КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Теоретическое введение. При эксплуатации лазеров и лазерных установок персонал может подвергаться воздействию большого числа опасных и вредных производственных факторов
При эксплуатации лазеров и лазерных установок персонал может подвергаться воздействию большого числа опасных и вредных производственных факторов. Степень их воздействия зависит от пространственно-энергетических характеристик лазерного излучения, условий эксплуатации лазерных установок и их конструктивных особенностей. При этом можно выделить два типа опасных и вредных производственных факторов. К первому типу относятся факторы, воздействующие в основном на отдельные органы, ко второму — на весь организм. Основную опасность лазерное излучение представляет при воздействии на орган зрения. Повреждение глаз может произойти в результате действия как прямого, так и отраженного излучения. В производственных условиях облучение прямым лазерным излучением возможно лишь при грубом нарушении правил техники безопасности. Степень повреждения глаза лазерным излучением главным образом зависит от таких физических параметров, как длина волны и вид излучения (импульсное или непрерывное), время облучения, плотность потока энергии, а также индивидуальных особенностей глаза. При рассмотрении воздействия лазерного излучения на орган зрения необходимо отдельно разбирать действие излучения с длинами волн в интервале 0,4—1,4 мкм и длинами волн вне этого интервала. Для электромагнитного излучения с длинами волн короче 0,4 мкм и длиннее 1,4 мкм оптические среды глаза являются непрозрачными, и поэтому фокусирующее действие не имеет места. Воздействие ультрафиолетового излучения на орган зрения в основном приводит к поражению роговицы (кератит). Наибольшим фотокератическим действием обладает излучение с длиной волны 0,28 мкм. Излучение с длиной волны короче 0,32 мкм почти полностью поглощается в роговице и водянистой влаге передней камеры глаза, а с длинами волн 0,32—0,39 мкм — в хрусталике. За счет высокого коэффициента поглощения излучения в роговице и водянистой влаге передней камеры даже на длине волны 0,32 мкм минимальная величина энергии, необходимая для возникновения нежелательных химических реакций в хрусталике, в 2—3 раза больше, чем соответствующая энергия для роговицы. Поэтому помутнение хрусталика (катаракта) под влиянием ультрафиолетового излучения практически, никогда не наблюдается. Поверхностные ожоги роговицы лазерным излучением с длиной волны в пределах ультрафиолетовой области спектра устраняются в процессе самозаживания.
Для лазерного излучения с длиной волны 0,4—1,4 мкм критическим элементом органа зрения является сетчатка. Она представляет собой функционально наиболее значимый элемент глаза, обладает высокой чувствительностью к электромагнитным волнам видимой области спектра и характеризуется большим коэффициентом поглощения электромагнитных волн видимой, инфракрасной и ближней ультрафиолетовой областей. Повреждение глаза может изменяться от слабых ожогов сетчатки, сопровождающихся незначительными или полностью отсутствующими изменениями зрительной функции, до серьезных повреждений, приводящих к ухудшению зрения и даже к полной его потере. Длительное облучение сетчатки в видимом диапазоне на уровнях, не намного меньших порога ожога, может вызывать необратимые изменения в ней. Длительное облучение глаза в диапазоне близкого инфракрасного излучения может привести к помутнению хрусталика. Повреждение сетчатки обязательно сопровождается нарушением функции зрения. Клетки сетчатки, как и клетки центральной нервной системы, после повреждения не восстанавливаются. Повреждения сетчатки под влиянием лазерного излучения можно разделить на две группы. К первой относятся временные нарушения зрительной функции глаза без видимых изменений глазного дна. Примером такого повреждения является ослепление от яркости световой вспышки. Ко второй относятся повреждения, сопровождающиеся разрушением сетчатки, проявляющиеся в виде термического повреждения ожогового или «взрывного» характера.
