Лазерная безопасность

1. Физиологические эффекты при воздействии лазерного излучения на человека.

Непосредственное воздействие на человека оказывает лазерное излучение любой длины волны, однако в связи со спектральными особенностями поражаемых органов и существенно различными предельно допустимыми дозами облучения обычно различают воздействие на глаза и кожные покровы человека.

1.1. Воздействие лазерного излучения на органы зрения

Рисунок 1. Спектральные характеристики глаза:
t₁ — относительное пропускание глазной среды;
t₂ — произведение пропускания глазной среды на поглощение всеми слоями сетчатки

Основной элемент зрительного аппарата человека — сетчатка глаза — может быть поражена лишь излучением видимого ( от 0.4 мкм ) и ближнего ИК-диапазонов ( до 1.4 мкм ), что объясняется спектральными характеристиками человеческого глаза ( рис. 1 ). При этом хрусталик и глазное яблоко, действуя как дополнительная фокусирующая оптика, существенно повышают концентрацию энергии на сетчатке, что, в свою очередь, на несколько порядков понижает максимально допустимый уровень ( МДУ ) облученности зрачка. Световой диаметр зрачка при расчете МДУ облучения принимают обычно равным 7 мм. Это не всегда соответствует действительности. Например, при большой светлоте ( физиологическая оценка яркости ) фона — из-за световой адаптации, в пожилом возрасте — из-за уменьшения чувствительности световых рецепторов.

1.1.1. МДУ прямого облучения сетчатки

Кроме длины волны l, необходимо учитывать также длительность воздействия светового излучения. При очень коротких импульсах ( когда не успевают сработать механизмы теплопроводности в области сетчатки ) нормируют плотность энергии для видимого излучения ( 0.4<l<0.7 мкм ) при Dt< 2Ч10^-5 c МДУ облучения роговицы глаза составляет 5Ч10^-3 Дж/м²; для ИК-излучения ( 1.05<l<1.4 мкм ) при 2Ч10^-5<Dt<5Ч10^-5 с — на порядок больше, то есть 5Ч10^-2 Дж/м². Если длительность импульса превышает 20 мкс для видимого и 20ё50 мкс для ближнего ( до 1.4 мкм ) излучения, то нормируют в первом приближении плотность мощности: для видимого излучения МДУ составляет 18Dt^0.75 Вт/м²; для ИК-излучения — почти порядок больше, то есть 90Dt^0.75 Вт/м².

Во всех рассматриваемых далее случаях переходная область спектра — от темно-красного ( l>700 нм ) до полностью невидимого ближнего ИК-излучения ( l<1050 нм ) — характеризуется монотонным повышением МДУ от минимального значения ( для темно-красного излучения ) до максимального ( для полностью невидимого ИК-излучения ) по закону С₄=10^(l-700)/500.

Приведенные данные по МДУ охватывают область наиболее критических значений параметров облучения зрачка глаза, когда в интервале от 10^-9 до 10 с причиной повреждения сетчатки является тепловое действие сфокусированного света при прямом наблюдении лазерного пучка, тогда как сверхкороткие лазерные импульсы вызывают в основном термоакустическое воздействие — протоплазма клеток из-за быстрого разогрева закипает и разрывает оболочку. В этом случае нормируют плотность мощности: для видимого излучения МДУ составляет 5Ч10⁶ Вт/м², для ИК-излучения — 5Ч10⁷ Вт/м².

Длительное ( Dt>10 с ) прямое воздействие лазерного излучения на сетчатку приводит в основном к фотохимическим процессам ее разрушения. Чтобы избежать этого (как и в случае сверхкоротких импульсов), нормируют энергетическую освещенность (экспозицию). Для зеленого (l=550 нм) и более коротковолнового (l>400 нм) видимого света МДУ составляет 100 Дж/м². Что касается "теплых" цветов (550<l<700 нм), то фотохимические процессы начинают играть заметную роль только при больших временных воздействиях лазерного излучения (T₂=10^{0.02(l-500)+1} c), и в этом случае МДУ нужно уменьшить в С₃ раз (C₃=10^0.015(l-550)).

Сверхдлительное (Dt>10³ё10⁴ c) прямое воздействие лазерного излучения характеризуется малым значением МДУ, а именно 0.01 Вт/м² для сине-зеленого (0.4<l<0.55 мкм) излучения. Более длинноволновое видимое излучение (550<l<700 нм) допускает МДУ=10^{0.015(l-500)+2} Вт/м². В случае ИК излучения переход от экспозиционного к мощностному ограничению (когда существенную роль играют регенерационные процессы, компенсирующие фотохимическое разрушение) осуществляется при Dt>10 c: для 1.05<l<1.4 мкм МДУ составляет 16 Вт/м²; для l>700 нм (темно-красное излучение) и l<1050 нм (ближнее ИК излучение) монотонно возрастающий МДУ составляет 3.2Ч10^(l-700)/500 Вт/м².

