ПРИМЕРЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫХ

УРОВНЕЙ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И КЛАССОВ

ЛАЗЕРНЫХ ИЗДЕЛИЙ

П2.1. Определение ПДУ и классов лазеров

Пример 1.

Одномодовый лазер на молекулярном азоте с длиной волны излучения 337,1 нм генерирует непрерывную последовательность равных по амплитуде импульсов с частотой = Гц. Длительность отдельного импульса =5 нс. Диаметр пучка вблизи выходного зеркала лазера по уровню интенсивности ехр(-2) равен м. Средняя мощность излучения =0,5 Вт.

Найти предельно допустимые энергетические параметры излучения и определить класс лазера.

а) ПДУ однократного облучения глаз.

Для определения ПДУ необходимо знать максимальную длительность воздействия . При случайном воздействии на глаза излучения УФ диапазона спектра (180-380 нм) эта величина принимается равной 10 с (как и при воздействии на кожу).

Таким образом, задача сводится к определению или серии импульсов с заданными параметрами при длительности воздействия 10 с.

Определяем в соответствии с п.3.8.2 как наименьшее из значений и .

(2П.1)

Значения и задаются п.3.2 (табл.3.1, рис.3.1 и 3.2) и составляют, соответственно, 37 Дж·м и 800 Вт·м .

Число импульсов в серии определяется по формуле:

(2П.2)

В общем случае величина , вычисленная по формуле (2П.2), округляется до ближайшего меньшего целочисленного значения.

Для рассматриваемых условий . Тогда, в соответствии с формулами (2П.1), сравнивая =800 Вт·м и =830 Вт·м , получаем, что предельно допустимое значение облученности при однократном воздействии на глаза серии импульсов рассматриваемого лазерного излучения следует принять равным .

=800 Вт·м

Соответствующее значение энергетической экспозиции равно

Дж·м

Для УФ диапазона спектра нормируемой величиной является также суточная доза , которая, в соответствии с таблицей 3.2, не должна превышать Дж·м . Рассчитанная выше величина равна ; таким образом, условие 8) п.3.2.2 выполняется.

В общем случае, если расчетная величина больше , ее следует уменьшить до значения и соответственно откорректировать величину .

б) ПДУ для однократного облучения кожи.

Время случайного воздействия на кожу излучения УФ, видимого ИК диапазонов, в соответствии с действующими международными нормами, принимается равным 10 с.

Таким образом, так же как и для глаз, расчетное значение составляет 800 Вт·м , а - Дж·м .

В рассматриваемом случае значение равно суточной дозе, т.е. является предельным. Любое повторное облучение кожи недопустимо.

в) ПДУ при хроническом воздействии на глаза и кожу

В соответствии с п.3.3, при хроническом воздействии предельно допустимое значение облученности составит 80 Вт·м , а соответствующее значение предельно допустимой энергетической экспозиции за время =10 с - 800 Дж·м .

Максимальная суточная доза также составляет 800 Дж·м . Следовательно, при рассматриваемых условиях для одного работающего допустимо проведение не более одной производственной операции продолжительностью 10 с в течение суток.

Если практические условия требуют проведения нескольких производственных операций в течение рабочего дня, предельно допустимая облученность глаз и кожи в рабочей зоне должна быть уменьшена таким образом, чтобы суммарная доза (см. п.3.2.2) не превышала значения, указанного в п.3.3.

В частности, если рассматриваемый в настоящем примере лазер необходимо использовать при проведении 10 технологических операций с временными промежутками большими 10 минут (см. п.3.8.2), предельно допустимое значение облученности глаз и кожи составит

=8 Вт·м

В этом случае при проведении контрольных замеров в рабочей зоне средняя мощность коллимированного или рассеянного излучения, проходящего через круглую ограничивающую апертуру диаметром м, не должна превышать Вт.

Если предельно допустимые энергетические параметры УФ излучения в рабочей зоне определены, в качестве нормируемого параметра, эквивалентного суточной дозе , может быть использовано максимально допустимое число воздействий на оператора отдельных импульсов излучения (см. п.3.2.2). Значение рассчитывается по формуле

(2П.3)

Если число импульсов в серии при проведении одной производственной операции фиксировано, максимально допустимое число операций в течение рабочего дня равно .

Для лазеров УФ диапазона спектра, работающих в режиме одиночных вспышек, длительность воздействия равна длительности импульса излучения . В этом случае формула (2П.3) может быть переписана в виде:

(2П.4)

г) Определение класса лазера.

Для того, чтобы определить класс лазера, необходимо сопоставить фактические энергетические параметры генерируемого излучения с нормируемыми предельно допустимыми значениями для однократного воздействия.

Как показано выше, ПДУ энергетической экспозиции для рассматриваемого лазера при однократном воздействии составляет для глаз и кожи Дж·м . Согласно п.3.8.2, энергетическая экспозиция для одного импульса при этом равна 0,16 Дж·м .

Проверяем выполнение условий в соответствии с таблицей 4.1.

Зная, что средняя мощность излучения =0,5 Вт, для одного импульса из серии получаем

Дж·м

Выполняется условие для II класса:

Поскольку ПДУ при однократном облучении равно значению ПДУ облученности для непрерывного излучения в течение 10 с, определение класса может быть проведено по режиму непрерывного излучения.

Пример 2.

Лазер на стекле с неодимом, работающий в режиме модуляции добротности и удвоения частоты, генерирует одиночные импульсы. Поток излучения включает две пространственно совмещенные спектральные компоненты: =1060 нм, =0,8 Дж и =530 нм, =0,4 Дж. Длительности импульсов излучения обеих спектральных компонент = . Диаметр пучка вблизи выходного зеркала лазера м.

Найти предельно допустимые параметры излучения в условиях хронического воздействия на глаза и кожу.

Определить класс лазера.

В соответствии с требованиями п.3.10. определим и при воздействии на глаза коллимированного излучения с длинами волн 1060 нм и 530 нм.

Используя данные таблицы 3.3 (рис.3.3), с учетом дополнительного коэффициента запаса для хронического воздействия (п.3.5) получим:

Дж; Дж.

Относительные энерговклады излучения с длинами волн 1060 и 530 нм - и равны

Тогда значение составляет:

Дж

Значение для кожи определяется аналогичным образом с использованием данных таблицы 3.6 (рис.3.7) и с учетом поправки для хронического воздействия составляет Дж при ограничивающей апертуре м.

Проверяем выполнение условий таблицы 4.1, определяющих принадлежность лазера к определенному классу опасности. Получаем, что

Дж

Рассматриваемый лазер относится к III классу опасности.

Пример 3.

Лазер на центрах окраски генерирует серию из 15 импульсов. Длительность каждого импульса с, Гц. Интервал между сериями импульсов больше 200 с. Длина волны излучения =1200 нм. Суммарная энергия серии импульсов Дж. Отношение энергии импульса, имеющего максимальную амплитуду, к средней энергии всех импульсов в серии =2,5. Диаметр пучка вблизи выходного зеркала м.

Найти предельно допустимые параметры излучения при воздействии на глаза и определить класс лазера.

Длительность серии импульсов в рассматриваемом случае составляет (см. формулу (2П.2)):

В соответствии с требованиями п.3.4.3. определим значения предельно допустимой энергии излучения для импульсов длительностью с и с для однократного воздействия на глаза коллимированного излучения. Согласно табл.3.3 (рис.3.3), эти значения равны:

Дж

По формуле (3.7) найдем значения и :

Дж, Дж

Искомое значение предельно допустимой энергии серии импульсов для глаза составит Дж.

При условии хронического воздействия (п.3.7) эта величина принимается в 10 раз меньшей, т.е. Дж.

Для кожи Дж при однократном воздействии и Дж при хроническом воздействии.

Для определения класса лазера проверяем выполнение условий таблицы 4.1, подставляя в неравенства значения для однократного воздействия.

Выполняется условие для II класса опасности:

Дж

Пример 4.

Технологическая установка "Квант-15".

Характеристика установки:

- длина волны излучения =1060 нм;

- режим генерации - импульсно-модулированный;

- энергия одиночного импульса =8 Дж;

- длительность одного импульса с;

- частота следования импульсов =10 Гц;

- длительность одной технологической операции =2 с;

- диаметр пятна излучения на поверхности обрабатываемой детали м.

Требуется найти предельно допустимые энергетические параметры излучения в условиях хронического воздействия на глаза и кожу и определить класс лазерного изделия.

Измерение уровня диффузно отраженного излучения на границе рабочей зоны при диаметрах ограничивающей апертуры м и м показало, что максимальное значение суммарной энергии всех импульсов за время одной технологической операции ( =2 с) равно, соответственно, Дж и Дж. Источник диффузного отраженного излучения для точек, расположенных на границе рабочей зоны, является точечным.

В соответствии с требованиями п.3.4.3. находим предельно допустимый уровень энергии серии импульсов коллимированного потока лазерного излучения для глаз, который равен минимальному из двух значений энергии и .

, где =2 с;

где с, , =1 (нестабильность энергии импульсов неизвестна).

определяем в соответствии с п.3.4.1 по таблице 3.4 (рис.3.5).

Вт

Дж

определяем, в соответствии с п.3.4.1, по табл.3.3 (рис.3.4).

Дж

Так как , получаем

Дж

При хроническом воздействии на глаза, в соответствии с п.3.5,

Дж

Определяем предельно допустимый уровень энергии лазерного излучения * для кожи, в соответствии с п.п.3.6 и 3.8.2, как минимальное значение из и .

_______________

* Вероятно ошибка оригинала. Следует читать . - Примечание "КОДЕКС".

=2 с

По таблице 3.6 (рис.3.8) находим

Вт, Дж

По таблице 3.6 (рис.3.7) находим

Дж, Дж

. Таким образом, для кожи имеем Дж, а при хроническом воздействии - Дж.

Сравнение предельно допустимых значений энергии с соответствующими значениями на границе рабочей зоны показывает, что отраженное лазерное излучение представляет опасность для глаз и безопасно для кожи. Степень опасности отраженного излучения для глаз равна

Определение класса опасности по таблице 4.1 показывает, что данное лазерное изделие относится к III классу:

Дж

При эксплуатации установки необходимо исключить воздействие зеркально отраженного излучения, а для защиты от диффузно отраженного излучения необходимо использовать средства защиты с оптической плотностью 3,04, где .

Пример 5.

Установка для сварки стекла.

Характеристика установки:

- длина волны излучения =10600 нм;

- режим работы - непрерывный;

- мощность излучения =30 Вт;

- длительность одной технологической операции =15 с;

- диаметр пятна излучения на поверхности обрабатываемой детали =1 мм.

Максимальный уровень диффузно отраженного излучения на границе рабочей зоны равен Вт·м .

Требуется определить класс установки.

Предельно допустимый уровень облученности для излучения с длиной волны 10600 нм при однократном воздействии на глаза и кожу в течение 15 с, в соответствии с п.3.8.1 (табл.3.7), равен Вт·м , а при хроническом воздействии, согласно п.3.9, - 260 Вт·м .

Согласно таблице 4.1, лазер встроенный в установку, относится к II классу опасности:

Вт

Сравнение облученности на границе рабочей зоны с предельно допустимым значением облученности показывает, что диффузно отраженное излучение не представляет опасности для глаз и кожи.

Пример 6.

Установка для спектроскопии.

Характеристика установки:

- длина волны излучения =340 нм;

- длительность одного импульса с;

- частота следования импульсов Гц;

- средняя мощность =8 Вт;

- длительность одной операции =10 с;

- количество операций за рабочий день =250.

Максимальный уровень диффузно отраженного излучения на границе рабочей зоны создает облученность =10 Вт·м .

Суточная доза при выполнении 250 операций равна Дж·м .

Необходимо определить класс опасности лазерной установки.

Значение ПДУ энергетической облученности за время выполнения одной операции, согласно табл.3.1, пунктам 3.2.2 и 3.3, равно =800 Вт·м , а для хронического воздействия, в соответствии с п.3.3, - 80 Вт·м . Предельная суточная доза для однократного воздействия Дж·м .

Для определения класса опасности проверяем выполнение условий таблицы 4.1.

Вт

Установка относится ко II классу.

Сравнение и с максимальной облученностью на границе рабочей зоны и суточной дозой при выполнении 250 операций показывает, что отраженное излучение при выполнении одной операции не представляет опасности, однако при выполнении за рабочий день запланированных 250 операций суточная доза превышает предельно допустимое значение в 31,2 раза.

Пример 7.

Пучок лазерного излучения с параметрами, приведенными в примере 3, расширяется оптической системой до диаметра м. Поток излучения направлен перпендикулярно плоской диффузно отражающей поверхности. Точка наблюдения расположена на прямой, проходящей через центр облучаемой площадки под углом =60°. Расстояние от поверхности до точки наблюдения =0,5 м.

Определить для наблюдателя.

Правила расчета ПДУ диффузно отраженного излучения изложены в пункте 3.4.2.

Для коллимированного излучения значение определено в примере 3 и составляет Дж при однократном воздействии.

Угловой размер источника диффузионного излучения с достаточной степенью точности рассчитывается по формуле:

рад

В нашем случае рад.

Поправочный коэффициент при длительности облучения с, согласно таблице 3.5 (рис.3.6), равен

Значение предельно допустимой энергии в точке наблюдения составляет Дж

П2.2. Особенности определения ПДУ лазерного излучения видимого и ближнего ИК диапазонов спектра при использовании оптических средств наблюдения

П2.2.1. Коллимированное лазерное излучение

Если для наблюдения источника лазерного излучения используются оптические приборы (бинокли, телескопы и т.д.), энергетическая экспозиция или облученность сетчатки глаза может существенно возрастать. Наиболее надежным методом оценки изменения степени опасности излучения является сопоставление результатов измерения энергии или мощности, проходящей через ограничивающую апертуру диаметром 7 мм, при непосредственном наблюдении и при наблюдении с использованием оптического прибора. В последнем случае ограничивающая апертура располагается вблизи окуляра в плоскости, соответствующей положению роговицы глаза. Отношение результатов измерений дает поправочный коэффициент для коррекции предельно допустимых уровней излучения, устанавливаемых настоящим документом.

Теоретические оценки, как правило, являются приближенными. В рекомендациях по применению таких оценок здесь и далее рассматривается наиболее распространенный тип оптических средств наблюдения, у которых диаметр выходного зрачка меньше или равен м (теоретический диаметр зрачка глаза), а потери излучения, связанные с поглощением и отражением на поверхностях оптических элементов и т.д., пренебрежимо малы.

Применение оптического средства наблюдения с увеличением (кратностью) с позиций безопасности эквивалентно увеличению диаметра ограничивающей апертуры в раз.

Таким образом, для определения предельно допустимых уровней энергии излучения при прямом наблюдении коллимированных пучков с помощью оптических приборов следует нормировать энергию или мощность излучения, прошедшего через ограничивающую апертуру диаметром м, расположенную в плоскости входного зрачка прибора. Значения и не должны превышать и , определяемых пунктами 3.4 и 3.5.

Пример 8.

Для создания оптических эффектов при проведении музыкального шоу используется непрерывный гелий-неоновый лазер, излучение которого при сканировании может оказаться направленным в зрительный зал. Определить предельно допустимую мощность лазера с учетом того, что отдельные зрители, занимающие ряды дальше седьмого, могут пользоваться театральными биноклями с кратностью =2,5. Диаметр пучка в плоскости 1-го ряда м, на уровне 7-го ряда м. Скорость сканирования в плоскости 1-го ряда =2 м·с , в плоскости 7-го ряда =3 м·с . Распределение интенсивности излучения в поперечном сечении лазерного пучка близко к однородному.

Время облучения глаз соответствует времени прохождения лазерного пучка через ограничивающую апертуру.

Для зрителей 1-го ряда

Для зрителей 7-го ряда

Соответствующие значения предельно допустимых параметров излучения с длиной волны 633 нм определяются по таблице 3.3 с учетом коэффициента гигиенического запаса, заданного пунктом 3.11.

Вт

Значение определяет предельную мощность излучения, прошедшего через апертуру диаметром м. Полная мощность лазера при этом составляет

Вт

Аналогично, для зрителей 7-го ряда, пользующихся театральными биноклями (ограничивающая апертура увеличена в 2,5 раза):

Вт

Таким образом, использование театрального бинокля существенно повышает опасность повреждения глаз. Мощность лазера при рассмотренных условиях не должна превышать Вт.

Пример 9.

Оптик проводит юстировку выходного зеркала гелий-кадмиевого лазера, работающего в непрерывном режиме, используя диоптрийную трубку с кратностью >1. Длина волны излучения =441 нм. Мощность генерируемого излучения, возникающего в первой стадии юстировки, - до Вт.