Ослепление от яркости световой вспышки является самым слабым проявлением поражающего действия лазерного излучения. Оно носит обратимый характер и выражается в возникновении «слепого пятна» в поле зрения. Результатом такого ослепления является полный распад зрительного пигмента в фоторецепторах сетчатки под действием видимого света большой яркости. Ослепление наступает при наблюдении источника яркого света, который создает на роговице плотность излучения порядка 150 Вт/см2. Восстановление зрительного пигмента в фоторецепторах сетчатки иногда затягивается на несколько минут. Воздействие на глаз сверхпороговых интенсивностей излучения вызывает тепловой ожог глазного дна с необратимым повреждением сетчатки. Минимальное повреждение проявляется мельчайшим, видимым в офтальмоскоп изменением сетчатки, представляющим собой небольшое белое пятно из свернувшихся белков с областью кровоизлияния в центре. Поврежденный участок окружен зоной отека. Спустя несколько дней на месте повреждения появляется рубец из соединительной ткани, не способный нести функцию зрительного восприятия. Импульсное лазерное излучение представляет большую опасность, чем непрерывное, так как в этом случае повреждение глазного дна вызывается комбинированным действием — термическим и механическим. Механическое действие излучения проявляется в виде «взрыва» зерен меланина, причем сила «взрыва» такова, что зерна пигмента выбрасываются в стекловидное тело. Облучение менее интенсивными уровнями может вызывать начальные изменения, при которых восстановление зрительной функции возможно, однако считается, что повторное облучение при таких же, достаточно низких энергетических уровнях может привести к невосстанавливающимся повреждениям. При воздействии лазерного излучения на сетчатку особенно опасны повреждения центральной ямки и желтого пятна - наиболее важных функциональных областей глаза. Повреждение этих областей сопровождается почти полной потерей зрения. Чем больше угол между зрительной осью и направлением падения лазерного луча, тем меньше степень нарушения функции зрения.
Непроизвольные движения глазного яблока приводят к тому, что отдельные участки сетчатки изменяют свое положение относительно падающего излучения много раз в секунду. Поэтому непрерывное и импульсно-периодическое излучение вызывают повреждения сетчатки в области, большей, чем площадь сфокусированного на ней изображения, даже в том случае, если во время облучения пучок не отклоняется от прямой линии видения. В стекловидном теле и водянистой влаге передней камеры задерживается около 5% проходящей через них энергии электромагнитных волн видимой области спектра. Поглощение энергии излучения различными структурами глаза растет с увеличением длины волны излучения в ближней инфракрасной области. Излучения с длинами волн более 1,4 мкм практически полностью поглощаются в стекловидном теле и водянистой влаге передней камеры. При умеренных повреждениях эти среды глаза способны самовосстанавливаться. Небольшие ожоги радужной оболочки могут закончиться самозаживлением и не вызывают постоянных нарушений зрения. Тяжелые ожоги приводят к образованию рубцовой ткани, деформации радужной оболочки с потерей остроты зрения. Степень повреждения радужной оболочки лазерным излучением в значительной мере зависит от ее окраски. Например, зеленые и голубые глаза, характеризуются большим повреждением, а карие - небольшим. Лазерное излучение средней инфракрасной области спектра может причинить тяжелое повреждение роговице, сопровождающееся денатурацией белков и полной потерей прозрачности (образованием бельма). Главный механизм воздействия инфракрасного излучения - тепловой. Степень теплового повреждения роговицы зависит от поглощенной дозы излучения, причем травмируется не сосудистая оболочка, расположенная глубже, а тонкий эпителиальный слой. Если доза излучения велика, то может произойти полное разрушение защитного эпителия с одновременным помутнением радужной оболочки из-за коагуляции белка и хрусталика, развивается катаракта.
