Учебное пособие Москва 2007 Содержание Лекция № Принцип действия лазеров, классификация и области применения 1 Общая характеристика лазеров icon

Учебное пособие Москва 2007 Содержание Лекция № Принцип действия лазеров, классификация и области применения 1 Общая характеристика лазеров


Смотрите также:
План Общая информация о полупроводниковых лазерах 3 Применения полупроводниковых лазеров 4...
Учебная программа Дисциплины 04 «Физика лазеров» по направлению 011800 «Радиофизика» Нижний...
Ampl   эго конференция, которая проходит как рабочее совещание, живо...
Программа курса лекций...
«Системы возбуждения эксимерных лазеров»...
Учебное пособие Москва 2007 Содержание Лекция № Актуальность борьбы с шумом на производстве...
Учебное пособие Москва 2004 содержание ваньков Б. М...
Лекция 3
Предпринимательское право Учебное пособие. Коллектив авторов М., "Приор", 2000. Круглова Н. Ю...
План: Общая характеристика аминокислот: определение, классификация, номенклатура, изомерия...
 Учебное пособие Часть 1...
Актуальные проблемы современной лингвистики: учебное пособие/ сост. Л. Н...



Загрузка...
страницы:   1   2
скачать
АКАДЕМИЯ ТРУДА И СОЦИАЛЬНЫХ

ОТНОШЕНИЙ
ОТКРЫТЫЙ ИНСТИТУТ ОХРАНЫ ТРУДА, ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ И ЭКОЛОГИИ



Кафедра промышленной безопасности и экологии


Б.Н. ДУВАНОВ


ЗАЩИТА ОТ ЛАЗЕРНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ


Учебное пособие


Москва 2007


Содержание


Лекция № 1. Принцип действия лазеров, классификация и области применения


1.1 Общая характеристика лазеров

1.2 Принцип действия и структурная схема лазеров

1.3 Классификация и области применения лазеров


Лекция № 2. Опасные и вредные факторы при эксплуатации лазеров


^ 2.1 Опасные и вредные факторы при работе лазерных установок

2.2 Классы опасности лазеров

2.3 Краткая характеристика «Санитарных норм и правил устройств и эксплуатации лазеров»


Лекция №3. Действие лазерного излучения на органы зрения и кожу


^ 3.1 Физиологическое действие лазерного излучения на глаза.

3.2 Действие лазерного излучения на кожу.

3.3 Действие лазерного излучения на внутренние органы и организм в целом.


Лекция № 4. Методы и средства защиты от лазерного излучения


^ 4.1 Коллективные средства защиты от лазерного излучения

4.2 Индивидуальные средства защиты от лазерного излучения


Лекция № 5. Лазерные технологические установки


^ 5.1 Достоинства лазерных технологических установок, сравнение с другими методами обработки металлов

5..2 Лазерные технологические комплексы, экономическая целесообразность их применения

5.3 Тенденции развития лазерного технологического оборудования


Литература


Вопросы к зачету по дисциплине

«Защита от лазерных излучений»


Учебно- методический комплекс по дисциплине

«Защита от лазерных излучений»


Презентации по дисциплине

«Защита от лазерных излучений» - 117 слайдов


Лекция № 1 Принцип действия лазеров, классификация и области применения


^ 1.1 Общая характеристика лазеров

1.2 Принцип действия и структурная схема лазеров

1.3 Классификация и области применения лазеров


1.1 Общая характеристика лазеров


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.

Монохроматичность означает излучение на строго фиксированной длине волны, она характеризуется степенью монохроматичности, которая определяется отношением ширины линии лазерного излучения ∆λ к длине волны λ:

μ = ∆λ/ λ ≈ 10-7…..10-12

В природе нет других источников электромагнитного излучения с такой высокой степенью монохроматичности.

Когерентность лазерного излучения обусловлена генерацией излучения всеми частицами в одной и той же фазе или с постоянной разностью фаз, характеризуется определенными соотношениями между фазами электромаг­нитной волны в фиксированных точках пространства (простран­ственная когерентность) или во времени (временная когерент­ность).

Вообще когерентность связана с корреляцией характеристик поля излучения, образованного в одно и тоже время пространственно разнесенными источниками и называется пространственной когерентностью, или одним и тем же источником, но в разные моменты времени и называется временной когерентностью. Высокая степень временной когерентности лазерного излучения позволяет использовать его в технике для измерения длин волн, линейных и угловых скоростей, малых перемещений, для передачи информации. Пространственная когерентность обусловливает высокую направленность излучения и возможность фокусировки его на площадке малых размеров или на больших расстояниях.

Высокая направленность определяется углом расходимости, охватывающим основную часть излучаемой энергии и характеризует отклонение лазерного пучка от строго параллельного. Предельный угол расходимости оценивается дифракционным углом, равным:

φ = 1,22 λ/Д ≈ 10-4…..10-6 радиан,

где Д – диаметр выходной апертуры лазера.

Под оптическим диапазоном электромагнитных излучений понимается рентгеновский, ультрафиолетовый, видимый, инфракрасный диапазоны, в которых генерация лазерного излучения осуществляется при переходах возбужденных электронов в ионах, атомах и молекулах. Шкала электромагнитных волн, включающая гамма-диапазон, оптический и радио диапазоны, приведена на рис.1.1 с указанием длин волн, частот и энергий квантов излучения.

В настоящее время созданы тысячи разнообразных лазерных установок на различных активных средах: твердых, жидких, газообразных, плазменных, излучающих в широком диапазоне длин волн : рентгеновском 10-5 – 100 нм., ультрафиолетовом 100 – 400 нм., видимом 400 – 760 нм., инфракрасном 760 – 106 нм., работающих в различных временных режимах: импульсном с длительностью импульса от долей секунды до десятков фемтосекунд (10-15 с.): частотном, с частотой следования импульсов от единиц Гц. до десятков МГц.; непрерывном от десятков секунд до нескольких лет; с выходной мощностью излучения от мВт. до нескольких ТВт. и с энергией излучения от мкДж. до нескольких МДж.

Лазеры позволяют получать огромную объёмную плотность энергии и мощности, сравнимую с объёмной мощностью ядерного взрыва 1018 Вт/см3. Указанные уникальные свойства лазерного излучения позволяют осуществлять строгую дозировку излучения, концентрировать его (фокусировать) в пространстве, во времени и в требуемом спектральном диапазоне.


^ 1.2 Принцип действия и структурная схема лазеров


Прежде чем изучать принцип действия лазеров рассмотрим упрощенную структурную схему лазера. Любой лазер, как правило, состоит из трех основных элементов: активной среды, источника накачки и резонатора (рис1.2).

Активная среда предназначена для генерации лазерного излучения на строго фиксированной длине волны. Она представляет собой матрицу, прозрачную для собственного излучения и внедренный в неё активатор, имеющий особую систему энергетических уровней, один из которых является долгоживущим (метастабильным). Например, первый лазер, созданный в 1960 г., имел матрицу в виде чистой окиси алюминия – идеально прозрачного сапфира, а в качестве активатора использовалась окись хрома в количестве 0,05%. Такая активная среда имела ярко красный цвет и называлась рубином.

Источник накачки предназначен для перевода активной среды в возбужденное, инверсное состояние, т. е. состояние, когда на верхнем энергетическом уровне частиц больше, чем на нижнем. Для рубинового лазера таким источником накачки являлась мощная лампа – вспышка, в тысячи раз более мощная, чем фото – вспышка.

Резонатор, как и в любом генераторе, служит для создания положительной обратной связи, а также для улучшения пространственных характеристик излучения, т. е. для уменьшения угла расходимости. Резонатор чаще всего представляет собой два плоско параллельных зеркала, установленных вокруг активной среды с точностью до нескольких секунд. Одно из зеркал имеет коэффициент отражения близкий к 100%, называется глухим зеркалом, а второе, имеющее коэффициент отражения 50%, называется выходным зеркалом.

