PRAKTIKUM_BZhD-k_izdaniyu

Задача для самостоятельного решения.

Произвести расчет искусственного общего (люминесцентного) освещения методом коэффициента использования светового потока в помещении, где проводятся работы, соответствующие разряду X (см. таблицу данных по вариантам). Размеры помещения: длина a м, ширина b м, высота подвеса светильника h м, коэффициенты отражения стен и потолка ρс и ρп соответственно равны 50 и 70. Принять коэффициент запаса К= 1,3, коэффициент неравномерности Z=1,1. Число ламп в светильнике равно 2. Длина рекомендуемого светильника серии ЛСПО2, рассчитанного на две люминесцентные лампы равна 1,536 м. Данные для расчета приведены в табл. 2.1. Нормируемые значения показателей освещения приведены в табл. Б1.

Таблица 7.1 Исходные данные к задаче расчета освещения

				Длина	Ширина	Высота
		Разряд зрительной			(глубина)	подвеса
	№			помещения
		работы Х			помещения	светильника
				a	b	h
	1	I – наивысшей точности		8	5	2,15
	2	II – очень высокой точности		4	3	3
	3	IV – средней точности		5	4	3
	4	V – малой	точности	6	5	3,5
	5	VI – грубая		7	5	3,5
	6	III – высокой точности		8	6	4
	7	I – наивысшей точности		9	8	4
	8	I – наивысшей точности		10	7	5
	9	VI – грубая		11	8	5
	10	IV – средней точности		14	12	5,5
	11	II – очень высокой точности		16	13	6
	12	III – высокой точности		18	14	6
	13	V – малой точности		20	15	7
	14	IV – средней точности		22	16	7
	15	I – наивысшей точности		24	17	8
	16	III – высокой точности		6	5	3
	17	VI – грубая		7	4	4
	18	IV – средней точности		15	10	6
	19	III – высокой точности		12	12	5,5
	20	II – очень высокой точности		6	3	3,15

Практическое занятие № 8 ВЫБОР СРЕДСТВ ЗАЩИТЫ ОТ ЛАЗЕРНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ

8.1. Основные теоретические сведения

Лазером называется генератор электромагнитного, монохроматического, когерентного, высоконаправленного излучения в оптическом диапазоне длин волн, использующий для своей работы вынужденные (индуцированные, стимулированные) переходы в атомах, молекулах, ионах.

Само слово лазер представляет аббревиатуру первых букв английского словосочетания Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation - LASER, что в переводе на русский язык означает усиление света вынужденным излучением.

Лазерное излучение характеризуется монохроматичностью (излучения практически одной частоты), высокой когерентностью (сохранением фазы колебаний), чрезвычайно малой энергетической расходимостью луча и высокой концентрацией энергии излучения в луче.

Все лазеры состоят из трех основных конструкционных блоков:

1.Активная среда (твердая (рубин), жидкая (органические красители) или газообразная (гелий, неон, углекислый газ)), которая определяет возможную длину волн эмиссии;

2.Источник энергии (например, газовый разряд, электрический ток, импульсная лампа или химическая реакция);

3.Оптический резонатор (простейший оптический резонатор состоит из двух параллельно расположенных зеркал).

Принцип действия лазера основан на свойстве атома (сложной квантовой системы) излучать фотоны при переходе из возбужденного состояния в основное (с меньшей энергией).

Лазерное излучение широко используют в промышленности, в частности, при сварке тугоплавких металлов и сплавов, в процессе резки металлов, пластмасс, в фотофизике, фотохимии, спектроскопии, хирургии, для создания оптических эффектов при проведении музыкальных шоу и др. Типы и характеристики некоторых лазеров даны в табл.8.1.

Таблица 8.1

Типы и характеристики лазеров

	Рабочее				Частота
	вещество	Длина		Мощнос	следова-	Длительность
	(активная	волны,	Режим работы		ния
	среда, тип	мм		ть, Вт	импуль-	импульсов
	лазера)				сов, Гц
	Эксимерные	< 0,4	Импульсный	10	1… 104	10 нс
	лазеры
	Аргон	0,48	Непрерывный	1… 30	-	-
		0,51	Импульсный	1… 25	1… 103	5… 100 мкс
	Гелий-неон	0,63	Непрерывный	0,001…	-	-
				0,03
	Рубин	0,69	Импульсный	1… 20	1	0,3… 6 мс
			Непрерывный	10… 104	-	-
	Углекислый	10,6	Импульсный	1…250	1… 103	50…150 мкс
	газ		С модуляцией	10… 104	200…500	30… 300 мкс
			добротности

8.2. Воздействие лазерного излучения на организм человека.