Диаметр пучка излучения не превышает 3 мм.

Определить пропускание защитного светофильтра , устанавливаемого перед диоптрийной трубкой для обеспечения безопасной работы.

Длительность воздействия на глаза примем равной времени реакции мигания: =0,25 с.

Значение предельно допустимой мощности излучения с длиной волны 441 нм при прямом облучении глаз и ограничивающей апертуре диаметром м определяется по табл.3.3 (рис.3.4) с дополнительным коэффициентом запаса для хронического воздействия, в соответствии с п.3.5.

Вт

В рассматриваемом случае диаметр пучка излучения существенно меньше диаметра ограничивающей апертуры на входе диоптрийной трубки, равного м. На выходе оптической системы трубки диаметр пучка уменьшается до величины, равной , что также существенно меньше теоретического диаметра зрачка ( м). Таким образом, практически все излучение лазера проходит через зрачок глаза, а приведенное выше значение определяет предельно допустимое значение общей мощности излучения , прошедшего защитный светофильтр: .

Аналогичный результат был бы получен и для случая прямого облучения глаз без использования оптического средства наблюдения, так как и здесь диаметр пучка меньше теоретического размера зрачка.

Иными словами, использование диоптрийной трубки не привело к увеличению опасности для глаз.

Последний вывод иллюстрирует общее правило, согласно которому применение оптических инструментов для наблюдения коллимированных лазерных пучков диаметром меньшим диаметра зрачка глаза не повышает степени опасности повреждения сетчатки.

Возвращаясь к решению поставленной задачи, определим минимально допустимую величину пропускания защитного фильтра для излучения с длиной волны 441 нм.

П2.2.2. Рассеянное или диффузно отраженное излучение

Если источником излучения является протяженный объект, использование для наблюдения оптических приборов не приводит к заметным изменениям энергетической экспозиции или облученности сетчатки глаза (здесь, как и ранее, рассматриваются оптические приборы, у которых диаметр выходного зрачка меньше теоретического диаметра зрачка глаза, а потери излучения пренебрежимо малы). Это обусловлено тем, что увеличение энергии излучения, прошедшего через зрачок глаза, в раз ( 1 - увеличение или кратность прибора) сопровождается увеличением площади изображения на сетчатке в такое же число раз. Указанное правило применимо, если видимый угловой размер излучающего объекта без оптических средств наблюдения превышает рад, а рад.

При оценке изменений ПДУ для глаз, связанных с использованием оптических приборов, необходимо принимать во внимание наблюдаемое увеличение видимого углового размера источника излучения, которое составляет .

Формула, определяющая поправочный коэффициент в п.3.4.2, с учетом возможности использования оптического средства наблюдения, перепишется в виде:

Пример 10.

При проведении хирургической операции используется лазерный скальпель на основе аргонового лазера и операционный микроскоп с увеличением =100. Мощность отраженного от тканей и попадающего на входной зрачок микроскопа излучения =0,1 Вт. Длина волны излучения - 514 нм. Диаметр сфокусированного пучка на операционном поле: м. Длительность непрерывной работы с лазерным излучением =120 с.

Определить пропускание защитного светофильтра, обеспечивающего безопасную работу хирурга.

По табл.3.4 (рис.3.5) с учетом поправочного коэффициента для хронического воздействия (п.3.5) найдем предельно допустимую мощность прямого облучения глаз коллимированным потоком излучения с длиной волны 514 нм: Вт.

Изображение операционного поля наблюдается в микроскопе на расстоянии наилучшего видения - м. Таким образом, видимый угловой размер источника излучения составляет

рад

Поправочный коэффициент и значение (п.3.4.2) определяются по табл.3.5:

Вт

Таким образом, пропускание защитного фильтра на длине волны 514 нм не должно превышать

П2.3. Предельно допустимые энергетические параметры некоторых типов лазеров при хроническом воздействии

Предельно допустимые значения нормируемых энергетических параметров излучения лазеров при хроническом воздействии на глаза и кожу приведены в таблице 2П.1.

Таблица 2П.1

Дата добавления: 2018-09-22; просмотров: 423; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 3 4 5 6 789 10 11 12 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!