Принцип действия лазера заключается в следующем: под действием источника накачки происходит перевод ионов активатора сначала в возбужденное состояние на верхний энергетический уровень, затем электроны переходят на метастабильный долгоживущий уровень, где и накапливаются в большом количестве (рис.1.3). При спонтанном переходе одного из электронов на нижний энергетический уровень рождается квант энергии, который своим электромагнитным полем вынуждает другие электроны переходить на нижний уровень с рождением строго себе подобных квантов по частоте, направлению излучения,поляризации и т. п. Эти кванты, распространяясь вдоль оптической оси, формируют высокосортное лазерное излучение.

Для лучшей концентрации излучения источника накачки на активную среду используют специальное устройство с отражателем, который называют осветителем. Конструкция лазера, форма активной среды, источника накачки и осветителя могут быть весьма разнообразны. Внутрь резонатора может устанавливаться оптический затвор для изменения длительности и формы импульса генерации. Таким образом, лазерное излучение можно строго дозировать по энергии и по времени.


^ 1.3 Классификация и области применения лазеров


Конец XX в. и начало XXI в. характеризуется широким внедрением лазеров, новых высокосортных источников электромагнитной энергии, практически во все отрасли науки и техники, промышленность, строительство, сельское хозяйство и т.п.

Лауреат Ленинской и Нобелевской премий, Дважды Герой Социалистического труда академик Басов Н.Г. назвал лазеры основным инструментом XXI в.

Одно из основных направлений применения лазеров - это машиностроение (рис1.9). В настоящее время созданы лазерные технологические комплексы в большинстве автомобильных и самолетостроительных фирм Запада, позволяющие с высокой точностью и скоростью производить: раскрой листового материала, сварку, сверление отверстий в самых труднодоступных местах, термообработку крупногабаритных деталей, увеличивающих значительно их срок службы. При этом следует отметить, что в отличие от других методов обработки лазеры имеют явные преимущества по скорости резки, точности выполнения любых технологических операций, а лазерные технологические комплексы (ЛТК) позволяют работать с большей производительностью и с полной автоматизацией производства.(см. приложение 1.)

Второе очень важное направление применения лазеров связано с информатикой, в этом случае лазеры работают в лазерных принтерах, различных лазерных цветомузыкальных установках с использованием как непосредственно лазеров, так и лазерных дисков, в дальномерных и локационных установках и др.

Третье направление, где широко внедряются лазеры - это медицина. Лазеры используются для лечения любых заболеваний глаз в офтальмологии; для выполнения хирургических практически бескровных операций, особенно на крове наполненных органах, в частности, на сердце для восстановления кровотока в мышцах миокарда; в физиотерапии для быстрейшего заживления ран, срастания костей, лечения остеохондроза и многих других заболеваний.

На рис. 1.9 представлены также перспективные области применения лазеров, среди которых одно направление связано с решением глобальной проблемы для всего человечества. Это направление характеризует возможность создания лазерных практически безопасных термоядерных электростанций с неисчерпаемыми источниками сырья (дейтерия и трития). Идея осуществления термоядерных реакций под действием лазеров была предложена в России лауреатом Нобелевской премии Басовым Н.Г. и О.Н. Крохиным в 1963 г., а в 1968 г. на их установке в Физическом Институте РАН зарегистрированы термоядерные нейтроны при сферически-симметричном облучении таблетки из термоядерного горючего. В настоящее время в США принята национальная программа по созданию мощной лазерной установки с выходной энергией более 1 МДж для лазерной термоядерной электростанции и уже получено равенство лазерной энергии и термоядерной.

Лазеры, генерирующие непрерывное излучение, позволяют создавать интенсивность 105… 108 Вт/см2, что достаточно для плавления и испарения любого материала. При генерации ко­ротких импульсов интенсивность излучения дости­гает величин 1015… 1018 Вт/см2 , что по­зволяет наблюдать нелинейные оптические эффек­ты и открывает возможность создания лазерного управляемо­го термоядерного синтеза.

Кроме того благодаря уникальным свойствам излучения, ла­зеры нашли широкое применение в авиации и космонавтике, су­достроении, геодезии, строительстве, измерительной технике, голографии, при исследовании структуры вещества, в вычислительной технике, микроэлек­тронике, для создания различных оптических эф­фектов в театрально-зрелищных мероприятиях, осуществлении направленных химических реак­ций, разделении изотопов и т. п. Лазеры позволя­ют быстро и надежно контролировать загрязнен­ность атмосферы и поверхности моря, выявлять наи­более нагруженные участки деталей различных ме­ханизмов, определять внутренние дефекты в них.

При работе с лазерными установками человек может подвергаться воздействию прямого (коллимированного), рассеянного и отраженного излу­чения. Энергия лазерного излучения, поглощен­ная тканями, преобразуется в другие виды энер­гии: тепловую, механическую, энергию фотохи­мических процессов, что может вызывать ряд эффектов: тепловой, механический, биологический и др., способных оказывать негативное действие на организм человека или отдельные его органы и в первую очередь на глаза и кожу. В основе по­вреждений глаз и кожи, выявленных для относи­тельно кратковременных воздействий, лежит теп­ловой механизм. В то же время в опытах на жи­вотных и при клиническом обследовании лиц, подвергавшихся хроническому воздействию ма­лых уровней излучения, показана возможность неблагоприятного действия лазерного излучения на внутренние органы (печень, спинной мозг и др.).

Все это свидетельствует о том, что у людей, подвергающихся воздействию лазерного излуче­ния, могут возникать как патологические измене­ния, обусловленные тепловым механизмом дейст­вия излучения, так и различного рода функцио­нальные изменения, обусловленные биологиче­скими эффектами, механизм которых изучен недостаточно.

Лазерное излучение новый физический фактор, который не пред­ставляет такой опасности как загрязнение воздуха химическими и радио­активными веществами или воздействие электромагнитных излучений в диапазоне низких, средних и сверхвысоких частот.

Однако, существует потенциальная опасность воздействия на орга­низм человека прямого и отраженного лазерного излучения и в первую очередь на органы зрения.


По активному элементу лазеры разделяют на твердотельные, газовые, жидкостные, полупровод­никовые, газодинамические.

К твердотельным лазерам относят лазеры на ру­бине, стекле, активированном неодимом, иттрий-алюминиевом гранате (ИАГ); пластмассах и других диэлектрических кристаллах и кристаллах с ион­ной структурой. Эффект стимулированного излу­чения обнаружен более чем у 250 диэлектрических кристаллов с примесью ионов переходных групп [3]. Спектр излучения твердотельных лазеров ле­жит в основном в видимой и ближней инфракрас­ной области. Наибольшее промышленное приме­нение нашли активные элементы из рубина, стек­ла, активированного неодимом, и иттрий-алюми­ниевого граната.

^ Рубиновые лазеры могут работать в импульсном и непрерывном режиме. Максимальная скорость по­вторения импульсов у этих лазеров обычно не пре­вышает нескольких импульсов в минуту.

В тех случаях, когда требуются редкие импульсы большой энергии, используют лазеры на стекле, ак­тивированном неодимом. Лазеры этого типа обеспе­чивают генерацию импульсов с энергией до 1000 Дж при длительности импульса ~1 мс. В необходимых случаях с помощью этих лазеров можно получать пикосекундные импульсы.

^ Лазеры на иттрий-алюминиевом гранате могут работать как в импульсном, так и в непрерывном режиме. На частоту повторения импульсов у лазе­ров на ИАГ практически нет ограничений. Лазеры этого типа обеспечивают генерацию как коротких, так и длинных импульсов; хорошо работают в ре­жиме модуляции добротности и в режиме синхро­низации мод. Энергия импульсов длительностью ~1 мс обычно не превышает нескольких джоулей при генерации в режиме нулевой моды и порядка нескольких сотен джоулей при генерации в много-модовом режиме.

