Лазерное излучение как вредный фактор производственной среды
14.10.2020 5:12:00
Лазерное излучение – это вынужденное (посредством лазера) испускание атомами вещества порций-квантов электромагнитного излучения. Слово «лазер» – аббревиатура, образованная из начальных букв английской фразы Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (усиление света с помощью индуцированного излучения). Следовательно, лазер (оптический квантовый генератор) – это генератор электромагнитного излучения оптического диапазона, основанный на использовании вынужденного (стимулированного) излучения.
Лазерное излучение как вредный фактор
производственной среды
Лазерное излучение ― это вынужденное (посредством лазера) испускание атомами вещества порций-квантов электромагнитного излучения. Слово «лазер» ― аббревиатура, образованная из начальных букв английской фразы Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (усиление света с помощью индуцированного излучения). Следовательно, лазер (оптический квантовый генератор) ― это генератор электромагнитного излучения оптического диапазона, основанный на использовании вынужденного (стимулированного) излучения.
Источник фото: shutterstock.com.
Лазерная установка включает активную (лазерную) среду с оптическим резонатором, источник энергии ее возбуждения и, как правило, систему охлаждения. За счет монохроматичности лазерного луча и его малой расходимости (высокой степени коллиминированности) создаются исключительно высокие энергетические экспозиции, позволяющие получить локальный термоэффект. Это является основанием для использования лазерных установок при обработке материалов (резание, сверление, поверхностная закалка и др.), в хирургии и т.д.
Лазерное излучение ( способно распространяться на значительные расстояния и отражаться от границы раздела двух сред, что позволяет применять это свойство для целей локации, навигации, связи и т. д. Путем подбора тех или иных веществ в качестве активной среды лазер может индуцировать излучение практически на всех длинах волн, начиная с ультрафиолетовых и кончая длинноволновыми инфракрасными. Наибольшее распространение в промышленности получили лазеры, генерирующие электромагнитные излучения с длиной волны 0,33; 0,49; 0,63; 0,69; 1,06; 10,6 мкм.
БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Действие ЛИ (далее по тексту ― ЛИ) на человека весьма сложно. Оно зависит от параметров ЛИ, прежде всего от длины волны, мощности (энергии) излучения, длительности воздействия, частоты следования импульсов, размеров облучаемой области («размерный эффект») и анатомо-физиологических особенностей облучаемой ткани (глаз, кожа). Поскольку органические молекулы, из которых состоит биологическая ткань, имеют широкий спектр абсорбируемых частот, то нет оснований считать, что монохроматичность ЛИ может создавать какие-либо специфические эффекты при взаимодействии с тканью.
Пространственная когерентность также не меняет существенно механизма повреждений излучением, так как явление теплопроводности в тканях и присущие глазу постоянные мелкие движения разрушают интерференционную картину уже при длительности воздействия, превышающей несколько микросекунд. Таким образом, ЛИ пропускается и поглощается биотканями по тем же законам, что и некогерентное, и не вызывает в тканях каких-либо специфических эффектов.
Источник публикации: shutterstock.com.
Энергия ЛИ, поглощенная тканями, преобразуется в другие виды энергии ― тепловую, механическую, энергию фотохимических процессов, что может вызывать ряд эффектов: тепловой, ударный, светового давления и пр. ЛИ представляет опасность для органа зрения. Сетчатка глаза может быть поражена лазерами видимого (0,38 ― 0,7 мкм) и ближнего инфракрасного (0,75 ― 1,4 мкм) диапазонов. Лазерное ультрафиолетовое (0,18 ― 0,38 мкм) и дальнее инфракрасное (более 1,4 мкм) излучения не достигают сетчатки, но могут повредить роговицу, радужку, хрусталик.
Достигая сетчатки, ЛИ фокусируется преломляющей системой глаза, при этом плотность мощности на сетчатке увеличивается в 1000 ― 10 000 раз по сравнению с плотностью мощности на роговице. Короткие импульсы (0,1 с ― 10-14 с), которые генерируют лазеры, способны вызвать повреждение органа зрения за значительно более короткий промежуток времени, чем тот, который необходим для срабатывания защитных физиологических механизмов (мигательный рефлекс 0,1 с).
Вторым критическим органом к действию ЛИ являются кожные покровы. Взаимодействие лазерного излучения с кожным покровом зависит от длины волны и пигментации кожи. Отражающая способность кожного покрова в видимой области спектра высокая. ЛИ дальней инфракрасной области начинает сильно поглощаться кожными покровами, поскольку это излучение активно поглощается водой, которая составляет 80% содержимого большинства тканей, возникает опасность возникновения ожогов кожи.