На перечисленные МДУ облучения ориентируются при однократном воздействии на глаз прямого лазерного излучения, фокусируемого хрусталиком в очень незначительное пятно на сетчатке.

При наличии последовательности импульсов не только ни один из них, но и усредненная облученность не должны превышать МДУ. При усреднении воздействия последовательности импульсов с длительностью Dt<10 мкс и частотой повторения f>1 Гц МДУ одиночного импульса должен быть уменьшен в С₅ раз:

(1.1)

Если длительность отдельных импульсов Dt в последовательности превышает 10 мкс ( а частота следования f>1 Гц), то для импульса длительностью NDt за ограничение облученности принимают (1/N)-ю часть МДУ.

Наиболее сложно определить МДУ для повторяющихся серий, состоящих из определенного числа импульсов. Когда в серии не более 10 импульсов, ее приравнивают к одному эквивалентному импульсу. При этом:

1. если Dt серии меньше 10 мкс, то за длительность эквивалентного импульса принимают длительность самого короткого импульса в серии, а за энергетическое воздействие — суммарное (полное) энергетическое воздействие всей серии;

2. если Dt серии больше 10 мкс, то за длительность эквивалентного импульса принимают суммарную длительность парциальных импульсов, а за энергетическое воздействие — суммарное энергетическое воздействие всей серии.

Если в серии более 10 импульсов, то МДУ рассчитывают как для одного, якобы непрерывного импульса, охватывающего всю последовательность.

1.1.2. МДУ для наружных покровов глаз человека

Невидимое УФ (0.2<l<0.4 мкм) или ИК излучение (1.4<l<1000 мкм) практически не доходит до сетчатки и потому может повреждать лишь наружные части глаз человека: УФ излучение вызывает фотокератит, средневолновое ИК излучение (1.4<l<3 мкм) — отек, катаракту и ожог роговой оболочки глаза; дальнее ИК излучение (3 мкм<l<1 мм) — ожог роговицы. Поэтому МДУ облучения глаз при УФ и ИК излучении рассматривают здесь, хотя (из-за отсутствия фокусирующего действия хрусталика) численные значения данного МДУ на несколько порядков больше значений, приведенных в подразделе "МДУ прямого облучения сетчатки", и соответствуют МДУ для кожных покровов. К тому же для наружных покровов глаза и кожных покровов МДУ нормируются относительно апертуры диаметром 1 мм (для сетчатки — 7 мм), что еще более снижает требования лучевой безопасности в рассматриваемом случае. Тем не менее эти данные могут оказаться полезными, так как в настоящее время возрастает число коммерческих лазеров, работающих в УФ и ИК диапазонах.

Плотность мощности для сверхкоротких (менее 1 нс) импульсов почти одинакова в обоих диапазонах: 30 ГВт/м² в УФ области и 100 ГВт/м² в ИК области (1.4 мкм<l<1 мм).

При больших временах воздействия ситуация наиболее проста для жесткого (200<l<320.5 нм) УФ излучения, где МДУ=30 Дж/м², вплоть до длительностей облучения 30000 с, то есть свыше 8 часов.

Более сложна система задания МДУ для узкого участка УФ излучения с 302.5<l<315 нм. Для сколько-нибудь длительного воздействия (10<Dt<30000 c) МДУ возрастает на 2.5 порядка по закону С₂=10^(l-295)/5 Дж/м². В области импульсных воздействий (1 нс<Dt<10 c) такое быстрое нарастание МДУ имеет место лишь при Dt>T₁=10^(l-295)/5 c; если Dt1, то МДУ не зависит от длины волны и составляет С₁=5600(Dt)^0.75 Дж/м².

МДУ для ближней УФ области (315<l<400 нм) в случае импульсного (1 нс<Dt<10 c) облучения почти не меняется, составляя С₁=5600(Dt)^0.25 Дж/м², плавно переходящее в 10 КДж/м² для времени облучения от 10 до 1000 с; если длительность облучения превышает 1000 с, то нормируют плотность мощности, и МДУ равно 10 Вт/м².

В ИК области МДУ облучения наружных покровов почти не зависит от длины волны и составляет: для сверхкоротких (Dt<1 нс) импульсов 100 ГВт/м²; для гигантских ( 1 нс<Dt<100 нс) импульсов 100 Дж/м²; для остальных (100 нс<Dt<10 с) импульсов 5600(Dt)^0.25 Дж/м². Плотность мощности при непрерывном облучении (10 с<Dt<30000 c) не должна превышать 1 кВт/м².