Газовые лазеры объединяют лазеры на ней­тральных атомах, на ионизированных газах, на двухатомных и многоатомных молекулах. Наиболь­шее распространение получили лазеры на линиях Aril, лежащих в зелено-голубой области видимого спектра. За ними следуют лазеры на красной и жел­той линиях KrII, на голубой и УФ-линиях Cdll, на УФ-линиях Znll, Arlll и Xelll. Среди молекуляр­ных лазеров наибольшее распространение получи­ли лазеры на молекулах СО и СО2, генерирующие излучение в ИК-диапазоне и характеризуемые вы­соким значением коэффициента усиления, выход­ной мощности и КПД, как в импульсном, так и в не­прерывном режимах. Значительный интерес пред­ставляют лазеры на парах металлов, в которых гене­рация осуществляется на переходах атомных частиц, т. е. на переходах атомов или атомных ионов.

^ Газодинамические лазеры, представляющие со­бой разновидность молекулярных газовых лазеров, у которых источником энергии служат колебатель­но-возбужденные молекулы, содержащиеся в газе, нагретом до высокой температуры. Активная среда газодинамических лазеров представляет собой трехкомпонентную смесь, излучающую в инфра­красной области спектра (10,6 мкм).

Газовые лазеры объединяют также и химические лазеры, в которых энергия излучения получается за счет неравновесного распределения химической энергии среди продуктов реакции. В химических лазерах происходит прямое преобразование хими­ческой энергии в энергию высоконаправленного электромагнитного излучения. Химические лазеры генерируют излучение в основном в инфракрасном спектре.

^ Эксимерные лазеры генерируют импульсное из­лучение в УФ-области спектра. Для этого типа ла­зеров характерна длительность импульсов порядка нескольких наносекунд, частота повторения им­пульсов несколько сотен герц, выходная энергия не превышает десятых долей джоуля. Диаметр пуч­ка составляет несколько сантиметров, угол расхо­димости — несколько мрад.

Практическое использование из газовых лазе­ров нашли Не—Ne лазеры, Не—Cd лазеры, Аг- и Кг-ионные лазеры, СО2 лазеры и лазеры на галогенидах инертных газов (эксимерные).

Жидкостные лазеры характеризуются использова­нием в качестве активного элемента жидких сред — металлоорганических и неорганических. Эти лазе­ры генерируют излучение в видимом, ультрафио­летовом и ближнем инфракрасном диапазонах спектра. Сочетая в себе ряд достоинств, присущих твердотельным и газовым лазерам, жидкостные ла­зеры выходят в число весьма перспективных лазе­ров для применения некоторых научных и техни­ческих задач, где определяющее значение имеют монохроматичность и когерентность излучения. Благодаря возможности достаточно просто пере­страивать длину волны генерируемого излучения в диапазоне от 0,2 до 1,0 мкм, лазеры этого типа пер­спективны для применения в метрологии, метео­рологии, спектроскопии, при получении чистых химических веществ, при решении некоторых за­дач в медицине и биологии, в фотохимии.

Выделение в отдельную группу полупроводни­ковых лазеров, хотя используемые в них полупро­водники являются твердыми телами, объясняется существенным отличием характера генерации из­лучения. Длина волны излучения, генерируемого полупроводниковыми лазерами, лежит в интерва­ле от ближнего ультрафиолетового до инфракрас­ного диапазона спектра. Полупроводниковые ла­зеры отличаются малыми габаритами и энергопо­треблением.

В настоящее время широко применяются полу­проводниковые инфракрасные инжекционные лазе­ры, позволяющие перестраивать длину волны пу­тем изменения электрических и физических пара­метров. Мощность излучения таких лазеров в многомодовом режиме обычно составляет несколько милливатт, а в одномодовом режиме она не превы­шает одного милливатта. Импульсная мощность у полупроводниковых лазеров может достигать 1 кВт и более. Излучение полупроводниковых лазеров характеризуется достаточно большим углом расхо­димости.

Полупроводниковые лазеры находят примене­ние в системах сигнализации, считывания инфор­мации в голографических запоминающих устройст­вах, стыковки космических кораблей, дальнометрии, переговорных устройствах, системах видения в ноч­ных и плохих метеорологических условиях, опти­ческих линиях связи и многих других областях, где не требуются большие мощности и энергии.

Следует отметить, что рабочее тело лазера может являться источником опасных производственных факторов. Это особенно относится к газовым, хи­мическим и жидкостным лазерам, в которых ис­пользуются химически агрессивные и токсические вещества.

По мощности (энергии) генерируемого излуче­ния лазеры разделяют на маломощные, средней мощности, мощные и сверхмощные. Эта характе­ристика лазера связана как с активным элементом, так и возможной областью практического исполь­зования лазера. К маломощным лазерам относят такие лазеры, излучение которых не вызывает за­метных изменений в облучаемом веществе. В тех случаях, когда излучение способно вызвать разо­грев облучаемого материала до температур плавле­ния без интенсивного испарения, его называют из­лучением средней мощности. Лазеры, излучение которых способно разрушать облучаемый матери­ал, называют мощными. При работе сверхмощных лазеров возможно возникновение ионизирующего излучения. Такое деление лазеров является доста­точно субъективным. Однако учет степени опасно­сти генерируемого излучения делает разделение ла­зеров по энергетическим характеристикам более конкретным.

По режиму работы лазеры разделяют в зависи­мости от процесса генерации излучения. Лазеры в зависимости от продолжительности активизации активной среды могут генерировать непрерывное или импульсное излучение. Продолжительность им­пульса может колебаться от фемтосекунд (10~15 с) или пикосекунд (10~12 с) до больших долей секун­ды. Если лазер излучает импульсы продолжитель­ностью менее одной наносекунды (10~9 с), то это будет лазер с синхронизированными модами. Если лазер излучает импульсы от нескольких наносе­кунд (не) до 100 не, то речь идет о лазере "с моду­ляцией добротности". Если за излучением лазера с оптической накачкой следует излучение лампы вспышки, то такой лазер называется лазером с длительным импульсом или нормальным им­пульсом. Лазеры, которые характеризуются непре­рывным излучением в течение периодов, превы­шающих 1 с, называются "непрерывными лазера­ми". Лазеры, которые излучают группы или "серии" импульсов, называются "импульсно периодически­ми", а частота импульсов называется "частотой по­вторения импульсов" (ЧПИ).

По длине генерируемой световой волны лазеры разделяют на рентгеновские, ультрафиолетовые видимого спектра, ближнего инфракрасного спек­тра, инфракрасные. В настоящее время генерация лазерного излучения получена в широком спек­тральном диапазоне от ультрафиолетовой до субмил­лиметровой области (ориентировочно от 0,1 мкм до 1 мм). В остальных спектральных диапазонах воз­можность генерации лазерного излучения пока до­казана лишь теоретически или имеются опытные образцы лазеров, не вышедшие за пределы иссле­довательских лабораторий. Длина волны лазерного излучения связана с активным элементом и непо­средственно влияет на величину предельно допус­тимого уровня излучения, воздействующего на раз­личные органы или ткани человека.

Метод создания инверсной населенности (метод накачки) зависит от активного элемента. В различ­ных лазерах используют следующие методы накач­ки: электрический разряд (самостоятельный, тлею­щий, дуговой), который осуществляется либо по­стоянным током, либо полем высокой частоты, ли­бо с помощью внешнего ионизатора, например пучка быстрых электронов; оптическую накачку с помощью ксеноновых или криптоновых ламп; на­качку с помощью химических реакций; тепловую накачку.

Способы накачки могут создать дополнитель­ные факторы опасности — выделение озона, оки­слов азота, образование электромагнитных полей, интенсивного светового излучения и др.