Хрусталик повреждается около обоженных участков радужной оболочки. Это свидетельствует о том, что изменения в хрусталике носят вторичный характер, т. е. инфракрасное излучение поглощается пигментным эпителием радужной оболочки и, превращаясь в тепло, приводит к повреждению соседних участков хрусталика. Таким образом, лазерное излучение оказывает повреждающее действие на все структуры органа зрения. Основной механизм повреждений - тепловое действие. При оценке допустимых уровней энергии лазерного излучения необходимо учитывать суммарный эффект, производимый им как на прозрачные среды глаза, так и на сетчатку и сосудистую оболочку. Оптические свойства глаза играют большую роль при определении повреждения сетчатки. При этом учитываются также качество изображения, размер зрачка (соответственно освещенность, создаваемая на сетчатке), спектральное поглощение и рассеяние средами глаза, а также спектральная отражательная способность глазного дна и рассеяние в различных слоях сетчатки. Размер зрачка в значительной мере определяет количество энергии излучения, попадающей в глаз и, следовательно, достигающей сетчатки. Для глаза, адаптированного к темноте, диаметр зрачка колеблется от 2 до 8 мм; при дневном свете обычно диаметр зрачка составляет 2—3 мм, при взгляде на Солнце зрачок сужается до 1,6 мм в диаметре. Величина поступающей внутрь глаза световой энергии пропорциональна площади зрачка. Следовательно, суженный зрачок пропускает световой поток в 15—25 раз меньше, чем зрачок расширенный. Площадь изображения источника излучения на сетчатке зависит от его углового размера, определяемого в основном расстоянием до источника. Для большинства неточечных источников размер изображения на сетчатке вычисляется по законам геометрической оптики. Зная эффективное фокусное расстояние 1 нормального расслабленного глаза (для аккомодированного на бесконечность глаза f=1,7 см), можно вычислить размер Дr изображения источника лазерного излучения на сетчатке в том случае, если известны расстояние г до источника и размер Дi самого источника излучения
(1)
Из этой формулы следует другая
(2)
где Аi —- площадь источника излучения; Аr — площадь изображения источника излучения на сетчатке. Данные формулы справедливы для источников с угловыми размерами до 20°. При угловых размерах, больших 20°, ошибка в определении Дr может составить более 5%. Интенсивность облучения Wc роговицы и энергетическая яркость Wя лазерного источника с небольшими угловыми размерами пропорциональны и связаны выражением (3) где Ws — телесный угол, под которым виден источник излучения. Полная энергия Wr проникающая в глаз через зрачок площадью Ac и достигающая сетчатки, определяется из выражения (4) где dp — диаметр зрачка. Поэтому для источников лазерного излучения с небольшими угловыми размерами количественную зависимость между полной энергией, проникающей в глаз, и яркостью источника можно выразить следующим образом: (5) где f —фокусное расстояние глаза, равное 1,7 см. Уравнение (5) имеет большое практическое значение, поскольку дает возможность вычислить допустимую яркость лазерного источника исходя из допустимой интенсивности облучения или освещенности сетчатки, не обращаясь к углу наблюдения. Повреждения кожи, вызванные лазерным излучением, могут быть различными: от легкой эритемы (покраснения) до поверхностного обугливания и, в конечном счете, до образования глубоких дефектов кожи. Особенно значительные повреждения наблюдаются на пигментированных участках, например, на родимых пятнах, на местах с сильным загаром, или коже, обладающей естественным темным цветом. При воздействии на светлую кожу, лазерное излучение проникает в подкожные ткани и повреждает расположенные в них сосуды и нервы. Повреждения кожи, вызванные воздействием лазерного излучения, близки по характеру к термическим ожогам и отличаются от них тем, что поврежденный участок имеет четкую границу, за которой находится небольшая область покраснения. Пузыри, образующиеся при воздействии лазерного излучения, располагаются в эпидермисе, а не под ним. Вблизи поврежденных участков обнаруживаются свободные радикалы и другие признаки ионизации, что позволяет предполагать наличие кроме теплового других механизмов повреждения кожи. С повышением энергии излучения происходит увеличение размеров очагов поражения. Облучение кожи несфокусированным излучением с энергией около 100 Дж приводит к утрате чувствительности облученного участка на несколько дней (без видимых повреждений). Под влиянием облучения изменяется активность некоторых ферментов, наблюдается образование в коже свободных радикалов. Гистохимические и люминесцентно-микроскопнческие исследования кожных покровов после воздействия лазерного излучения позволяют обнаружить определенные нарушения в углеводном и липидном (жировом) обменах кожи. Длительное воздействие на кожу ультрафиолетового излучения ускоряет ее старение и может служить предпосылкой для злокачественного перерождения клеток. Облучение обширных участков кожи вызывает определенные сдвиги в обмене веществ, системе кроветворения, внутренних органах. Пороговые уровни энергии лазерного излучения, воздействующие на кожу, значительно выше пороговых уровней, воздействующих на глаза. Минимальное повреждение кожи образуется при воздействии лазерного излучения с плотностью энергии 0,1—1 Дж/см2 (в зависимости от степени окраски кожи и длительности воздействия). Наибольшее биологическое воздействие оказывает лазерное излучение с длинами волн 0,28—0,32 мкм. Оно наиболее глубоко проникает в кожу и обладает выраженным канцерогенным действием.
