отражение лазерного луча от стен, по-
верхностей приборов и т. д.
Значения плотностей энергии лазерного излучения зависят от
отражающих свойств материалов объектов, которые могут нахо-
диться на пути лазерного луча. В повседневной работе с лазерами,
особенно в закрытых помещениях, наибольшее значение приоб-
ретает отраженное лазерное излучение. Плотность энергии в этом
случае может быть выше порога поражения сетчатки глаза и пре-
вышать безопасные уровни на несколько порядков. При этом надо
Иметь в виду, что зеркально отраженный луч может многократно
•отражаться от разных объектов.
Опасность воздействия излучения лазеров на глаза людей мо-
быть уменьшена путем экранирования устройств квантовой
эЛектроники, рациональным расположением рабочих мест, мера-
ми личной безопасности.
гла онадействию излучения длиной волны 0,8—1,3 мкм, посколь-
ку излучение почти не задерживается роговицей и водянистой жид-
костью передней камеры глаза.
Минимальной величиной плотности энергии облучения в ин-
тервале волн 0,8—1,1 мкм, способной вызвать поражение радуж-
ной оболочки, считают 4,2 Дж/см2. Одновременное поражение ро-
говой и радужной оболочек всегда носит острый характер, а по-
этому оно наиболее опасно.
Поглощение средами глаза энергии излучения в инфракрас-
ной области, падающей на роговую оболочку, растет с увеличени-
ем длины волны. При длинах волн 1,4—1,9 мкм роговица и перед-
няя камера глаза поглощают практически все падающее излуче-
ние, а при длинах волн выше 1,9 мкм роговица становится единст-
венным поглотителем энергии излучения.
Развитие лазерной техники заставило начать проводить иссле-
дования по определению предельно допустимых уровней облучения
лазера.
Воздействие лазерного излучения на кожу человека является в
основном тепловым. В качестве ориентировочной безопасной
дозы для кожи рекомендуется считать плотность мощности
100 мВт/см2. Механизм теплового воздействия хорошо изучен.
Несколько сложнее установить предельно допустимые уровни ла-
зерного облучения глаз. Широкое использование лазеров с выход-
ными параметрами, значительно отличающимися от параметров
природных источников света, создает опасность для органа зрения
человека.
При оценке допустимых уровней лазерной энергии необходи-
мо учитывать суммарный эффект, производимый на прозрачные
среды глаза, сетчатку и сосудистую оболочку. Оценим действие ла-
зерного излучения на сетчатую оболочку глаза.
Размер зрачка в значительной мере определяет количество
энергии излучения, попадающей в глаз и, следовательно, дости-
гающей сетчатки. Для глаза, адаптированного к темноте, диаметр
зрачка колеблется от 2 до 8 мм; при дневном свете — 2—3 мм, при
Взгляде на Солнце зрачок сужается до 1,6 мм в диаметре. Величина
Поступающей внутрь световой энергии пропорциональна площа-
239
ди зрачка. Следовательно, суженный зрачок пропускает свето
поток в 15—25 раз меньше, чем зрачок расширенный. ща
изображения источника излучения на сетчатке зависит от его v Ь
лового размера, определяемого в основном расстоянием до исто
ника. Для большинства неточечных источников размер изобра* ~
ния на сетчатке вычисляется по законам геометрической оптики\"
Зная эффективное фокусное расстояние (/) нормального расслаб
ленного глаза (для направленного в бесконечность глаз
/ = 1,7 см), можно найти размер изображения (Д.) источника ла-
зерного излучения на сетчатке в том случае, если известны рас.
стояние (г) до источника и линейный размер источника излучения
(А):
Dr = DJ/r. D.5)
Из этой формулы следует:
А(/Аг=г2//\\ D.6)
где А-, — площадь источника излучения; Аг — площадь изображе-
ния источника на сетчатке.
Данные формулы справедливы для источников с угловыми
размерами до 20°. При угловых размерах, больших 20°, ошибка в
определении Dr может составлять более 5 %.
Интенсивность облучения Wc роговицы и энергетическая яр-
кость \\УЯ лазерного излучения (источника излучения с небольши-
ми угловыми размерами) пропорциональны и связаны выражени-
ем:
Wa = WJCls = W//Ai = Wcf/Ar, D-7)
где Qs — телесный угол, под которым виден источник излучения.
Полная энергия, проникающая в глаз (Wr) через зрачок площа-
дью Ас и достигающая сетчатки:
Wr= WCAC
где dp — диаметр зрачка.
Таким образом, количественная зависимость между полной
энергией, проникающей в глаз, и яркостью источника:
D-9)
Уравнение D.9) имеет большое практическое значение, ПО\'
скольку дает возможность вычислить допустимую яркость лазер\'
ного источника исходя из допустимой интенсивности облученЯ
или освещенности сетчатки, не обращаясь к углу наблюдения.
240
0,8-
0,6-
0,4-
0,2-
0,4
0,6
l
0,8
1,0
1,2
1,4 X, мкм
Рис. 4.1. Спектральные характеристики глаза:
/ — пропускание глазной среды; 2—опасность для сетчатки
Прогнозируя возможность опасности лазерного облучения,
необходимо учитывать:
• тип лазера и опасность, которую могут представлять его от-
дельные узлы;
• атмосферные условия (количество водяных паров в воздухе,
степень его чистоты);
• наличие средств защиты, а также индивидуальные особенно-
сти человека, который может подвергаться облучению.
Отметим, что только излучение с длиной волны 0,4—1,4 мкм
может проникать через внешние слои глаза и достигать сетчатки.
На рис. 4.1 приведены две кривые: пропускание света (тотн) опти-
ческой средой глаза, отделяющей сетчатку от внешней среды, и
Произведение пропускания глазной среды на поглощение различ-
ными слоями сетчатки. Вторая кривая отражает опасность для сет-
чатки в зависимости от длины волны.
Если рассмотреть экспериментальную зависимость макси-
мально допустимого воздействия лазерного луча на глаз от дли-
Тельности, то она имеет вид, показанный на рис. 4.2.
Данные, приведенные на рис. 4.2, справедливы только для од-
нократного воздействия. Для частотно-импульсных лазеров уро-
ВеНь максимально допустимого воздействия снижается при увели-
чении частоты повторения импульсов. Если при частоте 1 Гц зна-
чение этого уровня принять за 100 %, то при 10 Гц оно снизится до
31>6%, при 100 Гц —до 10% и при 1 кГц—до 6%.
-S023
241
/, Вт/см
ю8
ю41
1 -
ю -
10
10
1
10
\', с
Рис. 4.2. Максимально допустимое воздействие лазерного луча на глаз
в зависимости от длительности воздействия:
7 — 0,4-0,7 мкм; 2—0,7—1,4 мкм; 3 — 1,4-10,6 мкм
В настоящее время к мощным лазерам относят такие, выход-
ная энергия излучения которых более 50 Дж при длинах волн
0,48—10,6 мкм. При такой значительной энергии на выходе лазе-
ров очевидна необходимость защиты обслуживающего персонала.
Для защиты глаз от лазерного излучения с низкой энергией
предлагаются многослойные фильтры с пропусканием световой
энергии порядка 10~5 Вт/см2 в зоне высокого отражения и более
0,8 Вт/см2 в прозрачной зоне. В настоящее время созданы защит-
ные очки, представляющие собой набор фильтров с различными
значениями коэффициентов поглощения. Величина коэффици-
ента поглощения для данного фильтра выбирается с таким расче-
том, чтобы не происходило его разрушение, и уровень прошедше-
го через него излучения оказывался таким, чтобы последующий
фильтр также не разрушался.
Однако даже при резком возрастании мощности когерентного
светового излучения, при котором может произойти растрескива-
ние первого фильтра, он продолжает эффективно поглощать све-
товое излучение. Для вывода каждого фильтра из строя необходИ\'
мо полное их разрушение.
Комбинируя наборы различных фильтров, можно создават
защитные очки для разных длин волн. Наряду с защитными очк
ми (светофильтрами) обслуживающему персоналу рекоменДУеТ
242 . . .. . .. ¦
Мероприятия по технике
безопасности
Организационно-
технические
Индивидуальные меры
защиты
Оборудование помещений
Установка системы сигнализации
Распределение зон
ответственности
Обучение персонала обращению
со средствами защиты
Изучение инструкций и правил
техники безопасности
Защитные очки
Защитные средства
Защитная одежда
Рис. 4.3. Классификация мероприятий по лазерной безопасности
применять специальные (диффузные) экраны. Для защиты рук ре-
комендуется использовать кожаные перчатки.
При работе с лазерами могут быть три варианта поражения ла-
зерным излучением, которые должны приниматься во внимание
при разработке мероприятий по технике безопасности:
1) прямое воздействие излучения, при этом уровни плотности
энергии, вызывающие тяжелые последствия, сравнительно неве-
лики;
2) зеркальное отражение луча, являющееся не менее опасным
для органа зрения;
3) диффузно рассеянное отражение лазерного луча от стен, по-
верхностей приборов и т. д.
Значения плотностей энергии лазерного излучения зависят от
отражающих свойств материалов объектов, которые могут нахо-
диться на пути лазерного луча. В повседневной работе с лазерами,
особенно в закрытых помещениях, наибольшее значение приоб-
ретает отраженное лазерное излучение. Плотность энергии в этом
случае может быть выше порога поражения сетчатки глаза и пре-
вышать безопасные уровни на несколько порядков. При этом надо
Иметь в виду, что зеркально отраженный луч может многократно
•отражаться от разных объектов.
Опасность воздействия излучения лазеров на глаза людей мо-
быть уменьшена путем экранирования устройств квантовой
эЛектроники, рациональным расположением рабочих мест, мера-
ми личной безопасности.