Назначение (цель использования лазера) опре­деляет выбор основных технических характеристик лазера и требования к его конструкции. Как уже отмечалось ранее, лазерное излучение обладает ря­дом уникальных свойств. В зависимости от того, какие свойства лазерного излучения используют для достижения поставленной цели, можно услов­но выделить три направления применения лазеров. Первое направление предусматривает использова­ние энергетических характеристик излучения, бла­годаря которым воздействие излучения на матери­ал вызывает его нагрев и в необходимых случаях приводит к изменению его агрегатного состояния. Второе направление предусматривает использова­ние таких свойств излучения, как пространствен­ная и временная когерентность, монохроматич­ность и стабильность частоты. Третье направление предусматривает использование направленности излучения. Основные области применения лазеров в зависимости от плотности потока излучения при­ведены на рис. 4.

По назначению лазеры разделяют на уникаль­ные, исследовательские, специальные, промыш­ленные.

Конструктивное исполнение определяют как тех­нические характеристики лазера (активный эле­мент, мощность, метод накачки, режим работы), так и его назначение. Промышленные лазерные ус­тановки в большинстве случаев являются установ­ками закрытого типа. Уникальные и исследова­тельские лазеры могут быть закрытые, но в боль­шинстве случаев открытые. В данном случае име­ется в виду экранировка зоны прохождения пучка лазерного излучения. По рассматриваемому при­знаку лазеры условно можно разделить на стацио­нарные, передвижные, открытые и закрытые.

Способы отвода теплоты делят на естественное и принудительные. Для принудительного охлажде­ния в зависимости от технических характеристик лазера применяют воздух, воду или спецжидкости. Использование для охлаждения снецжидкостей мо­жет в ряде случаев явиться дополнительным источни­ком опасных и вредных производственных факторов.

Анализ характеристик и принципов действия различных типов лазеров позволяет отметить, что каждый из них обладает специфическими свойст­вами, которые, в свою очередь, определяют область их применения. В настоящее время в промышлен­ности используется ограниченное число типов ла­зеров. Это, в основном, лазеры, генерирующие из­лучение в видимом диапазоне спектра (X = 0,44... 0,59 мкм; А, = 0,63 мкм; Я. = 0,69 мкм), ближнем ИК-диапазоне спектра (А, = 1,06 мкм) и дальнем ИК-диапазоне спектра (А, = 10,6 мкм).


Лекция 2 Опасные и вредные факторы при эксплуатации лазеров


^ 2.1 Опасные и вредные факторы при работе лазерных установок

2.2 Классы опасности лазеров

2.3 Краткая характеристика «Санитарных норм и правил устройств и эксплуатации лазеров»


^ 2.1 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 «Санитарными нормами и правилами устройства и эксплуатации лазеров» № 8504 – 94 г.


^ 2.2 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) и предельно допустимых уровней при случайном однократном воздействии генерируемого излучения. Лазеры подразде­ляют на четыре класса опасности.

К лазерам I класса относят полностью безопасные лазеры, т. е. такие лазеры, излу­чение которых не представляет опасности при воздействии ни на глаза, ни на кожу.

Лазеры П класса — это лазеры, выходное излучение которых представляет опасность при облучении глаз и (или) кожи прямым или зеркально отраженным излучением (диффузно отраженное излучение безопасно как для глаз, так и для кожи). Лазеры это­го класса не считаются безопасными, хотя для их использования достаточно непосред­ственного выполнения требования безопасности — не попадать под воздействие прямого и зер­кально отраженного излучения.

К лазерам III класса относят такие лазеры, выходное излучение которых пред­ставляет опасность при облучении глаз прямым, зеркально отраженным, а также диффузно отраженным излучением. Диффузно отраженное излучение для кожи не представляет опасности. Этот класс распространяется только на лазеры, генери­рующие излучение в видимом и ближнем ИК-диапазонах спектра.

Лазеры IV класса — это такие лазеры, даже диффузно отраженное излучение которых представляет опасность для глаз и кожи.

Лазеры классифицирует предприятие-изготовитель по выходным характеристикам излучения.

Лазерные изделия должны маркироваться в соответствии с приведенными ниже требованиями. Знаки должны быть четкими, хорошо видимыми и надежно укреплены на изделии. Рамки текста и обозначения должны быть черными на желтом фоне. Если размеры или конструкция изделия не позволяют прикрепить к нему знак или над­пись, то они должны быть внесены в паспорт.

Любое лазерное изделие должно иметь пояснительный знак с надписью.

Лазерное изделие I класса должно иметь пояснительный знак с надписью:

^ ЛАЗЕРНОЕ ИЗДЕЛИЕ КЛАССА I

Любое лазерное изделие II класса должно иметь предупреждающий знак в соот­ветствии с ГОСТ 12.4.026—01 и пояснительный знак с надписью:

^ ЛАЗЕРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
НЕ СМОТРИТЕ В ПУЧОК

ЛАЗЕРНОЕ ИЗДЕЛИЕ КЛАССА II

Лазерное изделие III класса должно иметь предупреждающий знак и пояснительный знак с надписью:

^ ЛАЗЕРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

ИЗБЕГАЙТЕ ОБЛУЧЕНИЯ ГЛАЗ

ЛАЗЕРНОЕ ИЗДЕЛИЕ КЛАССА III

Лазерное изделие IV класса должно иметь предупреждающий знак и пояснительный знак с надписью:

^ ЛАЗЕРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

ИЗБЕГАЙТЕ ОБЛУЧЕНИЯ ГЛАЗ И КОЖИ

ПРЯМЫМ И РАССЕЯНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ

ЛАЗЕРНОЕ ИЗДЕЛИЕ КЛАССА IV


2.3 Краткая характеристика «Санитарных норм и правил устройств и эксплуатации лазеров»


Основным документом, регламентирующим требования безопасности при эксплуатации лазерных установок, являются "Санитарные нормы и правила устройства и эксплуатации ла­зеров" № 5804—91 (СанПиН-лазер) [3]. Этот документ устанав­ливает:

• предельно допустимые уровни (ПДУ) лазерного излучения в диапазоне длин волн 180...105 нм при различных условиях воздействия на человека;

• классификацию лазеров по степени опасности генерируемо­го ими излучения;

требования к устройству и эксплуатации лазеров; требования к производственным помещениям, размещению оборудования и организации рабочих мест; требования к персоналу;

контроль за состоянием производственной среды; требования к применению средств защиты; требования к медицинскому контролю.

2. Нормирование воздействия лазерного излучения

Выше отмечалось, что наибольшую опасность лазерное из­лучение представляет для глаз. Особенно опасно для глаз лазер­ное излучение видимого и ближнего инфракрасного диапазонов спектра, что обусловлено фокусировкой глазом излучения на поверхности сетчатой оболочки. Параллельный пучок фокуси­руется оптической системой глаза в минимальное пятно диа­метром приблизительно 17 мкм, соответствующее разрешаю­щей способности глаза. В такое же пятно будет сфокусировано изображение источника диффузного излучения с видимым уг­ловым размером 1 мрад*. Размер изображения протяженного источника зависит от видимого углового размера.

Источники диффузного излучения с видимым угловым раз­мером менее 1 мрад называют точечными, а с угловым размером более 1 мрад — протяженными.

Для лазерного излучения любой длины волны негативные последствия воздей­ствия обусловлены тепловым механизмом, а для УФ-излучения существенным оказывается и фотохимический механизм. Теп­ловое действие излучения определяется плотностью потока из­лучения на поверхности облучаемой ткани, а фотохимическое действие излучения — суммарной энергетической экспозицией.

Предельно допустимые уровни лазерного излучения установ­лены для однократного и хронического облучения в трех диапа­зонах длин волн: I — от 180 до 380 нм; II — св. 380 до 1400 нм; III - св. 1400 до 105 нм.

Лазерное излучение с длиной волны от 380 до 1400 нм наи­большую опасность представляет для сетчатой оболочки глаза, а излучение с длиной волны от 180 до 380 нм и свыше 1400 нм — для передних сред глаза. Повреждение кожи может быть вызва­но лазерным излучением любой длины волны рассматриваемого спектрального диапазона (180...105 нм).

Нормируемыми параметрами лазерного излучения являют­ся энергетическая экспозиция Н и облученность Е, усреднен­ные по ограничивающей апертуре.