Воздействие лазерного излучения на организм в целом. В опытах на животных и при клиническом обследовании лиц, работающих с лазерами и подвергающихся воздействию малых доз излучения, показана возможность неблагоприятного действия лазерного излучения и на организм в целом. У части работающих наблюдаются патологические изменения, проявляющиеся в виде функциональных расстройств в деятельности центральной нервной системы, что выражается в повышенной возбудимости нервных процессов, наличие сдвигов в стволовых структурах мозга и т. п. Имеют место также явления вегетативно-сосудистой дисфункции, нарушения сердечно-сосудистой регуляции. Это проявляется в неустойчивости артериального давления крови, повышенной потливости, склонности пульса к замедлению. У операторов лазерных установок иногда наблюдают повышенные раздражительность, утомляемость глаз и всего организма. Имеются данные об определенных изменениях в показателях периферической крови, выражающихся в общем уменьшении клеточных элементов и в первую очередь гемоглобина, тромбоцитов, эритроцитов и лейкоцитов. Экспериментальные данные показывают, что с помощью микровоздействия низкоэнергетического излучения газовых лазеров оказывается возможным направленно изменить внутриклеточные биохимические процессы; в одних случаях стимулировать эти процессы, в других — вызывать их торможение. Так, замечено, что в определенных дозах красное монохроматическое излучение гелий-неонового лазера действует как биологический стимулятор, вызывая повышение регенеративной способности тканей. Облучение глаз лазерным излучением сопровождается развитием дистрофических изменений в коре головного мозга. Все это свидетельствует о том, что у людей, работающих с лазерными установками, могут возникать как патологические изменения, обусловленные тепловым механизмом действия излучения, так и различного характера функциональные изменения, обусловленные скрытыми биологическими эффектами. Чаще жалуются специалисты, работающие с излучением видимого диапазона в условиях малой освещенности, при сравнительно продолжительных воздействиях излучений на глаза, в тесных, мало приспособленных для проведения соответствующих работ помещениях. В ряде случаев функциональные нарушения самостоятельно не проходят и требуют медицинского вмешательства. Несомненно большое значение в уменьшении неблагоприятного действия лазерного излучения на организм имеет строгое соблюдение соответствующих инструкций, правил и рекомендаций по технике безопасности при работе с лазерами. Меры безопасности при работе с лазерами складываются из использования общих (коллективных) и индивидуальных средств защиты и выполнения общих и индивидуальных мер предосторожности. Общие меры предосторожности. Запрещается прямо смотреть на луч лазера или на его зеркальное отражение, если плотность энергии превышает допустимые для глаза уровни облучения. Не следует наводить луч лазера, глядя на него невооруженным глазом, так как необходимость наблюдения вдоль оси лазерного луча значительно увеличивает опасность поражения органа зрения в результате отражения. Необходимо принимать меры, исключающие возможность приближения персонала к предполагаемой траектории пучка с любой стороны. Точки фокусировки пучка при работе лазера должны быть защищены диафрагмами; в конце пучка устанавливается ловушка для поглощения излучения и защиты от брызг, испарений и аэрозолей, выделяемых исследуемым веществом. Для уменьшения рассеяния излучения линзы, кюветы, призмы и другие устройства, стоящие на пути распространения пучка, должны снабжаться блендами. На конечном участке лазерного луча рекомендуется устанавливать мишень. Все автоколлимационные оптические устройства и другие приспособления для визуальной юстировки лазеров должны быть снабжены постоянно вмонтированными защитными фильтрами с полосой поглощения, включающей как основную частоту лазера, так и ее наиболее интенсивные гармоники. Защитные