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 Д_r изображения источника лазерного излучения на сет­чатке в том случае, если известны расстояние г до ис­точника и размер Д_i самого источника излучения

(1)

Из этой формулы следует другая

(2)

где А_i —- площадь источника излучения; А_r — площадь изображения источника излучения на

сетчатке.

Данные формулы справедливы для источников с уг­ловыми размерами до 20°. При угловых размерах, боль­ших 20°, ошибка в определении Д_r может составить бо­лее 5%.

Интенсивность облучения W_c роговицы и энергети­ческая яркость W_я лазерного источника с небольшими угловыми размерами пропорциональны и связаны вы­ражением

(3)

где W_s — телесный угол, под которым виден источник излучения.

Полная энергия W_r проникающая в глаз через зра­чок площадью A_c и достигающая сетчатки, определяет­ся из выражения

(4)

где d_p — 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