Для определения предельно допустимых уровней Нпду при воздействии лазерного излучения на кожу усреднение произ­водится по ограничивающей апертуре диаметром 1,1 • 10 м (пло­щадь апертуры Sa = 10 м2). Для определения предельно до­пустимых уровней Нпду и -Епду при воздействии лазерного из­лучения на глаза в диапазонах I и III усреднение производится по ограничивающей апертуре диаметром 1,1 • 10~3 м, а в диапа­зоне II — по апертуре диаметром 7 • 10~3 м.

Наряду с энергетической экспозицией и облученностью, нормируемыми параметрами являются также энергия Wn мощ­ность Р излучения, прошедшего через указанные ограничиваю­щие апертуры


Лекция №3 Действие лазерного излучения на органы зрения и кожу

^ 3.1 Физиологическое действие лазерного излучения на глаза.

3.2 Действие лазерного излучения на кожу.

3.3 Действие лазерного излучения на внутренние органы и организм в целом.


3.1 Физиологическое действие лазерного излучения на глаза.


При рассмотрении воздействия лазерного излу­чения на орган зрения необходимо отдельно рассматривать действие излучения с длинами волн в ин­тервале 400…1400 нм, для которых оптические среды глаза прозрачны, и длинами волн вне этого ин­тервала. Наиболее уязвимой частью глаза для из­лучений видимого и ближнего ИК-диапазонов спектра является сетчатая оболочка, состоящая из огромного количества тончайших нервных клеток (палочек и колбочек), играющих роль приемни­ков излучения.

Световое излучение, прошедшее через оптиче­ские среды глаза, фокусируется на сетчатой обо­лочке, создавая на ней облученность, во много раз превышающую облученность роговицы. Коэффи­циент усиления оптических сред глаза, определенный как отноше­ние облученности сетчатки к облученности рого­вицы, может достигать величин порядка 104...105. Для электромагнитного излучения с длинами волн короче 400 нм и длиннее 1400 нм оптические сре­ды глаза являются непрозрачными, и поэтому фо­кусирующее действие не имеет места.

На рис. 3.5 приведена зависимость относительного пропускания глазом электромагнитных волн различной длины и произведение пропускания глазной среды на поглощение светового излучения эпителием сетчатки. Количество световой энергии, поступающей в глазное яблоко и фокусирующейся на сетчатке, регулируется изменением диаметра зрачка, играющего роль апертурной диафрагмы. Размер зрачка определяется осве­щенностью (естественной или искусственной) ро­говицы глаза. В дневное время при освещенности ро­говицы — 104 лк. диаметр зрачка составляет 2...3 мм, а в сумерках (при освещенности роговицы меньше 102 лк) — 7...8 мм.




Рис.3.5

Сравнительно легкая уязви­мость роговицы и хрусталика глаза при воздейст­вии электромагнитных излучений самых различных длин волн, а также способность оптической систе­мы глаза увеличивать плотность энергии (мощно­сти) излучения видимого и ближнего инфракрас­ного диапазона на глазном дне на несколько по­рядков по отношению к роговице выделяет его в наиболее уязвимый орган.

Взаимодействуя с элементами оптической сис­темы глаза, лазерное излучение может вызвать их повре­ждение. Степень повреждения глаза главным обра­зом зависит от таких физических параметров, как время облучения, плотность потока энергии, длина волны и вид излучения (импульсное или непрерыв­ное), а также индивидуальных особенностей глаза.

Воздействие ультрафиолетового излучения на орган зрения в основном приводит к поражению роговицы (кератит). Наибольшим фотокератическим действием обладает излучение с длиной вол­ны 288 нм. Излучение с длиной волны короче 320 нм почти полностью поглощается в роговице и водянистой влаге передней камеры глаза, а с дли­нами волн 320...390 нм - в хрусталике. За счет высокого коэффициента поглощения излучения в роговице и водянистой влаге передней камеры да­же на длине волны 320 нм 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 самозаживления.

Для лазерного излучения с длиной волны 400…1400 нм 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 при 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 яркой световой вспышки. Ко второй от­носятся повреждения, сопровождающиеся разру­шением сетчатки и проявляющиеся в виде термического повреждения ожогового или взрывного ха­рактера.

Ослепление от яркой 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 очень яркого све­та. 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 к зрительному восприятию.

Импульсное лазерное излучение представляет большую опасность, чем непрерывное, так как в этом случае повреждение глазного дна вызывает­ся комбинированным действием — тепловым 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 излучения 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 1400 нм 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 более чувствительны к повреждени­ям, чем карие.

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, развиться катаракта. Хрусталик поврежда­ется около обожженных 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 теп­лоту, приводит к повреждению соседних участков хрусталика.

Таким образом, лазерное излучение оказывает повреждающее действие на все структуры органа зрения. Основной механизм повреждений — теп­ловое действие.

Степень тяжести и характер повреждения глаз зависят от длины волны излучения, его энергии, длительности воздействия и других условий.

Воздействие ультрафиолетового (от 180 до 315 нм) или инфра­красного (св. 1400 до 106 нм) лазерного излучения может привести к повреждению роговицы.

Воздействие лазерного излучения видимого (св. 380 до 780 нм) или ближнего инфракрасного (св. 780 до 1400 нм) диапазонов спектра может вызвать повреждение сетчатки.

При повреждении роговицы появляется боль в глазах, спазм век, слезотечение, гиперемия слизистых век и глазного яблока, их отек, отек эпителия роговицы и эрозии. Тяжелые повреждения роговицы сопровождаются помутнением влаги передней камеры.

При повреждении сетчатки легкой степени на глазном дне на­блюдается небольшой участок помутневшей сетчатки. В тяжелых случаях имеется участок некроза сетчатки, разрыв ее ткани, возмо­жен выброс участка сетчатки в стекловидное тело. Эти повреждения сопровождаются кровоизлиянием в сетчатку, в пред- или подсетчаточное пространства или стекловидное тело.

Первая помощь при повреждении роговой оболочки заключает­ся в наложении стерильной повязки на пострадавший глаз и направ­лении пострадавшего в глазной стационар.

В случае повреждения сетчатки своевременно оказанная первая помощь направлена на создание благоприятных условий формиро­вания хориоретинального рубца за счет уменьшения вторичных яв­лений, сопутствующих повреждению, и в первую очередь на ослаб­ление отека тканей.

После оказания первой помощи пострадавшего направляют в глазной стационар.


^ 3.2 Воздействие лазерного излучения на кожу.


Кожа является первой линией защиты организма от повреждения лазерным излу­чением. Кожа представляет собой не просто меха­нический барьер, а важный, физиологически ак­тивный орган, обширные повреждения которого могут привести к гибели организма.

Степень повреждения кожи зависит от первона­чально поглощенной энергии. Повреждения кожи, вызванные лазерным излучением, могут быть раз­личными: от легкой эритемы (покраснения) до по­верхностного обугливания и, в конечном счете, до образования глубоких дефектов кожи.

Эффект воздействия на кожные покровы опре­деляется, с одной стороны, параметрами излучения лазера (длина волны, частота следования импуль­сов, интенсивность излучения и т. д.), а с другой — степенью пигментации кожи, состоянием кровооб­ращения. Установлено, что при прочих равных ус­ловиях темнопигментированная кожа (особенно родимые пятна) значительно больше поглощает ла­зерных лучей, чем светлая кожа. Однако отсутствие достаточно выраженной пигментации создает ус­ловия для более глубокого проникновения лучей в кожу и даже под кожу, вследствие чего поражения могут носить более выраженный характер, затраги­вая и некоторые образования, расположенные под кожей: сосуды, нервы. Следовательно, пигмент ко­жи является как бы своеобразным защитным экра­ном от глубокого проникновения лучей. Порог по­вреждения темнопигментированной кожи значи­тельно ниже, чем светлой кожи. Особенно надо быть осторожным при работе с лазерами инфра­красного диапазона. Пороговые уровни энергии излучения, при которых возникают видимые изме­нения в коже, колеблются в сравнительно широких пределах (от 15 до 50 Дж/см2).