Воздействие лазерного излучения на организм человека имеет сложный характер и до конца еще не изучено.

Эффект воздействия лазерного излучения зависит от параметров лазерного излучения:

-энергетических - энергетической освещенности или энергетической экспозиции облучаемой ткани;

-пространственных - распределения интенсивности лазерного излучения в облучаемом участке ткани;

-временных - длительности воздействия при непрерывном облучении и длительности импульсов, частоты повторения импульсов и длительности серии импульсов при импульсном излучении;

-анатомо-физиологических особенностей облучаемой ткани. Основным фактором, определяющим биологический эффект

воздействия лазерного излучения, является его интенсивность. Под интенсивностью лазерного излучения понимают высокие значения величин, которые описывают энергетические параметры излучения, такие как мощность, плотность излучения и др.

Энергия	лазерного	излучения,	поглощенная тканями,
преобразуется	в другие	виды энергии:	тепловую, энергию

фотохимических процессов, энергию электронных переходов, механическую, что может вызывать ряд эффектов: тепловой, ударный, светового давления, образование в пределах клетки микроволнового электрического поля. В зависимости от характеристик лазерного излучения удельный вес, вносимый в суммарное повреждение каждым из эффектов, может быть различным.

Спецификой наиболее важного теплового эффекта воздействия лазерного излучения является то, что в тканях нагрев до высоких температур происходит лишь в некоторых слоях, а при воздействии коротких импульсов - только в некоторых элементах клеток, в то время как среднее по всей клетке приращение температуры мало. Для лазерного ожога, вызванного импульсом, характерно наличие резких границ пораженного участка.

Ударное действие лазерного излучения наблюдается при больших уровнях освещенности и при работе лазеров с длительностями импульсов порядка 10…12 с. Возникновение ударного эффекта происходит вследствие изменения агрегатного состояния тканевой воды, теплового расширения без изменения агрегатного состояния и явления отдачи при испарении вещества с поверхности облучаемой ткани. В результате этих явлений в ткани возникает резкое повышение давления, что приводит к ее повреждению.

Лазерное излучение представляет особую опасность для тканей, максимально поглощающих излучение. Сравнительно легкая уязвимость роговицы и хрусталика глаза, а также способность оптической системы глаза многократно увеличивать плотность энергии (мощность) излучения видимого и ближнего инфракрасного диапазона (780<...<1400 нм) на глазном дне по отношению к роговице делают глаз наиболее уязвимым органом. При повреждении появляется боль в глазах, спазм век, слезотечение, отек век и глазного яблока, помутнение сетчатки, кровоизлияние. Клетки сетчатки после повреждения не восстанавливаются.

Ультрафиолетовое излучение вызывает фотокератит, средневолновое инфракрасное излучение (1400<3000 нм) может вызвать отек, катаракту и ожог роговой оболочки глаза; дальнее ИК - излучение (3000<...<106 нм) - ожог роговицы.

Повреждение кожи может быть вызвано лазерным излучением любой длины волны в спектральном диапазоне 180…100000 нм. Характер поражения кожи аналогичен термическим ожогам. Степень тяжести повреждения кожи, а в некоторых случаях и всего организма, зависит от энергии излучения, длительности воздействия, площади поражения, ее локализации, добавления вторичных источников воздействия (горение, тление). Минимальное повреждение кожи развивается при плотности энергии 1000…10000 Дж/м2.

Лазерное излучение дальней инфракрасной области (>1400 нм) способно проникать через ткани тела на значительную глубину, поражая внутренние органы (прямое лазерное излучение).

Длительное хроническое действие диффузно отраженного лазерного излучения нетепловой интенсивности может вызывать неспецифические, преимущественно вегетативно - сосудистые нарушения; функциональные сдвиги могут наблюдаться со стороны нервной, сердечно - сосудистой системы, желез внутренней секреции. Работающие жалуются на головные боли, повышенную утомляемость, раздражительность, потливость.