Надо отметить, что такие значения справедливы и для дальней ИК области (0.1<l<1 мм) с той лишь разницей, что МДУ задают здесь в апертуре диаметром 11 мм (а не 1 мм, как для УФ и основного ИК диапазонов).

1.1.3. Представление МДУ облучения как поверхности в координатах l - Dt

В 825-й публикации МЭК полностью, хотя и не всегда с достаточно высокой точностью, определены МДУ облучения роговой оболочки глаза человека прямым (то есть направленным непосредственно из оптической системы, а не рассеянным на каких-либо шероховатых поверхностях) лазерным излучением. Для удобства практического применения эти рекомендации МЭК представлены в виде таблицы 1.1.

В результате, во первых, появляется возможность достаточно просто (хотя и приближенно) определить численные значения МДУ при прямом облучении глаза человека лазерным излучением. При измерении следует лишь помнить следующие рекомендации МЭК по пространственному усреднению облученности: для 0.2<l<0.4 мкм — внутри круга Ж 1 мм; для 0.4<l<1.4 мкм — внутри круга Ж 7 мм (что соответствует зрачку глаза при темновой адаптации); для 1.4<l<100 мкм — внутри круга Ж 1 мм; для 100 мкм<l<1 мм — внутри круга Ж 11 мм.

Во вторых, таблица 1.1 свидетельствует о том, что в разных спектральных поддиапазонах лазерное воздействие частично аддитивно. Эта ситуация относится к двух- и более волновым лазерам, в основном, к лазерным приборам и установкам, в которых используется лазерное излучение разных длин волн. В соответствии с рекомендацией МЭК весь диапазон длин волн лазерного излучения делят на четыре поддиапазона, внутри которых лазерное излучение полностью аддитивно (как для глаз: так и для кожных покровов):

1. поддиапазон — УФ-С и УФ-В, 200<l<315 нм;

2. поддиапазон — УФ-А, 315<l<400 нм;

3. поддиапазон — весь видимый и ИК-А, 0.4<l<1.4 мкм;

4. поддиапазон — ИК-В и ИК-С, 1.4<l<1000 мкм.

Кроме того, всегда суммируют воздействия облучений 2-го и 4-го поддиапазонов. Аналогичное суммирование проводят и при совместном воздействии на кожные покровы лазерных излучений 2-го и 3-го поддиапазонов.

Естественно, что принимать во внимание эффект аддитивного воздействия имеет смысл лишь при близких к МДУ значениях облучения для каждой из генерируемых длин волн. К сожалению, 825-я публикация МЭК не дает аналитического выражения для определения МДУ аддитивного облучения, а лишь указывает на необходимость особой осторожности, если длительности воздействия существенно различаются (например, совместное действие импульсного и непрерывного излучений). В случае, если длительности импульсов или время экспозиции соизмеримы (имеют один порядок), то полагают, что парциальное (на одной длине волны) облучение пропорционально МДУ для данного излучения, то есть суммарное относительное облучение не должно превышать единицы:

И, наконец, МЭК настоятельно напоминает об опасности любого облучения, в том числе лазерного, подчеркивая, что МДУ является не порогом безопасности, а лишь усредненным значением (определенным на основе многочисленных экспериментов) уровня опасности повреждения органов зрения (и кожного покрова) человека.