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-микроскопические 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 УФ-диапазона спектра с плотностью энергии ≈ 1 Дж/см2 (в зависимости от степени окраски кожи и длитель­ности воздействия). Наибольшее биологическое воздействие оказывает лазерное излучение с дли­нами волн 280...320 нм. Оно наиболее глубоко проникает в кожу и обладает выраженным канце­рогенным действием.

Ожоги кожи лазерным излучением, подобно термическим ожогам, могут быть разделены по глубине поражения на четыре степени:

1 степень — эритема кожи;

2 степень — появление пузырей;

3 а степень — некроз поверхностных слоев кожи;

3 б степень — некроз всей толщи кожи;

4 степень — некроз тканей на различной глубине за пределами кожи.

Характер терапевтических мероприятий при ожоге кожи лазерным излучением определяется не только глубиной, но и распространенностью повреждения кожи. Оказание первой помощи должно быть направлено на предотвращение загряз­нения и травматизации ожоговой поверхности.


^ 3.3 Действие лазерного излучения на внутренние органы и организм в целом.


Лазерное излучение (особенно дальней ин­фракрасной области спектра) способно проникать через ткани тела и взаимодействовать с биологиче­скими структурами на значительной глубине, по­ражая внутренние органы. Механизм образования повреждений объясняется тепловым действием сфокусированного излучения или влиянием удар­ной волны.

Важной особенностью воздействия лазерного излучения на внутренние органы является чередо­вание поврежденных и неповрежденных слоев тка­ней. Согласно одной из гипотез, это явление свя­зано с эффектом стоячих волн, которые образуют­ся в результате отражения падающего излучения от костных поверхностей или границ между различ­ными тканями. Поврежденные участки ткани сов­падают с пучностями, где плотность потока энер­гии возрастает по сравнению с плот­ностью потока энергии падающего излучения. По­добные повреждения могут не вызывать боли непосредственно после облучения и не выявляться при внешнем осмотре.

Наибольшую опасность для внутренних органов представляет сфокусированное лазерное излуче­ние. Однако необходимо учитывать, что и не сфо­кусированное излучение может фокусироваться в глубине ткани тела человека. Степень повреждения внутренних органов в значительной мере опреде­ляется интенсивностью потока излучения и цветом окраски органа. Так, печень является одним из наиболее уязвимых внутренних органов. Тяжесть повреждения внутренних органов также зависит от длины волны падающего излучения. Наибольшую опасность представляют излучения с длинами волн, близкими к спектру поглощения химических связей органических молекул, входящих в состав биологических тканей.


^ 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, наличии сдви­гов в стволовых структурах мозга и т. п. Имеют ме­сто также явления вегетативно-сосудистой дис­функции, нарушения сердечно-сосудистой системы. Это проявляется в неустойчивости артериаль­ного давления крови, повышенной потливости, склонности пульса к замедлению.

У операторов лазерных установок иногда наблю­дают повышенную 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.


Лекция № 4 Методы и средства защиты от лазерного излучения


^ 4.1 Коллективные средства защиты от лазерного излучения

4.2 Индивидуальные средства защиты от лазерного излучения

4.1 Коллективные средства защиты от лазерного излучения

При использовании лазеров в различных областях науки и техники и особенно в машиностроении персонал может подвергаться воздействию лазерного излучения: во время сварки различных металлов и сплавов; при получении отверстий в металлах, сверхтвердых материалах и кристаллах; в процессе резки металлов, тканей, пластмасс и т.п.

Все это приводит к необходимости организации защиты персонала от воздействия лазерного излучения, т. е. обеспечение лазерной безопасности.

Лазерная безопасность – совокупность технических, санитарно-гигиенических и организационных мероприятий, обеспечивающих безопасные условия труда. Поэтому защиту от лазерного излучения осуществляют техническими, организационными и лечебно-профилактическими методами и средствами. Способы защиты подразделяются на коллективные и индивидуальные(ГОСТ 12.4.011 – 89), их маркировка по ГОСТ 12.4.115 - 82 .

Коллективные средства защиты включают:

-защитные экраны (кожухи), препятствующие попаданию лазерного излучения на рабочие места, экраны должны поглощать излучение основной длины волны и оставаться прозрачными на остальном участке спектра;

-размещение пульта управления лазерной установкой в отдельном помещении с телевизионной системой наблюдения за ходом процесса;

-экранирование света импульсных ламп накачки и ультрафиолетового излучения газового разряда;

- систему блокировок и сигнализации, предотвращающих доступ персонала во время работы лазера в пределы лазерно опасной зоны;

-перегородки из непроницаемого для лазерного излучения материала;

-окраску внутренних поверхностей помещений, а также находящихся в них предметов в матовый цвет с минимальным коэффициентом отражения.

Основной принцип, которым следует руководствоваться при выборе помещений и установки в них лазеров, должен сво­диться к тому, чтобы полностью исключить возможность слу­чайного поражения (в особенности глаз прямым или отражен­ным излучением лазера) как непосредственно людей, работаю­щих с ним, так и посторонних. Учитывая это, рекомендуется размещать лазеры в специально отведенных для них помещени­ях или местах. Само помещение, оборудование и предметы, на­ходящиеся в нем, не должны иметь зеркальных поверхностей, способных отражать излучение лазера. Специальная аппарату­ра, имеющая зеркальные поверхности и не относящаяся к самому лазеру, должна располагаться в помещении таким образом, чтобы исключалась возможность попадания на него лазерного луча. Ес­ли по характеру работы используются легко воспламеняющие­ся, взрывоопасные, летучие вещества, вредно действующие на организм и т. д., то помещение должно быть оборудовано соот­ветствующим образом (например, при работе с вредными хими­ческими веществами иметь вытяжные шкафы).

Стены помещений для установки лазеров должны окрашиваться в матовые тона с коэффициентом отражения не более 0,4. Искусственное освещение в помещении должно быть комбинированным и обеспечивать освещенность, соответствующую санитарным нормам. В помещение или в зону помещения с действующими лазер­ными установками должен быть ограничен доступ лиц, не имеющих отношение к работе установок.

Лазерная установка должна быть максимально экранирована: а) лазерный луч целесообразно передавать к мишени по волноводу (све­товоду) или по огражденному экранному пространству; б) линзы, призмы и другие с твердой зеркальной поверхностью предметы на пути луча должны снабжаться блендами; в) в конце луча следует устанавли­вать диафрагмы, экраны, предупреждающие отражение от мишени в стороны на большие расстояния. Генератор и лампа накачки должны быть заключены в светонепроницаемую камеру. Лампы накачки должны иметь блокировку, исключающую возможность вспышки лампы при открытом положении ее экрана. Устройства для визуальной юстировки необходимо оборудовать постоянно вмонтированными защитными светофильтрами, поглощающими излучение как на основной частоте, так и наиболее интенсивное излучение на высших гармониках. Для основного луча каждого лазера в помещении необходимо выбирать направление в зоны, в которых пребывание людей должно быть исключено.

При изготовлении экранирующих щитов, ширм, штор, занавесей следует применять непрозрачные теплостойкие материалы. При отсут­ствии опасности возникновения пожара от луча лазера ограждения могут быть сделаны из плотной ткани. Приведение лазера в рабочее положение полезно блокировать с установкой экранирующих уст­ройств. Следует избегать работ с лазерными установками при затем­нении помещения, поскольку при пониженной освещенности зрачок расширяется и увеличивается вероятность попадания лазерного излу­чения в глаз.

Производить или проверять юстировку лазерной установки необ­ходимо только при отключенном питании.

Лазерные установки 3 и 4-ого класса до начал эксплуатации должны быть приняты комиссией, назначенной администрацией учреждения, с обязательным включением в её состав представителей санитарного надзора. Комиссии должна быть представлена следующая документация:

паспорт на лазерное изделие,

инструкция по эксплуатации и безопасной работе,

утвержденный план размещения лазерных изделий,

санитарный паспорт.