стекла фильтров необходимо периодически проверять, чтобы гарантировать их оптическую плотность. Эти проверки необходимы, так как в процессе работы с мощными световыми потоками защитные стекла (очки) могут изменить свои первоначальные оптические характеристики. Нужно всегда помнить, что защитные очки с фильтрами, задерживающими излучение на частоте, генерируемой данной установкой, обеспечивают лишь частичную защиту. Необходимо использовать только те очки, которые рассчитаны на защиту от излучения данного лазера, при этом должна быть исключена возможность ошибочного применения очков, рассчитанных на другую длину волны. С этой целью рекомендуется применять оправы различного цвета, а на светофильтре указывать его оптическую плотность. Защитные очки, подвергшиеся воздействию излучения с высокой плотностью потока, могут частично утратить свои защитные свойства, и потому должны изыматься из употребления. В процессе работы с лазерным излучением может появиться необходимость прерывания лазерного луча огнестойкой мишенью. И в этом случае обслуживающий персонал должен находиться на достаточно большом расстоянии от лучепроводящего тракта. В некоторых случаях целесообразно даже ограждать весь тракт, используя для этой цели световоды. Работы с лазерами должны проводиться при ярком общем освещении. В этом случае размеры зрачка наименьшие, что способствует уменьшению энергии излучения, которая может случайно попасть в глаз. Если работу с мощным лазером проводятся на открытом пространстве, то в этом случае запрещается передвижение людей и транспорта, в том числе и воздушного, в пределах потенциально опасных зон. На лазерных установках средней мощности необходимо использовать блокировки и автоматические затворы для защиты глаз операторов. При работе с открытыми установками запрещается вносить в зону луча блестящие предметы. На дверях помещения, в котором расположены мощные лазеры, устанавливается предупредительная сигнализация в виде световых табло. Световые сигналы должны быть хорошо различимы через защитные очки. Ограждения, препятствующие проходу людей в зону с повышенной интенсивностью облучения, должны быть изготовлены из непрозрачного теплостойкого материала и могут представлять собой экраны, щиты, шторы, занавески и т. п. Мишень - устройство, ограничивающее распространение лазерного луча, должна быть изготовлена из несгораемого и неплавящегося материала. Для создания рассеянного отражения поверхность мишени должна быть матового цвета, с возможно меньшим коэффициентом отражения света на частоте излучения лазера. Окружающие мишень поверхности рекомендуется окрашивать в светлый цвет для создания более благоприятных условий адаптации глаз. Широкое распространение получили мишени, выполненные из асбоцемента. Еще лучше полностью исключить необходимость непосредственного наблюдения воздействия лазерного луча на мишень. Для этой цели удобны устройства, включающие в себя отражающие фокусирующие приспособления с диффузионными экранами и телевизионной системой. При работе с лазерами следует всегда соблюдать правила пожарной безопасности. Даже при работе с маломощными лазерами существует опасность возникновения пожара и взрывов от взаимодействия лазерного излучения с некоторыми растворителями. Для уменьшения вредных последствий от взрывов рекомендуется ставить ловушки, укрепляемые над лазерной установкой. При использовании лазерных систем необходимо соблюдать общие меры предосторожности, принятые при работе с электричеством. Прежде всего, необходимо следить за правильным размещением кабелей и другой электропроводки между источником питания и лазером, а также обеспечивать надежную защиту системы электропитания зарядки конденсаторов. Для предотвращения случайного или непреднамеренного срабатывания лазера следует очень тщательно продумать расположение кнопок пуска. Большое значение при этом приобретает также размещение регистрирующих и измерительных