Таблица 1.1

МДУ прямого облучения глаз человека

Длина	МДУ
волны	Еди-	Усло-	При длительности излучения Dt, с
l, нм	ница изме-рения	вие	<10-9	От 10-9 до 10-7	От 10-7 до 1.8Ч10-5	От 1.8Ч10-5 до 5Ч10-5	От 5Ч10-5 до 10	От 10 до 103	От 103 до 104	От 104 до 3Ч104
От 200 до	ГВт/м2	—	30	—	—	—	—	—	—	—
302.5 (УФ-С)	Дж/м2	—	—	30	30	30	30	30	30	30
От 302.5	Дж/м2	При DtЈT1	—	C1	C1	C1	C1	—	—	—
до 315 (УФ-В)	Дж/м2	При Dt>T1	—	C2	C2	C2	C2	—	—	—
	Дж/м2	—	—	—	—	—	—	C2	C2	C2
	ГВт/м2	—	30	—	—	—	—	—	—	—
От 315 до 400	Вт/м2	—	3Ч1010	—	—	—	—	—	10	10
(УФ-А)	Дж/м2	—	—	C1	C1	C1	C1	104	—	—
От 400	Вт/м2	—	5Ч106	—	—	—	—	—	—	10-2
до 550	Дж/м2	—	—	5Ч10-3	5Ч10-3	C6	C6	100	100	—
От 550 до 700	Дж/м2	При DtЈT2	—	—	—	—	—	С6	С6	—
	Дж/м2	При Dt>T2	—	—	—	—	—	С3Ч102	С3Ч102	—
	Дж/м2	—	—	5Ч10-3	5Ч10-3	С6	С6	—	—	—
	Вт/м2	—	5Ч106	—	—	—	—	—	—	С3Ч10-2
От 700 до	Дж/м2	—	—	5С4Ч10-3	5С4Ч10-3	С4С6	С4С6	С4С6	—	—
1050 (ИК-А)	Вт/м2	—	5С4Ч106	—	—	—	—	—	3.2С4	3.2С4
От 1050 до	Дж/м2	—	—	5Ч10-2	5Ч10-2	5Ч10-2	5С6	5С6	—	—
1400 (ИК-В)	Вт/м2	—	5Ч107	—	—	—	—	—	16	16
От 1400	Дж/м2	—	—	100	С1	С1	С1	—	—	—
до 106 (ИК-С)	Вт/м2	—	1011	—	—	—	—	103	103	103

С₁=5.6Ч10³(Dt)^0.25; T₁=10^{0.8(l-295)-15};

C₂=10^0.2(l-295); T₂=10^{1+0.02(l-550)};

C₃=10^0.015(l-550);

C₄=10^(l-700)/500;

С₆=18(Dt)^0.75;

1.1.4. МДУ облучения глаз рассеянным лазерным излучением

На практике наиболее вероятно именно рассеянное лазерное облучение. В этом случае важно при определении МДУ облучения перенормировать плотность излучения в диапазоне 0.4<l<1.4 мкм, достигающего сетчатки и поражающего ее. Эта перенормировка связана с тем, что характер и размер поражения сетчатки изменяются в связи с резким увеличением зоны облучения — от 0.01 мм (определяется аберрацией глаза и дифракцией света на его зрачке), то есть угловой размер составляет примерно 1', или 0.0003 рад, до a=0.015ё0.24 рад. Последняя величина (эффективный угол зрения) во многом зависит от длительности облучения и (для коротких импульсов) от длины волны. Все это видно из рисунка 2, где представлена кусочно-линейная аппроксимация a=a(Dt) в двойном логарифмическом масштабе.

Рисунок 2. Предельный угол видения (предполагаемый угол поля зрения):
1 — 0.012 рад;
2 — 0.00885 рад;
3 — 0.00025(Dt)^-0.17 (при 1050Јl<1400 нм);
5 — 0.015Ч (Dt)^0.21 (при 400Јl<1400 нм);
6 — 0.24 рад.

МДУ облучения глаза протяженным источником с угловым размером a_изл>a приведены в таблице 1.2. Напомним, что при измерении энергетической яркости рассеянного (точнее: со значительным углом расходимости) излучения ее усреднение при измерении МДУ следует выполнять по углу a (см. рисунок 2). Кроме того, поскольку глаза устроены так, что не пропускают к сетчатке УФ и ИК излучение с l>1.4 мкм, то в этих диапазонах разница между МДУ, указанным в таблице 1.1, и МДУ, указанным в таблице 1.2, отсутствует.

Таблица 1.2 МДУ облучения глаз человека рассеянным лазерным излучением

Длина волны l, нм	МДУ
	Единица измерения	Условие	При длительности экспозиции Dt, с
			<10-9	От 10-9 до 10-7	От 10-7 до 10	От 10 до 103	От 103 до 104	От 104 до 3Ч104
От 200	ГВт/м2	—	30	—	—	—	—	—
до 302.5	Дж/м2	—	—	30	30	30	30	30
От 302.5 до 315	Дж/м2	При DtЈT1	—	C1	C1	—	—	—
	Дж/м2	При Dt>T1	—	C2	C2	—	—	—
	Дж/м2	—	—	—	—	C2	C2	C2
	ГВт/м2	—	30	—	—	—	—	—
От 315	Вт/м2	—	3Ч1010	—	—	—	10	10
до 400	Дж/м2	—	—	C1	C1	104	—	—
От 400	Вт/м2 ср	—	1011	—	—	—	—	21
до 550	Дж/м2 ср	—	—	С7	С7	2.1Ч105	2.1Ч105	—
От 550 до 700	Дж/м2 ср	При DtЈT2	—	—	—	2С8	2С8	—
	Дж/м2 ср	При Dt>T2	—	—	—	2.1Ч105С3	2.1Ч105С3	—
	Дж/м2 ср	—	—	С7	С7	—	—	—
	Вт/м2 ср	—	1011	—	—	—	—	21С3
От 700	Дж/м2 ср	—	—	С4С7	С4С7	2С4С8	—	—
до 1050	кВт/м2ср	—	С4Ч108	—	—	—	6.4С4	6.4С4
От 1050	Дж/м2 ср	—	—	5С7	5С7	10С8	—	—
до 1400	Вт/м2 ср	—	5Ч1011	—	—	—	3.2Ч104	3.2Ч104
От 1400	Дж/м2	—		100	С1	—	—	—
до 106	Вт/м2	—	1011	—	—	103	103	103

С₁=5.6Ч10³(Dt)^0.25; T₁=10^{0.8(l-295)-15};

C₂=10^0.2(l-295); T₂=10^{1+0.02(l-550)};

C₃=10^0.015(l-550);

C₄=10^(l-700)/500;

С₇=10⁵(Dt)^0.33;

С₈=1.9Ч10⁴(Dt)^0.75;

Таблица 1.3МДУ облучения наружных покровов человека

Длина волны l, нм	МДУ
	Единица измерения	Условие	При длительности экспозиции Dt, с
			<10-9	От 10-9 до 10-7	От 10-7 до 10	От 10 до 103	От 103 до 3Ч104
От 200	Дж/м2	—	—	30	30	30	30
до 302.5	ГВт/м2	—	30	—	—	—	—
От 302.5	Дж/м2	При DtЈT1	—	C1	C1	—	—
до 315	Дж/м2	При Dt>T1	—	C2	C2	—	—
	Дж/м2	—	—	—	—	—	—
	Вт/м2	—	3Ч1010	—	—	10-3С3	10-3С2
От 315	Дж/м2	—	—	С1	С1	104	—
до 400	Вт/м2	—	3Ч1010	—	—	—	10
От 400	Дж/м2	—	—	200	С9	—	—
до 1400	Вт/м2	—	2Ч1011	—	—	2000	2000
От 1400	Дж/м2	—	—	100	С1	—	—
до 106	Вт/м2	—	1011	—	—	1000	1000

С₁=5.6Ч10³(Dt)^0.25; T₁=10^{0.8(l-295)-15};

C₂=10^0.2(l-295);

С₉=1.1Ч10⁴(Dt)^0.25;

1.2. МДУ лазерного облучения кожных покровов

При принятии должных мер безопасности (защитные очки и др.) повреждение зрительных органов человека обычно исключается. Однако остается возможность поражения кожных покровов (например, рук при обслуживании лазерной технологической установки). Что касается МДУ лазерного облучения для кожных покровов человека, то их значения, по рекомендации МЭК, отличаются от значений, рассмотренных ранее для глаз, лишь в области видимого и ближнего ИК излучения (l<1.4 мкм). При этом облучение усредняют в пределах круглой апертуры Ж 1 мм для всех длин волн менее 0.1 мм. Облучение в дальней ИК области (0.1<l<1 мм) по-прежнему усредняют в апертуре Ж 11 мм.

Таким образом, при любом лазерном излучении, пользуясь данными таблиц 1.1 — 1.3, можно легко определить МДУ облучения, позволяющий избежать органических повреждений глаз и кожных покровов человека.

Применение того или иного способа обеспечения безопасности человека при лазерном излучении зависит от стадии изготовления или эксплуатации лазерного прибора. На защиту пользователя от лазерного облучения, превышающего МДУ, нацелены рекомендуемые МЭК конструктивные мероприятия, необходимые при изготовлении лазерных приборов. Поскольку эти мероприятия в той или иной степени обязательны для всех изготовителей лазерных приборов, целесообразно рассмотреть их более подробно.

2. Требования к изготовителям лазерных приборов в связи с обеспечением безопасности пользователей

МЭК рекомендует в связи с унификацией требований к конструкциям лазерных приборов разделять эти приборы на четыре класса с точки зрения опасности лазерного излучения для пользователей.

2.1. Лазерные излучатели класса 1

Наиболее безопасными как по своей природе (МДУ облучения никак не может быть превышен), так и по конструктивному исполнению являются лазерные приборы класса 1. В связи с таким двойным подходом допустимые пределы излучения (ДПИ) лазерных приборов класса 1 в спектральной области от 0.4 до 1.4 мкм, для которой возможно как точечное, так и протяженное повреждение сетчатки, характеризуются значениями в двух аспектах — энергетическом (в ваттах или джоулях) и яркостном. Соответствующие значения приведены в таблице 2.1 (кроме УФ излучения, а также ИК излучения от 1.4 мкм)

Таблица 2.1 ДПИ для лазеров класса 1

Длина	ДПИ
волны	Еди-	Усло-	При длительности излучения Dt, с
l, нм	ница изме-рения	вие	<10-9	От 10-9 до 10-7	От 10-7 до 1.8Ч10-5	От 1.8Ч10-5 до 5Ч10-5	От 5Ч10-5 до 10	От 10 до 103	От 103 до 104	От 104 до 3Ч104
От 200	мкДж	—	—	24	24	24	24	24	24	24
до 302.5	кВт	—	24	—	—	—	—	—	—	—
От 302.5	мкДж	При DtЈT1	—	0.79C1	0.79C1	0.79C1	0.79C1	—	—	—
до 315	мкДж	При Dt>T1	—	0.79C2	0.79C2	0.79C2	0.79C2	—	—	—
	мкДж	—	—	—	—	—	—	0.79C2	0.79C2	0.79C2
	кВт	—	24	—	—	—	—	—	—	—
От 315	кВт	—	24	—	—	—	—	—	7.9Ч10-9	7.9Ч10-9
до 400	мкДж	—	—	0.79C1	0.79C1	0.79C1	0.79C1	7.9Ч103	—	—
От 400	Дж	—	—	21Ч104	С10	С10	С10	3.9Ч10-3	3.9Ч10-3	—
до	Дж/м2 ср	—	—	С7	С7	С7	С7	2.1Ч105	2.1Ч105	—
550*	Вт	—	200	—	—	—	—	—	—	3.9Ч10-7
	Вт/м2 ср	—	1011	—	—	—	—	—	—	21
От 550 до 700*	мДж и Дж/м2 ср	При DtЈT2	—	—	—	—	—	103С10	103С10	—
	мДж	При Dt>T2	—	—	—	—	—	3.9С3	3.9С3	—
	МДж/ м2 ср	—	—	10-6С7	10-6С7	10-6С7	10-6С7	—	—	—
	мДж и Дж/м2 ср	—	—	2Ч10-4	103С10	103С10	2Ч10-4	—	—	—
	мкВт	—	200	—	—	—	—	—	—	0.39Ч 10-6ЧС3
	Вт/м2	—	1011	—	—	—	—	—	—	21С3
От 700	Дж	—	—	2С4Ч10-7	2С4Ч10-7	С4С10	С4С10	С4С10	—	—
до 1050*	Дж/ м2ср	—	—	С4С7	С4С7	С4С7	С4С7	2С4С8	—	—
	кВт	—	0.2С4	—	—	—	—	—	12С4	12С4
	кВт/ м2ср	—	С4Ч108	—	—	—	—	—	6.4С4	6.4С4
От 1050	Дж	—	—	2Ч10-6	2Ч10-6	2Ч10-6	5С10	5С10	—	—
до 1400*	Дж/ м2ср	—	—	С7	С7	С7	С7	С7	—	—
	Вт	—	2Ч103	—	—	—	—	—	6Ч104	6Ч104
	Вт/ м2ср	—	5Ч1011	—	—	—	—	—	3.2Ч104	3.2Ч104
От 1400	мкДж	—	—	80	0.4С9	0.4С9	0.4С9	—	—	—
до 105	Вт	—	8Ч104	—	—	—	—	8Ч10-4	8Ч10-4	8Ч10-4
От 105	Дж	—	—	10-2	10-4С1	10-4С1	10-4С1	—	—	—
до 106	Вт	—	107	—	—	—	—	0.1	0.1	0.1

С₁=5.6Ч10³(Dt)^0.25; T₁=10^{0.8(l-295)-15};

C₂=10^0.2(l-295); T₂=10^{1+0.02(l-550)};

C₃=10^0.015(l-550);

C₄=10^(l-700)/500; *— Необходимы двойные пределы для класса 1.

С₇=10⁵(Dt)^0.33;

С₈=1.9Ч10⁴(Dt)^0.75;

С₉=1.1Ч10⁴(Dt)^0.25;

С₁₀=7Ч10^-4(Dt)^0.75;

2.2. Лазерные излучатели класса 2

Это маломощные лазерные приборы, излучающие только в видимом (0.4<l<0.7 мкм) диапазоне. Их непрерывная мощность ограничена 1 мВт, так как предполагается, что человек обладает естественной реакцией защиты своих глаз от воздействия непрерывного излучения (рефлекс мигания). В случае кратковременных облучений (Dt<0.25 мин) энергетика лазерных излучателей класса 2 не должна превышать соответствующие ДПИ для приборов класса 1.

Таким образом, лазерные излучатели класса 2 не могут нанести вред человеку помимо его желания.

2.3. Лазерные излучатели класса 3

Излучатели этого класса занимают переходное положение между безопасными приборами классов 1, 2 и лазерами класса 4 (которые безусловно требуют принятия мер по защите персонала). В соответствии с этим МЭК рекомендует подразделять лазерные излучатели класса 3 на два подкласса — 3А и 3Б.

2.3.1. Лазерные излучатели подкласса 3А

К ним относят условно безопасные излучатели. Они не способны повредить зрение человека, но при условии неиспользования каких-либо дополнительных оптических приборов для наблюдения прямого лазерного излучения. В соответствии с этим условием мощность видимого излучения непрерывных лазеров подкласса 3А не должна превышать 5 мВт (то есть пятикратного значения ДПИ для класса 2), а облученность — 25 Вт/м². Допустимая энергетика для других длин волн и длительностей облучения не должна более чем в 5 раз превышать ДПИ для класса 1 (см. таблицу 2.2).

Таблица 2.2

ДПИ для лазеров подкласса 3А

Длина	ДПИ
волны	Еди-	Усло-	При длительности излучения Dt, с
l, нм	ница изме-рения	вие	<10-9	От 10-9 до 10-7	От 10-7 до 1.8Ч10-5	От 1.8Ч10-5 до 5Ч10-5	От 5Ч10-5 до 10	От 10 до 103	От 103 до 104	От 104 до 3Ч104
От 200	мДж	—	—	0.12	0.12	0.12	0.12	0.12	0.12	0.12
до	Дж/м2	—	—	30	30	30	30	30	30	30
302.5*	МВт	—	0.12	—	—	—	—	—	—	—
	ГВт/м2	—	30	—	—	—	—	—	—	—
От 302.5	мкДж	При DtЈT1	—	4C1	4C1	4C1	4C1	4C1	—	—
до 315	мкДж	При Dt>T1	—	4C2	4C2	4C2	4C2	4C2	—	—
	мкДж	—	—	—	—	—	—	—	4C2	4C2
	Дж/м2	При DtЈT1	—	C1	C1	C1	C1	C1	—	—
	Дж/м2	При Dt>T1	—	C2	C2	C2	C2	C2	—	—
	Дж/м2	—	—	—	—	—	—	—	C2	C2
	МВт	—	0.12	—	—	—	—	—	—	—
	ГВт/м2	—	30	—	—	—	—	—	—	—
От 315	Вт	—	1.2Ч105	—	—	—	—	—	—	4Ч10-5
до 400	Вт/м2	—	3Ч1010	—	—	—	—	—	—	10
	мкДж	—	—	4C1	4C1	4C1	4C1	4C1	4Ч10-4	—
	Дж/м2	—	—	C1	C1	C1	C1	C1	104	—
От 400	Дж	—	—	10-6	10-6	5С10	5С10	—	—	—
до 700	Дж/м2	—	—	5Ч10-3	5Ч10-3	С6	С6	—	—	—
	Вт	—	1000	—	—	—	—	5Ч10-3	5Ч10-3	5Ч10-3
	Вт/м2	—	5Ч106	—	—	—	—	25**	25**	25**
От 700	Дж	—	—	С4Ч10-6	С4Ч10-6	5С4С10	5С4С10	5С4С10	5С4С10	—
до 1050	Дж/м2	—	—	5Ч10-3Ч С4	5Ч10-3Ч С4	С4С6	С4С6	С4С6	С4С6	—
	Вт	—	103ЧС4	—	—	—	—	—	—	6Ч10-4Ч С4
	Вт/м2	—	5Ч106С4	—	—	—	—	—	—	3.2С4
От 1050	мДж	—	—	0.01	0.01	0.01	С6	С6	С6	—
до	Дж/м2	—	—	0.05	0.05	0.05	5С6	5С6	5С6	—
1400	Вт	—	104	—	—	—	—	—	—	3Ч10-3
	Вт/м2	—	5Ч107	—	—	—	—	—	—	16
От 1400	мкДж	—	—	400	2С9	2С9	2С9	2С9	—	—
до 105	Дж/м2	—	—	100	С1	С1	С1	С1	—	—
	Вт	—	4Ч105	—	—	—	—	—	4Ч10-3	4Ч10-3
	Вт/м2	—	1011	—	—	—	—	—	103	103
От 105	мДж	—	—	50	0.5С1	0.5С1	0.5С1	0.5С1	—	—
до 106	Дж/м2	—	—	100	С1	С1	С1	С1	—	—
	Вт	—	5Ч107	—	—	—	—	—	0.5	0.5
	Вт/м2	—	1011	—	—	—	—	—	103	103

С₁=5.6Ч10³(Dt)^0.25; T₁=10^{0.8(l-295)-15};

C₂=10^0.2(l-295); T₂=10^{1+0.02(l-550)};

C₄=10^(l-700)/500;

С₆=18(Dt)^0.75; *— Здесь и далее необходимы двойные пределы
С₉=1.1Ч10⁴(Dt)^0.25; для класса 3А.