Хроническое воздействие низкоэнергетического (на уровне или менее ПДУ ЛИ) рассеянного излучения может приводить к развитию неспецифических сдвигов в состоянии здоровья лиц, обслуживающих лазеры. При этом оно является своеобразным фактором риска развития невротических состояний и сердечно-сосудистых расстройств. Наиболее характерными клиническими синдромами, обнаруживаемыми у работающих с лазерами, являются астенический, астеновегетативный и вегетососудистая дистония.
НОРМИРОВАНИЕ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Научно обоснованы два подхода к нормированию ЛИ: первый ― по повреждающим эффектам тканей или органов, возникающим непосредственно в месте облучения; второй – на основе выявляемых функциональных и морфологических изменений ряда систем и органов, не подвергающихся непосредственному воздействию. Гигиеническое нормирование основывается на критериях биологического действия, обусловленного в первую очередь областью электромагнитного спектра. В соответствии с этим диапазон ЛИ разделен на ряд областей:
― от 0,18 до 0,38 мкм ― ультрафиолетовая область;
― от 0,38 до 0,75 мкм ― видимая область;
― от 0,75 до 1,4 мкм ― ближняя инфракрасная область;
― свыше 1,4 мкм ― дальняя инфракрасная область.
В основу установления величины ПДУ положен принцип определения минимальных «пороговых» повреждений в облучаемых тканях (сетчатка, роговица глаза, кожа), обнаруживаемых современными методами исследования во время или после воздействия ЛИ. Нормируемыми параметрами являются энергетическая экспозиция Н (Дж х (м/100)) и облученность Е (Вт x (м/100)), а также энергия W (Дж) и мощность Р (Вт).
Данные экспериментальных и клинико-физиологических исследований свидетельствуют о превалирующем значении общих неспецифических реакций организма в ответ на хроническое воздействие низкоэнергетических уровней ЛИ по сравнению с местными локальными изменениями со стороны органа зрения и кожи. При этом ЛИ видимой области спектра вызывает сдвиги в функционировании эндокринной и иммунной систем, центральной и периферической нервной системы, белкового, углеводного и липидного обменов. ЛИ с длиной волны 0,514 мкм приводит к изменениям в деятельности симпатоадреналовых и гипофиз-надпочечниковых систем.
Длительное хроническое действие ЛИ длиной волны 1,06 мкм вызывает вегетососудистые нарушения. Практически все исследователи, изучавшие состояние здоровья лиц, обслуживающих лазеры, подчеркивают более высокую частоту обнаружения у них астенических и вегетативно-сосудистых расстройств. Следовательно, низкоэнергетическое ЛИ при хроническом действии выступает как фактор риска развития патологии, что и определяет необходимость учета этого фактора в гигиенических нормативах.
Первые ПДУ ЛИ в России для отдельных длин волн были установлены в 1972 г., а в 1981 г. введены в действие первые санитарные нормы и правила. В США существует стандарт ANSI – Z 136. Разработан также стандарт Международной электротехнической комиссии (МЭК) ― публикация 825. Отличительной особенностью отечественного документа по сравнению с зарубежными является регламентация значений ПДУ с учетом не только повреждающих эффектов глаз и кожи, но и функциональных изменений в организме.
Широкий диапазон длин волн, разнообразие параметров ЛИ и вызываемых биологических эффектов затрудняют задачу обоснования гигиенических нормативов. К тому же экспериментальная и особенно клиническая проверка требуют длительного времени и средств. Поэтому для решения задач по уточнению и разработке ПДУ ЛИ используют математическое моделирование. Это позволяет существенно уменьшить объем экспериментальных исследований на лабораторных животных. При создании математических моделей учитываются характер распределения энергии и абсорбционные характеристики облучаемой ткани.
Метод математического моделирования основных физических процессов (термический и гидродинамические эффекты, лазерный пробой и др.), приводящих к деструкции тканей глазного дна при воздействии ЛИ видимого и ближнего инфракрасного диапазонов с длительностью импульсов от 1 до 10-12 с, был использован при определении и уточнении ПДУ ЛИ, вошедших в последнюю редакцию «Санитарных норм и правил устройства и эксплуатации лазеров» СНиП № 5804-91 (далее по тексту ― Правил № 5804-91, прим. ред.), которые разработаны на основании результатов научных исследований и учета основных положений следующих документов:
― Санитарные нормы и правила устройства и эксплуатации лазеров № 2392-81;
― Стандарт Международной электротехнической комиссии (МЭК), публикация 825, издание первое, 1984 ― «Радиационная безопасность лазерных изделий, классификация оборудования, требования и руководство для потребителей»;
― изменения к стандарту МЭК ― публикация 825 (1987).