В паспорте на лазерное изделие должно быть указано:

длина волны излучения,

выходная мощность (энергия),

длительность импульса,

частота следования импульсов,

начальный диаметр пучка излучения,

расходимость излучения,

класс опасности лазера, границы лазерно-опасной зоны,

используемые средства защиты,

сопутствующие опасные и вредные факторы.

Размещение лазерных установок в каждом конкретном случае проводится с учетом класса опасности , условий и режима труда персонала, особенностей технологического процесса, планировки помещений и т.п.

Расстояния между лазерными установками должны обеспечивать безопасные условия труда и удобства при эксплуатации и ремонте, при этом рекомендуется:

Со стороны органов управления при однорядном расположении не менее 1,5 м, при двухрядном – не менее 2,0 м ; с других сторон – не менее 1,0 м.

Двери помещений должны иметь знак лазерной опасностикодовый замок и дополнительно надпись: «Посторонним вход запрещен».

Открытые траектории в зоне возможного нахождения человека должны располагаться значительно выше глаз.

Минимальная высота траектории 2,2 м.

К персоналу, связанному с эксплуатацией лазерной техни­ки, предъявляются повышенные требования, как в части про­фессионального отбора, так и в части обучения и проверки зна­ний по охране труда. Персонал, допускаемый к работе с лазер­ными изделиями, должен пройти предварительный медицин­ский осмотр (приказ Минздравсоцразвития №83 от 16. 08. 2004г.), инструктаж и специальное обучение безопасным приемам и методам работы.

Персонал, обслуживающий лазерные изделия, обязан изу­чить техническую документацию, инструкцию по эксплуата­ции, ознакомиться со средствами защиты и инструкцией по оказанию первой помощи при несчастных случаях.


^ 4.2 Индивидуальные средства защиты от лазерного излучения

Снижение степени опасности воздействия лазерного излу­чения в зависимости от длины волны излучения осуществляют "расстоянием", "временем" и "ослабителями излучения".

Уменьшение уровня излучения с помощью ослабителей (светофильтров) можно применять при работе с излучением лю­бого спектрального диапазона.

Средства защиты должны снижать уровни лазерного излу­чения, действующего на человека, до величин ниже ПДУ. Они не должны уменьшать эффективность технологического про­цесса и работоспособность человека. Их защитные характери­стики должны оставаться неизменными в течение установлен­ного срока эксплуатации. Выбор средства защиты в каждом конкретном случае осуществляется с учетом требований безо­пасности для данного процесса.(табл. 3.8)

Средства индивидуальной защиты (СИЗ) применяются при проведении пуско-наладочных и ремонтных работ, работ с от­крытыми лазерными изделиями типа лидара и т. п.

Средства индивидуальной защиты от лазерного излучения включают в себя средства защиты глаз и лица: защитные очки ,щитки, насадки, средства защиты рук, специальную одежду.

При выборе средства индивидуальной защиты необходимо учитывать:

• рабочую длину волны излучения;

• оптическую плотность светофильтра.

Защитные лицевые щитки необходимо применять в тех слу­чаях, когда лазерное излучение представляет опасность не толь­ко для глаз, но и для кожи лица.

При настройке резонаторов газовых лазеров, работающих в видимой области спектра, для защиты глаз следует применять защитные насадки (ЗН). Защитные насадки могут использо­ваться самостоятельно или в сочетании с оптическими устрой­ствами, такими как диоптрийная трубка.

Необходимо помнить, что оптическая плотность светофильт­ра зависит от его толщины. Конкретная толщина светофильтра должна обеспечивать необходимую оптическую плотность.

Надежным средством защиты глаз от лазерного излучения в области спектра — 630...1500 нм являются защитные очки, из­готовленные из сине-зеленого стекла СЗС22.

Стойкость светофильтров марки СЗС22 к разрушающему действию лазерного излучения на рубине и на стекле с неоди­мом определяются плотностью энергии на поверхности свето­фильтра в несколько джоулей на квадратный сантиметр. Однако следует помнить, что и при работе в защитных очках запрещается на­правлять на них излучение лазера.


Лекция № 5. Лазерные технологические установки


^ 5.1 Достоинства лазерных технологических установок, сравнение с другими методами обработки металлов

5..2 Лазерные технологические комплексы, экономическая целесообразность их применения

5.3 Тенденции развития лазерного технологического оборудования


^ 5.1 Достоинства лазерных технологических установок, сравнение с другими методами обработки металлов


Лазерные технологические установки обладают целым рядом преимуществ перед другими способами обработки материалов, таких как:

1. Высокая производительность и качество обработки.

2. Возможность обработки тугоплавких и высокопрочных материалов с любыми физико-химическими свойствами.

  1. Обработка в труднодоступных местах.

  2. Возможность обработки крупногабаритных деталей.

  3. Легкость управления лучом по обрабатываемой детали.

6. Отсутствие механических усилий при обработке. Локальность
воздействия лазерного луча позволяет избежать нарушения структуры и
свойств материалов.

7. Исключение любых доводочных операций.

  1. Возможность производить обработку как вблизи от лазерной установки, так и в удалении от нее за счет малой расходимости лазерного луча.

  2. Возможность обработки на воздухе, в вакууме, отсутствие вред­ных отходов.

10. Возможность полной автоматизации технологических процессов и существенного повышения культуры производства.

Совокупность указанных факторов определяет высокую технологич­ность, экологическую безопасность и экономическую целесообразность применения лазерных установок.

В соответствии с режимом работы лазера, условиями фокусировки излучения и возможностями изменения в широких пределах уровня плот­ности мощности излучения в зоне обработки выделяют следующие основ­ные направления применения лазеров- термическая обработка, сварка, резка и размерная обработка, включающая получение отверстий заданного размера.

Каждое из указанных направлений обуславливает определенные тре­бования к параметрам, типу лазера и режимам обработки. Термообработка и сварка осуществляются посредством локального нагрева вещества ла­зерным излучением без заметного его испарения. Наиболее эффективна точечная микросварка при использовании твердотельных лазеров им­пульсного действия. Газовые лазеры непрерывного действия получили широкое применение для шовной сварки изделий, характеризующихся большими размерами зоны обработки. Резка и размерная обработка мате­риалов обуславливает такой режим обработки материалов, при котором происходит разрушение вещества, его интенсивное испарение и удаление из зоны обработки. Размерная обработка, в частности получение отверстий с заданными параметрами, широко применяется в промышленности, на­пример, для получения микроотверстий в рубиновых камнях, в алмазных заготовках, а также в различных деталях приборов и машин.

В России для пробивки отверстий используются в основном твердо­тельные лазеры серии Квант. При скоростной резке преимущественное применение находят лазеры непрерывного действия типа МЛТ. Они также широко используются для резки и раскроя текстильных материалов, бумаги, стекла, керамики и различных пластмасс. Следует отметить, что скоро­сти лазерной резки и сварки существенно выше, чем наиболее распростра­ненной электроразрядной и плазменной резки на порядок и более. Совер­шенствование процессов лазерной резки и сварки различных материалов привело к появлению качественно новых режимов прецизионной техноло­гической обработки, при которой достигается исключительно высокое ка­чество обработанной поверхности.

Лазерная обработка успешно конкурирует с другими традиционными видами обработки такими как плазменная, электроразрядная, алмазная, электролучевая, водоструйная. Алмазная обработка хотя и обеспечивает микронную точность, но по скорости она более чем на два порядка усту­пает лазерной.

Электроннолучевая и лазерная обработка по качеству и скорости вполне сопоставимы, но электроннолучевая обработка осуществляется только в вакууме и полное время обработки значительно больше. Качество водоструйной обработки существенно уступает лазерной резке, так как необходима дополнительная механическая обработка детали. После ла­зерной резки не остается заусенцев, шлаков и окалины, не требуется шли­фовка швов и скорость лазерной резки в десять раз больше, чем водо­струйной.