С₁₀=7Ч10^-4(Dt)^0.75; **— Естественная защитная реакция на
излучение более 0.25 секунд.

2.3.2. Лазерные излучатели подкласса 3Б

К ним относят излучатели средней мощности, непосредственное наблюдение которых даже невооруженным (без фокусирующей оптической системы) глазом опасно для зрения. Однако при соблюдении определенных условий — удалении глаза более чем на 13 см от рассеивателя и времени воздействия не более 10 с — допустимо наблюдение диффузно рассеянного излучения. Поэтому непрерывная мощность таких лазеров не может превышать 0.5 Вт, а энергетическая экспозиция — 100 кДж/м². Остальные значения ДПИ для лазеров подкласса 3Б приведены в таблице 2.3.

Таблица 2.3

ДПИ для лазеров подкласса 3Б

Длина волны	ДПИ
l, нм	Единица	При длительности излучения Dt, с
	измерения	<10-9	От 10-9 до 0.25	От 0.25 до 3Ч104
От 200 до 302.5	Дж	—	3.8Ч10-4	—
	Вт	3.8Ч10-5	—	1.5Ч10-3
От 302.5 до 315	Дж	—	1.25Ч10-5ЧС2	—
	Вт	1.25Ч104ЧС2	—	5Ч10-5ЧС2
От 315 до 400	Дж	—	0.125	—
	Вт	1.25Ч108	—	0.5
От 400 до 700*	Дж/м2	—	3.14ЧС7 и <105	—
	Вт	—	—	0.5
	Вт/м2	3.14Ч1011	—	—
От 700 до 1050*	Дж/м2	—	3.14ЧС4ЧС7 и <105	—
	Вт	—	—	0.5
	Вт/м2	3.14Ч1011	—	—
От 1050 до 1400*	Дж/м2	—	15.7ЧС7 и <105	—
	Вт	—	—	0.5
	Вт/м2	1.57Ч1012	—	—
От 1400 до 106	Дж/м2	—	105	—
	Вт	—	—	0.5
	Вт/м2	1014	—	—

C₂=10^0.2(l-295);

C₄=10^(l-700)/500; *— Необходимы двойные пределы для класса 3Б.

С₇=10⁵(Dt)^0.33;

2.4. Лазерные излучатели класса 4

Это мощные лазерные установки, способные повредить зрение и кожные покровы человека не только прямым, но и диффузно рассеянным излучением. Значения ДПИ в данном случае превышают значения, принятые для подкласса 3Б. Работа с лазерными излучателями класса 4 требует обязательного соблюдения соответствующих защитных мер.

2.5. Особенности использования ДПИ при классификации лазерных излучателей

Лазерные излучатели, генерирующие на двух или более длинах волн неаддитивно, классифицируют по наибольшему классу опасности для каждой из них. В случае попадания генерируемых волн в один поддиапазон (аддитивные воздействия) поступают аналогично определению МДУ, то есть сумма относительных излучений, нормированных по ДПИ для данной длины волны, не должна превышать единицы:

(И_S)_отн = И_отн(l₁) + И_отн(l₁) + ... = И_отн(l₁) / ДПИ(l₁) + И_отн(l₁) / ДПИ(l₂) + ... < 1.

Если, например, через какое-либо отверстие корпуса защитного кожуха, или при введении оптического зонда, или в случае отказа блокировок лазерное излучение может попасть на человека — его глаза или только на кожные покровы, то классификацию осуществляют с учетом и этого дополнительного облучения.

Классификация лазерных приборов, излучающих повторяющиеся импульсы, осуществляют следующим образом. Последовательно определяют класс опасности для:

1. наиболее мощного импульса в серии;

2. средней мощности импульсов в серии, действующих якобы как один импульс с длительностью, равной длительности серии;

3. наиболее мощного импульса последовательности из n импульсов (за время проведения классификации) при мгновенной частоте повторения импульсов (определяемой по самому короткому интервалу) f>1 Гц. Однако при длительности отдельных импульсов Dt<10 мкс значение вклада каждого отдельного импульса уменьшают на значение коэффициента С₅; при Dt>10 мкс одиночным считают импульс длительностью T=Dt

   Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.

   Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.
   Подробнее