Тот факт, что эти нормы в настоящее время подлежат применению, засвидетельствован Письмом Роспотребнадзора от 16.05.2007 № 0100/4961-07-32. В нем приведен Перечень основных действующих нормативных и методических документов по гигиене труда, а также сказано следующее: в соответствии с законодательством Российской Федерации на территории Российской Федерации действуют санитарные правила, нормы и гигиенические нормативы, утвержденные, в частности, Минздравом СССР, в части, не противоречащей санитарному законодательству Российской Федерации. Указанные документы действуют впредь до отмены либо принятия новых нормативных правовых актов взамен существующих.
Правила № 5804-91 устанавливают предельно допустимые уровни (ПДУ) лазерного излучения при различных условиях воздействия на человека, классификацию лазеров по степени опасности генерируемого ими излучения, а также требования:
― к устройству и эксплуатации лазеров;
― к производственным помещениям, размещению оборудования и организации рабочих мест;
― к персоналу;
― к состоянию производственной среды;
― к применению средств защиты;
― к медицинскому контролю.
Следует иметь в виду, что значения ПДУ опасных и вредных производственных факторов на рабочем месте, оборудованном лазерной техникой, регулируются также ГОСТами, СНиПами, СН и иными документами, которые перечислены в Приложении 1 к Правилам № 5804-91. Однако многие из этих документов утратили силу или заменены новыми нормативами. Как уже говорилось выше, биологическое воздействие лазерного излучения на организм зависит от длины волны излучения, длительности импульса (воздействия), частоты следования импульсов, площади облучаемого участка, а также от биологических и физико-химических особенностей облучаемых тканей и органов.
Механизм взаимодействия излучения с тканями может быть тепловым, фотохимическим, ударно-акустическим и др. Классификация лазеров по степени опасности генерируемого излучения приведена в разделе 4 Правил № 5804-91. Класс лазера определяется с учетом его мощности и ПДУ при однократном воздействии генерируемого излучения. В Правилах упоминаются четыре класса опасности генерируемого излучения (см. таблицу ниже).
Классы опасности генерируемого лазерами излучения
Класс
лазера |
Опасно |
Безопасно |
Примечание |
|
I |
― |
Для глаз и кожи |
―
|
|
II |
При облучении кожи
или глаз
коллимированным
пучком
|
При облучении кожи
или глаз диффузно
отраженным излучением |
― |
|
III |
При облучении кожи
или глаз
коллимированным
пучком и облучении
глаз диффузно
отраженным
излучением
на расстоянии 10 см
от отражающей
поверхности
|
При облучении кожи
диффузно отраженным
излучением |
Класс
распространяется
только на лазеры,
генерирующие
излучение
в спектральном
диапазоне II |
|
IV |
При облучении глаз
или кожи диффузно
отраженным
излучением
на расстоянии 10 см
от отражающей
поверхности
|
― |
― |
Классификацию лазеров осуществляет предприятие-изготовитель. Оно использует расчетный метод, основанный на анализе выходных характеристик излучения. Пример расчета приведен в разделе «Контроль уровней опасных и вредных факторов при работе с лазерами» Правил № 5804-91. В этом разделе есть специальная таблица, в которой отражена зависимость опасных и вредных факторов от класса лазера (ГОСТ 12.1.040).
ТРЕБОВАНИЯ К МЕТОДАМ, СРЕДСТВАМ ИЗМЕРЕНИЙ И КОНТРОЛЯ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Дозиметрией ЛИ называют комплекс методов определения значений пар метров лазерного излучения в заданной точке пространства с целью выявления степени опасности и вредности его для организма человека. Лазерная дозиметрия включает два раздела:
― расчетная, или теоретическая дозиметрия (рассматривает методы расчета параметров ЛИ в зоне возможного нахождения операторов и приемы вычисления степени его опасности);
― экспериментальная дозиметрия (рассматривает методы и средства непосредственного измерения параметров ЛИ в заданной точке пространства).