приборов. Кабели, различные соединения, шкафы и переключатели должны содержаться в образцовом порядке. Перед чисткой или ремонтом электрооборудования, связанного с зарядом конденсаторов, последние надо разрядить. Операторы не должны покидать помещение (оборудование) до тех пор, пока с конденсаторов не будет снято напряжение (что проверяется вольтметром). Все схемы и цепи, находящиеся под напряжением, должны иметь кожухи, что устранит возможность случайного соприкосновения с этими элементами. Все кожухи и другие защитные устройства должны быть заземлены. Индивидуальная защита. Индивидуальная защита глаз достигается применением специальных светофильтров, оптическая плотность которых на всех длинах волн, излучаемых лазером, должна быть достаточно большой для того, чтобы снизить интенсивность облучения глаз до безопасной величины. В качестве светофильтров рекомендуется применять стекла с соответствующей оптической плотностью. Цветные стеклянные фильтры обеспечивают ослабление не более чем в 109 раз, очки с диэлектрическими покрытиями - не более чем в 108. Спектральная характеристика светофильтра очков должна обеспечивать не только достаточное подавление излучения, но и пропускание большей части частотного спектра видимого света, с тем, чтобы работающий сохранил способность видеть достаточно хорошо предметы, за которыми он ведет наблюдение и которыми манипулирует, а также свет ламп, используемых в системе световой сигнализации. Форма оправы защитных очков должна быть такой, чтобы полностью исключить возможность попадания излучения внутрь очков между оправой и лицом; оправа должна обеспечивать широкое поле зрения. Во избежание утомления глаз из-за запотевания стекол оправа очков должна иметь светонепроницаемые щели для вентиляции. Целесообразно иметь набор очков с коробчатой оправой, не препятствующей одновременному пользованию обычными коррегирующими очками. В паспорте на очки должен быть указан диапазон длин волн, на которые очки рассчитаны, а также указана величина оптической плотности светофильтров. Для защиты глаз при работе с аргоновым лазером целесообразно использовать защитные очки и экраны из плексигласа янтарного цвета или из пластмассы рубиновой окраски. Так, при работе с аргоновыми лазерами с мощностью излучения 3—10 Вт можно использовать плексиглас типа «2442» янтарного цвета с оптической плотностью 2. Наряду с защитой от основного излучения аргонового лазера необходима также защита от ультрафиолетового излучения, исходящего от газоразрядных трубок лазерной установки. Защита от ультрафиолетовых и инфракрасных лучей наиболее ответственна, так как глаз человека не восприимчив к ним. При работе с такими лазерами (например, с лазерами на углекислом газе) мишень должна тщательно экранироваться, а руки и одежду следует держать как можно дальше от нее. Надежную защиту глаз от невидимого инфракрасного излучения газового лазера на углекислом газе обеспечивает фильтр, выполненный из двух пластинок плавленого кварца. Излучение, газового лазера на гелий — неоне с генерируемой длиной волны 0,63 мкм эффективно задерживается фильтром из стекла Вg-18. Однако газовые и полупроводниковые лазеры могут генерировать помимо ультрафиолетового излучения и многие волны инфракрасной области, при этом инфракрасное излучение благодаря незначительной мощности какого-либо неблагоприятного воздействия на глаз (при кратковременном действии) не оказывает. Однако облучение на протяжении длительного времени может вызывать необратимые поражения глаз. Лазеры на углекислом газе с длиной волны излучения 10,6 мкм и мощностью свыше 100 кВт могут вызвать ожоги поверхностных слоев роговицы, поскольку такое излучение почти полностью ею поглощается. В соответствии с ГОСТ 9411—66 для применения в светофильтрах защитных очков рекомендованы следующие марки стекол (табл.1). Таблица 1
Дата добавления: 2014-12-26; Просмотров: 637; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |