Безопасность лазерного излучения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 3. ЛАЗЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ

 

Почему мы должны быть защищены от лазерного излучения?

Свет от мощных лазеров имеет высокую плотность мощности, которой достаточно для испарения ткани, металла или керамики. Поскольку наши глаза очень чувствительны к свету, они подвержены риску повреждения. Фактически, при одном взгляде на прямой или отраженный лазерный луч это может вызвать необратимую травму глаз, даже при низких уровнях выходной мощности.

Что делает лазеры опасными по сравнению с обычными источниками  света? Главная опасность от воздействия  лазерного света состоит в  его ‘пространственной когерентности’: свет лазера распространяется на большие расстояния, и пучок света расходится лишь незначительно. Все это означает, что мощность, которая воздействует на область тела (на глаз), не зависит от расстояния до источника излучения.

 Вообразите лазерную указку с диаметром лазерного пятна, который остается постоянным при больших расстояниях. Если мы сравним тепловой источник излучения как лампочка, с лазером, мы увидим несколько различий. Лампочка излучает свет в очень широком спектре длин волны, и без определенного направления излучения.¹

Физик сказал бы, что лампочка распространяет некогерентный свет. При сравнении лампочки с лазером, испускающие одинаковую оптическую мощность в 1 Вт, мощность лампочки, которая может достигнуть глаза, уменьшается с расстоянием, потому что лампочка излучает свет во всех направлениях.

Если есть 1-метровое расстояние между глазами и источником света, то количество света, приходящее от лазера, было бы больше в 100 000 раз по сравнению с количеством света от лампочки.

Количество света, которое  может повредить глаз, не является единственной опасностью.

В то время как лампочка создает изображение на сетчатке приблизительно 100μm, лазерный свет, который проще сфокусировать, имеет диаметр пятна в несколько микрометров (~ 10 μm).

Поэтому, количество света, поражающее глаз, может быть сконцентрировано в небольшом пятне. Плотность  мощности при такой концентрации, может быть достаточно высокой, и любая ткань будет нагреваться и очень быстро разрушится.

Т.к. ямка (ответственная  за острое центральное зрение и расположенная  на сетчатке) имеет размер в несколько  микрометров, то можно потерять зрение при одном лишь единственном лазерном импульсе.

 Видимое, а также ближнее инфракрасное и ультрафиолетовое лазерное излучение представляет из себя существенную опасность для глаз, так как это излучение хорошо фокусируется хрусталиком на сетчатке глаза. В то же время бытовые лазерные приборы имеют малую ширину пучка (порядка 3-5 мм), что обеспечивает высокую поверхностную плотность энергии в поперечном сечении луча. Именно высокая плотность энергии и может вызвать ожоги и другие повреждения.

На значительном расстоянии лазерный луч также может представлять опасность, ввиду того, что расходимость сравнима с дифракционной расходимостью при заданной апертуре. Поэтому высокая плотность энергии сохраняется на значительном расстоянии.

Лабораторные лазерные установки могут иметь среднюю  мощность, доходящую до десятков и сотен ватт. При работе с такими установками требуется строжайшее соблюдение техники безопасности и специальная подготовка персонала.

Лазеры, излучающие вне  видимого диапазона, представляют особую опасность в связи с тем, что  человеческий глаз неспособен определить местоположение луча. При попадании в глаз такой луч будет замечен лишь тогда, когда поражение глаза уже наступило. Однако лазеры с достаточно большой длиной волны излучения (1,5 мкм) не проходят через внешние оболочки глаза и при малой мощности опасности не представляют. В этом случае поражение глаз возможно только при мощности, достаточной для разрушения роговицы глаза. Также многие виды излучения свободно проходят препятствия из оптически непрозрачных материалов (излучение на частотах 1-50ТГц проходит через лавсановую пластинку, в то время как для оптического и ИК излучения она является непрозрачной).

Существует мнение, что  лазеры терагерцового диапазона  излучения способны разрушать спираль  ДНК, что может приводить к  мутациям клеток.

 

 

Рис. Знак лазерной безопасности

3.1 ОБЩИЕ ПРАВИЛА ЛАЗЕРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

 

Это правила для защиты вас и тех, кто вокруг вас. Лазеры представляют уникальный набор опасностей, которого нет в другом оборудовании на работе и дома. ¹

• Никогда не смотрите в пучок никакого лазера. Ну ладно, можно сделать исключение, если вы *абсолютно* уверены, что луч достаточно ослаблен или рассеян, чтобы быть совершенно безопасным для глаз. Например, луч из оптической головки DVD-плеера безопасен для зрения под косым углом с расстояния хотя бы 6 дюймов, поскольку он сильно расходится; луч из сканера штрих-кодов в супермаркете безопасен, потому что он быстро движется; а луч от лазерного дальномера, работающего на 1,5 мкм, может быть безопасным при достаточно малой плотности мощности, поскольку он не проникает через роговицу и хрусталик. Только расстояние не дает гарантий - некоторые лазеры создают тонко сколлимированный пучок на расстоянии в сотни футов и больше. ИК-лазеры могут быть невидимыми, но все равно могут повредить зрение; они еще более опасны, чем видимые лазеры, поскольку рефлексы моргания и отведения глаз не работают, если вы не видите луч. Зеркальные отражения (от блестящих поверхностей вроде стекла и металла) могут быть настолько же опасными, как и сам луч. Взгляд на отражение от диффузной поверхности вроде бумаги гораздо безопаснее, но для мощных лазеров, даже если бумага не вспыхивает, отражение все равно может быть невыносимо ярким.

• Ношение пары правильных противолазерных очков - хорошая идея при работе с любым лазером, но особенно с теми, которые классифицируются как IIIb и выше. Каждый тип лазеров требует свои собственные средства защиты, в зависимости от его длины волны и мощности/энергии. То, что у вас есть кусочек цветного стекла или темные очки от костюма сварщика не означает, что вы защищены от луча лазера! Использование очков может быть важно и при работе с совершенно безопасным для глаз лазером. Почему? Потому что вырабатываются правильные навыки, то есть вы автоматически будете защищены, когда у вас появится лазер гораздо более высокой мощности - в предположении, что вы используете подходящую защиту для глаз!

Кроме производителей лазерного  оборудования и средств защиты, крупные  продавцы подержанной лазерной техники  также часто имеют небольшой  выбор очков лазерной безопасности, но и имеющееся у них в наличии скорее всего покроет все типы лазеров, которые вы используете. Однако, у них может не быть сертификатов соответствия - одной из тех вещей, которые поднимают цену! :) Также будьте внимательны к тому, предназначены ли очки лишь для рассеянного луча или же выдерживают и прямое попадание лазера. Знайте, что покупаете - нет ничего хуже, чем думать, что вы защищены, когда на самом деле - нет. Или же если вас настолько задолбает ухудшение видимости от плохих или неподходящих очков, что вы в результате решите не пользоваться ими вовсе!

• Знайте длины волн и мощности своего лазера (лазеров). 100-ваттный CO2-лазер и 100-милливаттный аргоновый ионный сильно отличаются и требуют разных наборов приемов безопасности, но никакой из них нельзя назвать более опасным, чем другой. Особые классификации и приемы безопасности зависят как от длины волны, так и от мощности.

• Всегда прерывайте лазерный луч светопоглощающим материалом или диффузным экраном. Не позволяйте ему просто лететь куда-то по комнате, кончаясь черт знает где.

Настраивая или размещая лазер со снятыми крышками, опасайтесь отражений от всех оптических поверхностей. Внутри резонатора лазера плотности  энергии будут гораздо выше, чем  в выходном пучке, что делает даже небольшой процент отражения значительным. Например, аргон-ионный лазер, выдающий несколько сотен мВт, может давать лучи мощностью 10 или 20 мВт в каждом из отражений от каждого из окон Брюстера в обоих направлениях. Они могут быть незначительны или слабы поначалу, но внезапно появиться, как только вы повернете винты настройки. Риск еще более велик для лазера, создающего невидимый луч. Всегда, когда возможно, надевайте защитные втулки на окна Брюстера и блокируйте отражения от других оптических деталей, когда внутренности лазера обнажены.

• Четко отмечайте путь луча и предусматривайте барьеры для предотвращения случайного контакта с глазами (для всех лазеров) и другими частями тела (для мощных лазеров).

• Следуйте всем требуемым нормам электробезопасности в отношении сечения проводов, заземления техники и правильных подключений, а также установки необходимых предохранителей и выключателей, УЗО и прочих защитных устройств. Изолируйте или блокируйте доступ ко всем контактам, соединенным с сетью или высоким напряжением.

• Установите выключатель-"вырубатель" в доступном месте вдали от лазера и его луча на случай, если вам потребуется срочно все выключить.

• Разместите соответствующие знаки лазерной и электрической безопасности вблизи апертуры излучения лазера и в других местах на пути луча, на лазере, на частях источника питания.

• Никогда не направляйте лазер случайным образом в окно. Собственно, ваша лазерная лаборатория или мастерская должна иметь жалюзи или шторы на всех окнах, чтобы предотвратить случайное попадание луча туда. Кто-нибудь на другой стороне улицы может, ничего не подозревая, посмотреть в луч. А специально направлять лазер на летательное средство не только исключительно глупо, но и весьма противозаконно (в США - прим. перев.) - пилоты особенно серьезно относятся к своему зрению! Существуют определенные применения лазеров или эксперименты, которые требуют использования лазеров на улице (профессиональные лазерные шоу, лазерная связь, зондирование, LIDAR и т.д.), но каждое из них имеет свои собственные правила безопасности и регулирующее законодательство.

• Обучите всех людей вашего окружения опасностям лазерного излучения и убедитесь, что они поняли все правила безопасности. Те, кто рядом с вами, могут быть в БОЛЬШЕЙ опасности, поскольку они будут смотреть в направлении действия и не знать, чего ждать.¹

 

Нормативные документы

Требования к конструкции  и техническим характеристикам, правила безопасной работы и способы  защиты от лазерного излучения на территории Российской федерации регламентируются СанПиН 5804-91 «Санитарные нормы и правила устройства и эксплуатации лазеров» и ГОСТ Р-50723-94. «Лазерная безопасность. Общие требования безопасности при разработке и эксплуатации лазерных изделий». Законодательство РФ предусматривает ответственность за нарушение правил безопасности.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Лазеры уникальны своей  опасностью, в частности для того, чем вы особенно дорожите - для вашего зрения. Если опасность огнестрельного оружия и взрывчатки очевидна для  большинства здравомыслящих людей, то возможность, что поток невесомых фотонов даже от маломощного лазера может привести к немедленному и необратимому повреждению зрения и даже к полной слепоте - нечто, на чем надо вновь и вновь акцентировать внимание. Для мощных лазеров существует и опасность пожара. Во многих лазерах, даже в маленьких, есть потенциально смертельные напряжения. Могут быть и другие источники опасности. Если даже вы не читаете другие части Sam's Laser FAQ, прочтите внимательно этот материал, а также более специфичную информацию по безопасности в главах про каждый отдельный тип лазеров. Посетите различные сайты, посвященные лазерной безопасности, чтобы узнать, как серьезные организации относятся к лазерной безопасности. Можно работать с лазером безопасно, это не требует серьезных научных знаний - но безопасность не появится сама.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ:

 

        1.ГОСТ Р 50723-94 Лазерная безопасность. Общие требования безопасности при разработке и эксплуатации лазерных изделий

2.  Кириллов А.И., Морсков  В.Ф., Устинов Н.Д. Дозиметрия лазерного  излучения. М.: Радио и связь. 2004. 192 с.

3.  Гигиена труда  и профилактика профпатологии  при работе с лазерами/В.П. Жохов,  АА. Комарова, Л.И. Максимова и  др. М.: Медицина. 2007. 308 с.

4.  Рахманов Б.Н., Чистов  Е.Д. Безопасность при эксплуатации  лазерных установок. М.: Машиностроение. 2006. 113 с.

5.  Экспертиза проектной  и эксплуатационной документации  на соответствие требованиям  безопасности / Б.Н. Рахманов, Н.В.Сутугин,В.И.  Мурковидр. М.: ЦНИИ Электроника. 2007. 52с.

5. Безопасность жизнедеятельности  / Журнал 2001 год.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

¹ ГОСТ Р 50723-94 Лазерная безопасность. Общие требования безопасности при разработке и эксплуатации лазерных изделий

¹ Кириллов А.И., Морсков В.Ф., Устинов Н.Д. Дозиметрия лазерного излучения. М.: Радио и связь. 2004. 192 с.

¹ Экспертиза проектной и эксплуатационной документации на соответствие требованиям безопасности / Б.Н. Рахманов, Н.В.Сутугин,В.И. Мурковидр. М.: ЦНИИ Электроника. 2007. 52с.

¹ Рахманов Б.Н., Чистов Е.Д. Безопасность при эксплуатации лазерных установок. М.: Машиностроение. 2006. 113 с.

¹ Безопасность жизнедеятельности / Журнал 2001 год.

¹ Гигиена труда и профилактика профпатологии при работе с лазерами/В.П. Жохов, АА. Комарова, Л.И. Максимова и др. М.: Медицина. 2007. 308 с.