Средства измерений, предназначенные для дозиметрического контре называются лазерными дозиметрами. Дозиметрический контроль приобретает особое значение для оценки отраженных и рассеянных излучений, когда расчетные методы лазерной дозиметрии, основанные на данных выходных характеристик лазерных установок, дают весьма приближенные значения уровней ЛИ в заданной точке контроля.
Использование расчетных методов диктуется отсутствием возможности провести измерение параметров ЛИ для всего разнообразия лазерной техники. Расчетный метод лазерной дозиметрии позволяет оценить степень опасности излучения в заданной точке пространства, используя в расчетах паспортные данные. Метод удобен для работ с редко повторяющимися кратковременными импульсами излучения, когда ограничена возможность измерения максимального значения экспозиции, определения лазерно-опасных зон, классификации лазеров по степени опасности генерируемого ими излучения.
Методы дозиметрического контроля установлены в «Методических указаниях для органов и учреждений санитарно-эпидемиологических служб по проведению дозиметрического контроля и гигиенической оценки лазерного излучения» № 5309-90, а также частично рассмотрены в Правилах № 5804-91.
В основе методов лазерной дозиметрии лежит принцип наибольшего риска, в соответствии с которым оценка степени опасности должна проводиться для наихудших с точки зрения биологического воздействия условий облучения, т.е. измерение уровней лазерного облучения следует проводить при работе лазера в режиме максимальной отдачи мощности (энергии), определенной условиями эксплуатации. В процессе поиска и наведения измерительного прибора на объект излучения должно быть найдено такое положение, при котором регистрируются максимальные уровни ЛИ. При работе лазера в импульсно-периодическом режиме измеряют энергетические характеристики максимального импульса серии.
При гигиенической оценке лазерных установок требуется измерять не параметры излучения на выходе, а интенсивность облучения критических органов человека (глаза, кожа), влияющую на степень биологического действия. Эти измерения проводят в конкретных точках (зонах), в которых программой лазерной установки определены наличие обслуживающего персонала и уровни отраженного или рассеянного ЛИ невозможно снизить до нуля.
Пределы измерений дозиметров определяются значениями ПДУ и техническими возможностями современной фотометрической аппаратуры. В России разработаны специальные средства измерений для дозиметрического контроля ЛИ — лазерные дозиметры. Они отличаются высокой универсальностью, заключающейся в возможности контроля как направленного, так и рассеянного непрерывного, моноимпульсного и импульсно-периодического излучения большинства применяемых на практике лазерных установок.
Лазерный дозиметр ИЛД-2М (ИЛД-2) обеспечивает измерение параметров лазерного излучения в спектральных диапазонах 0,49 ― 1,15 и 2 ― 11 мкм. ИЛД-2М позволяет измерять энергию (W) и энергетическую экспозицию (Н) от моноимпульсного и импульсно-периодического излучения, мощность (Р) и облученность (Е) от непрерывного лазерного излучения. К недостаткам прибора ИЛД-2М следует отнести сравнительно большие габариты и массу. Для производственных исследований более пригодны портативные лазерные дозиметры ЛД-4 и «ЛАДИН», которые обеспечивают измерение отраженного и рассеянного лазерного излучения в спектральном диапазоне 0,2 ― 20 мкм.
Наличие других опасных и вредных производственных факторов в значительной степени определяется классом опасности лазера. Контроль их осуществляется в соответствии с действующими нормативно-методическими документами.
ПРОФИЛАКТИКА ВРЕДНОГО ДЕЙСТВИЯ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Защиту ЛИ осуществляют техническими, организационными и лечебнопрофилактическими методами и средствами.
К организационно-техническим методам относятся:
― выбор, планировка и внутренняя отделка помещений;
― рациональное размещение лазерных технологических установок;
― порядок обслуживания установок;
― использование минимального уровня излучения для достижения поставленной цели;
― организация рабочего места;
― применение средств защиты;
― ограничение времени воздействия излучения;
― назначение и инструктаж лиц, ответственных за организацию и проведение работ;
― ограничение допуска к проведению работ;
― организация надзора за режимом работ;
― четкая организация противоаварийных работ и регламентация порядка ведения работ в аварийных условиях;
― инструктаж, плакаты;
― обучение персонала.
Санитарно-гигиенические и лечебно-профилактические методы включают:
― контроль за уровнями опасных и вредных факторов на рабочих местах;
― контроль за прохождением персоналом предварительных и периодических медицинских осмотров.
Производственные помещения, в которых эксплуатируются лазеры, должны отвечать требованиям действующих санитарных норм и правил. Лазерные установки размещают таким образом, чтобы уровни излучения на рабочих местах были минимальными.
Средства защиты от ЛИ должны обеспечивать предотвращение воздействия или снижение величины излучения до уровня, не превышающего допустимый. По характеру применения средства защиты подразделяются на средства коллективной защиты (СКЗ) и средства индивидуальной защиты (СИЗ).
Надежные и эффективные средства защиты способствуют повышению безопасности труда, снижают производственный травматизм и профессиональную заболеваемость. К СКЗ от ЛИ относятся ограждения, защитные экраны, блокировки и автоматические затворы, кожухи и др. СИЗ от лазерного излучения включают защитные очки, щитки, маски и др. Средства защиты применяются с учетом длины волны ЛИ, класса, типа, режима работы лазерной установки, характера выполняемой работы.
СКЗ должны предусматриваться на стадии проектирования и монтажа лазеров (лазерных установок), при организации рабочих мест, при выборе эксплуатационных параметров. Выбор средств защиты должен производиться в зависимости от класса лазера (лазерной установки), интенсивности излучения в рабочей зоне, характера выполняемой работы. Показатели защитных свойств средств защиты не должны снижаться под воздействием других опасных и вредных факторов (вибрации, температуры и т.д.). Конструкция средств защиты должна обеспечивать возможность смены основных элементов (светофильтров, экранов, смотровых стекол и пр.).
Средства индивидуальной защиты глаз и лица (защитные очки и щитки), снижающие интенсивность ЛИ до ПДУ, должны применяться только в тех случаях (пусконаладочные, ремонтные и экспериментальные работы), когда коллективные средства не обеспечивают безопасность персонала.
При работе с лазерами должны применяться только такие средства защиты, на которые имеется нормативно-техническая документация, утвержденная в установленном порядке.
МОТ ПРЕДСТАВЛЯЕТ МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ
«ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЛАЗЕРОВ НА РАБОЧЕМ МЕСТЕ.
ПРАКТИЧЕСКОЕ РУКОВОДСТВО»
Эта книга является одной из публикаций серии практических руководств по производственным опасностям, возникающим в результате воздействия неионизирующей радиации (НИР), подготовленным в сотрудничестве с Международным комитетом по неионизирующей радиации (МКНР) Международной ассоциации по радиационной защите (MAРЗ) в качестве части Международной программы МОТ по улучшению производственных условий (МПУПУ).
Цель этой книги состоит в том, чтобы обеспечить базовое руководство по производственным условиям и процедурам, которые приведут к формированию более высоких требований по технике безопасности для всех, кто занимается производством, обслуживанием и эксплуатацией лазерной техники. Книга предназначена, в частности, для компетентных органов, работодателей и рабочих, а также для лиц, которые несут ответственность за технику безопасности и гигиену труда.
Источник публикации: shutterstock.com.
В ней рассматриваются следующие темы: характеристики лазерного излучения; биологическое действие и последствия для здоровья; воздействие лазерного излучения в производственных условиях и его последствия; оценка опасности; использование инструментов и методы измерений; максимально допустимые уровни воздействия и стандарты безопасности; контроль и защита от воздействия лазерного излучения; правила организации контроля и надзора. Особое внимание уделяется мерам защиты от лазерного излучения.
Публикация подготовлена рабочей группой МАРЗ/МКНР под руководством доктора Д.Х. СЛИНЕЙ (D.H. Sliney), в которую вошли доктора Б. БОСНЯКОВИЧ (B. Bosnjakovic), Л.А. КУРТ (L.A. Court), А.Ф. МАККИНЛЕЙ (A.F. McKinlay) и Л.Д. СЗАБО (L.D. Szabo). Эта книга является результатом совместной деятельности МОТ-МАРЗ/МКНР и публикуется МОТ от имени этих двух организаций.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Измеров Н.Ф., Суворов Г.А. Физические факторы производственной и природной среды. Гигиеническая оценка и контроль. ― М.: Медицина, 2003. ― 560 с.
2. Пантелеева Е. Правила эксплуатации лазерной техники // Бюджетные учреждения здравоохранения: бухгалтерский учет и налогообложение, № 11, 2009. С. 15-23.
3. Электронный ресурс ― www.ilo.org.
АКТУАЛЬНОЕ ПО ТЕМЕ:
Все публикации