8.3. Опасные и вредные факторы при работе лазерных установок

В зависимости от типа, конструкции и целевого назначения лазеров и лазерных установок на обслуживающий персонал могут воздействовать следующие опасные и вредные факторы:

-лазерное излучение (прямое, отраженное, рассеянное);

-сопутствующие ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное излучения от источника накачки, плазменного факела из материала мишени;

-высокое напряжение в источниках электропитания;

-электромагнитное излучение промышленной частоты и радиочастотного диaпазона;

-рентгеновское излучение от газоразрядных трубок и других элементов, работающих при анодном напряжении более 15 кВ;

-шум;

-вибрация;

-токсические газы и пары от лазерных систем с прокачкой хладагентов и др.;

-продукты взаимодействия лазерного излучения с обрабатываемыми материалами;

-опасность взрыва в системах накачки лазеров.

Уровни опасных и вредных факторов на рабочем месте у лазерных установок не должны превышать значений, установленных «СанПиН 5804-91. Санитарными нормами и правилами устройства и эксплуатации лазеров»

8.4. Гигиеническое нормирование лазерного излучения.

При нормировании лазерного излучения устанавливают предельно допустимые уровни лазерного излучения для двух условий облучения – однократного и хронического, для всex диапазонов длин волн: 180...300 нм, 380...1400 нм, 1400...100 000 нм. Нормируемыми параметрами являются энергетическая экспозиция Н и облученность Е. Гигиеническая регламентация лазерных излучений производится по СанПиН 5804– 91.

Для определения ПДУ (Нпду и Епду) при воздействии лазерных излучений на кожу усреднение производится по ограничивающей

апертуре диаметром 1,1·103 м (площадь апертуры Sa = 10-6 м2). Для определения Нпду и Епду при воздействии лазерных излучений на глаза в диапазонах 180...380 нм и 1400...100 000 нм усреднение производится также по апертуре диаметром 1,1·10-3 м, в диапазоне 380...1400 нм – по апертуре диаметром 7·10-3 м.

Нормируются также энергия W и мощность Р излучения, прошедшего через указанные ограничивающие апертуры. ПДУ лазерных излучений существенно различаются в зависимости от длины волны, длительности одиночного импульса, частоты следования импульсов; установлены раздельные ПДУ при воздействии на глаза и кожу.

8.5. Классы опасности лазеров.

Инструментом, позволяющим определять основные направления работы по нормализации условий труда операторов

лазерных установок, является классификация лазеров по степени опасности генерируемого ими излучения. Определение класса опасности основано на учете его выходной энергии (мощности) излучения и длины волны, а также от характера импульса, частоты следования импульсов, продолжительности облучения, величины облучаемой поверхности, анатомических и функциональных особенностей облучаемых тканей. Лазерные излучения могут вызывать органические изменения непосредственно в облучаемых тканях (первичные биологические эффекты) и изменения, возникающие в организме в ответ на облучение (вторичные биологические эффекты) и предельно допустимых уровней при случайном однократном воздействии генерируемого излучения.

В соответствии с нормативными документами по способности излучения вызывать повреждения глаз и кожи лазеры подразделяют на четыре класса:

1-й класс – выходное излучение лазеров не представляет опасности для глаз и кожи;

2-й класс – эксплуатация лазеров связана с опасностью воздействия прямого и зеркально отраженного излучения только на глаза;

3-й класс – существует опасность воздействия на глаза прямого, зеркально и диффузно отраженного излучения на расстоянии 10 см от диффузно отражающей поверхности, а также прямого и зеркально отраженного излучения на кожу;

4-й класс – существует опасность воздействия на кожу на расстоянии 10 см от диффузно отражающей поверхности.

Применение лазеров может сопровождаться действием опасных и вредных производственных факторов в зависимости от класса лазера. В табл. 2 показана ориентировочная связь наличия опасных и вредных факторов, сопутствующих работе лазерных изделий, с классом лазера в соответствии с ГОСТ 12.1.040-83.

Таблица 8.2

	Опасные и вредные производственные факторы		Класс лазера
		I	II	III	IV
	Лазерное излучение:	-	+	+	+
	прямое, зеркально отраженное

	диффузно отраженное	-	-	+	+
	Повышенное напряжение	- (+)	+	+	+
	Повышенная запыленность и загазованность воздуха	-	-	-(+)	+
	рабочей зоны
	Повышенный уровень ультрафиолетовой радиации	-	-	-(+)	+
	Повышенная яркость света	-	-	-(+)	+
	Повышенные уровни шума и вибрации	-	-	-(+)	+
	Повышенный уровень ионизирующих излучений	-	-	-	-(+)
	Повышенный уровень электромагнитных излучений	-	-	-(+)	-(+)
	ВЧ- и СВЧ-диапазонов
	Повышенный уровень инфракрасной радиации	-	-	-(+)	+
	Повышенная температура поверхностей	-	-	-(+)	+
	оборудования
	Химические опасные и вредные производственные	При работе с токсичными
	факторы		веществами

Примечание: + имеют место всегда; - отсутствуют; -(+) наличие зависит от конкретных технических характеристик лазера и условий его эксплуатации.

Различают четыре диапазона спектра излучения лазеров:

-ультрафиолетовый (УФ) с длиной волны 0,2…0,4 мкм;

-видимый с длиной волны 0,4…0,75 мкм;

-ближний инфракрасный (ИК) с длиной волны 0,75…1,4 мкм;

-дальний инфракрасный (ИК) с длиной волны 1,4…20 мкм. Класс опасности лазера в каждом диапазоне спектра излучения

определяют по индивидуальной методике.

8.6. Методика определения класса опасности.

Чтобы выбрать средство защиты от лазерного излучения, необходимо определить класс опасности лазера в соответствующем диапазоне спектра излучения.

1. Ультрафиолетовый диапазон спектра. Вычисляют безразмерный параметр:

U =	P0		,	(8.1)
	3,14r 2 H	0

где P0 – энергия, генерируемая лазером за рабочий день, Дж (справочная величина – задается по варианту);

r – радиус пучка (источника) излучения, см (справочная величина – задается по варианту);

Н0 – суммарная энергетическая экспозиция, Дж/см2 (нормативная величина, зависящая от длины волны):

			Таблица 8.3
Длина волны, мкм	0,200…0,210	0,211…0,215	0,216…0,290
Н0, Дж/см2	1 · 10-8	1 · 10-7	1 · 10-6
Длина волны, мкм	0,291…0,300	0,301…0,370	0,371…0,400
Н0, Дж/см2	1 · 10-5	1 · 10-4	2 · 10-3

Класс опасности лазера определяют с помощью графика (рис. 8.1), на котором по оси абсцисс отложены значения радиуса пучка R, а на оси ординат – значения безразмерного параметра U.

2. Видимый диапазон спектра. Вычисляют безразмерный параметр:

Uk =	P		,	(8.2)
	2	H k K1
	3,14r

где Р – энергия, генерируемая за время однократного воздействия, Дж (паспортная величина – задается по варианту);

Нk – предельно допустимый уровень (ПДУ) энергетической экспозиции кожи, Дж/см2 (нормативная величина – задается по варианту);

К1 – коэффициент, зависящий от частоты повторения импульсов и длительности серии импульсов (задается по варианту).

Затем с помощью графика (рис. 8.2) определяют, принадлежит или не принадлежит лазер к 4-му классу опасности.

Если лазер не принадлежит к 4-му классу опасности, то его принадлежность к последующим классам определяют с учетом первичных UП и вторичных UВ биологических эффектов. Для этого необходимо вычислить безразмерные параметры UП и UВ.

Рис. 8.1. Зависимость	Рис. 8.2. Зависимость
максимального значения	минимального значения
параметра U от r: 1, 2 –	параметра Uк от r.
зависимости максимального
значения U от r
соответственно для
1-го и 2-го классов опасности
лазеров

	U П =	P	,	(8.3)
		3,14r2 H1 K 2

U B =	Pn			,
					(8.4)
	3,14r	2
			H 2

где Н1 – ПДУ энергетической экспозиции на роговице глаза в зависимости от длительности импульса и длины волны излучения, Дж/см2 (нормативная величина – задается по варианту);

K2 – поправочный коэффициент на частоту повторения импульсов и длительность воздействия серии импульсов (задается по варианту);

где n – число излучений на глаз за рабочий день; H2 – ПДУ энергетической экспозиции на роговице глаза за рабочий день, Дж/см2 (нормативная величина, зависящая от длины волны, – задается по варианту).