Наиболее выгодно использовать лазерные установки при выполнении весьма трудоемких операций, например, при высверливании очень боль­шого количества отверстий в объемных заготовках сложной формы, где обычные методы сверления просто неприменимы. В этом случае имеется существенная экономия времени из-за отсутствия операций, связанных со сменой и перенастройкой соответствующего инструмента.


^ 5.2. Лазерные технологические комплексы, экономическая целесообразность их применения.


Пионерами в развитии лазерных технологий и использовании лазеров в лазерных технологических комплексах для резки, сварки и термообра­ботки различных материалов являются главным образом крупные автомо­бильные и авиационные фирмы. Высокая производительность лазерных технологических комплексов и практически безотходная технология по­зволяют этим фирмам добиваться значительной прибыли несмотря на до­вольно высокую стоимость лазеров. Как правило лазерные технологиче­ские комплексы окупаются уже в течении первого года их эксплуатации.

В настоящее время лазерные технологические комплексы в мире имеют более 30% промышленных предприятий, причем автоматизированные и роботизированные лазерные комплексы существуют на целом ряд крупных фирм США, Японии, Германии, Швеции, Великобритании Франции, Италии, Австрии и др.

Такие автомобильные гиганты как Форд, Дженерал Моторс и ФИАТ уже много лет с успехом используют лазерные технологические комплексы для вырезки листовых металлических частей обшивки, сварки швов сверления отверстий и т. п. В последнее время к ним присоединились Вольво, Фольксваген, Рено и другие.

Лазерный технологический комплекс- это лазерная технологическая установка, снабженная манипулятором изделия или оптики, вспомогательной технологической оснасткой и общей системой управления для проведения технологических операций. Все части ЛТК тесно связаны между собой для выполнения технологического процесса. Практически только при наличии ЛТК можно успешно выполнять те или иные операции в достаточно большом объеме.

В случае применения автоматизированного манипулятора изделия или оптики комплекс считается автоматизированным технологическим комплексом - АЛТК. АЛТК компонуются таким образом, чтобы достичь максимальной производительности. В состав АЛТК, кроме лазерной установки, входит конвейерная линия, механизм подачи заготовок из конвейерной линии в зону обработки и обратно, манипулятор изделия. Kpoме этого в состав АЛТК обязательно входят средства защиты и техники безопасности, включающие кожухи, закрывающие оптический тракт, защитные экраны и др.

Примером такого АЛТК является автоматизированная и роботизированная линия для лазерной сварки шестерен легкового автомобиля на фирме ФИАТ. В состав линии входит технологический лазер, конвейер для подачи шестерен, технологический стол для вращения и перемещения изделий, роботы- манипуляторы для установки деталей на технологический стол и снятия их.

По количеству и типу выполняемых операций имеются ЛТК для однотипных операций, например, только для лазерной сварки, многоцелевые ЛТК, которые выполняют несколько операций, например, сварку, резку термообработку, комбинированные ЛТК. которые кроме операций по лазерной обработке могут выполнять и другие операции, например, дополнительный нагрев заготовок плазмой, газовым пламенем, электрической дугой и т. д. В таких комплексах удается повысить скорость обработки несколько раз увеличить глубину резки или сварки при сохранении всех преимуществ лазерной обработки.

Большое распространение получили гибкие производственные системы, в состав которых входят АЛТК с набором сменных оптических головок, автоматизированный склад с поиском, робот для загрузки и выгрузки де­талей, центральную систему управления и др.

Следует отметить, что ЛТК достаточно дороги. Так лазерная установка мощностью 1,0 кВт стоит 100 тысяч долларов. Однако постоянное усо­вершенствование ЛТК и расширение технологических возможностей при­водит к заметному снижению цен на лазерную технику. Так, если затраты на ЛТК мощностью 1.0 кВт до недавнего времени составляли 100...120долл\Вт, то сейчас они понизились до 60 долл\Вт. Снижение цен на ЛТК благоприятно скажется на продаже лазерной техники и будет спо­собствовать более широкому их внедрению в промышленность.

Современные промышленные ЛТК отличаются высокой надежностью, а время их непрерывной работы достигает 95% в сутки. Это очень важно при использовании лазерных установок в автоматизированных производ­ственных процессах. Ежегодно более 4 тысяч ЛТК внедряются в промыш­ленность. Такие фирмы как Форд, Фиат, Дженерал Моторс и Вольво име­ют у себя по сотне и более подобных установок с выходной мощностью от 0,5 до 25 кВт.

Темпы роста объема продаж лазерной техники превышают средний прирост производства вычислительной техники. В странах Западной Ев­ропы, США и Японии прирост продажи технологических лазеров держит­ся на уровне 25% в год. В этих странах проблеме сбыта и внедрения ла­зерных комплексов в промышленность уделяется достаточно большое внимание. Для повышения эффективности использования лазерных тех­нологических комплексов ими предпринимается целый ряд мер -увеличение числа организаций и фирм, занимающихся вопросами приме­нения лазерной техники на предприятиях, улучшение сервисного обслужи­вания ЛТК и ЛТУ, создание фирм и организаций, которые имеют в своем распоряжении несколько ЛТК и выполняют все заказы по лазерной обра­ботке.

^ 5.3 Тенденции развития лазерного технологического оборудования.

В области разработки лазерного технологического оборудования рабо­ты ведутся в следующих направлениях.

1. Совершенствование конструкции технологических лазеров, повы­шение их мощности и надежности, уменьшение габаритных размеров. Мощность технологических лазеров, предлагаемых на мировом рынке в составе ЛТК и ЛТУ различными фирмами, достигла 5... 10 кВт. Однако наибольшим спросом пользуются лазеры и ЛТК мощностью 1...5 кВт.

При разработке лазеров на углекислом газе большинство фирм ориен­тируются на выпуск унифицированного ряда технологических лазеров. Для этого широко используется модульный принцип образования таких рядов, где в качестве базового элемента могут выбираться газоразрядные камеры совместно с системой прокачки газов. Имеет место также тенден­ция создания моноблочных ЛТУ, предусматривающих компоновку всех функциональных узлов лазера в одном блоке. При этом значительно со­кращается площадь, занимаемая ЛТК и ЛТУ , облегчаются вопросы упа­ковки и транспортировки .

2. Совершенствование ЛТК и их составных частей - комплектование лазерами большой мощности с лучшими характеристиками, дальнейшее совершенствование существующих конструкций и компоновок ЛТК, а также создание новых, разработка ЛТК по модульному принципу, улуч­шение динамических и точностных характеристик ЛТК, создание ЛТК в комбинации с другими агрегатами— лазер - шлифовальный станок, лазер -электросварочный аппарат ,лазер - металлорежущий станок, оснащение ЛТК моделями вспомогательной технологической оснастки для загрузки и выгрузки деталей.

3. Создание роботизированных ЛТК для выполнения прецизионных технологических операций. В этом случае источник мощного лазерного излучения размещается на массивном неподвижном столе, практически не подверженном вибрационным воздействиям. Сам же луч должен иметь свободу перемещения по всей поверхности обрабатываемой детали и возможность вращения в нескольких плоскостях. Именно это и достигается в современных роботизированных ЛТК . Управление лучом осуществляется
с помощью зеркальной оптики, отклоняющий луч в нужном направлении под действием электрических сигналов от управляющего компьютера.

Дальнейшее совершенствование роботизированных ЛТК связаны с переходом на гибкие световоды, когда специальная лазерная головка име­ет возможность перемещения в пространстве и вращения в нескольких плоскостях. Как правило лазерная головка размещается на подвижной платформе координатного станка, обладающей свободой поступательного движения в трех измерениях. Если при этом сама она имеет возможность вращаться в двух плоскостях, то такая ЛТК называется пятиосным робо­том, если в трех плоскостях— шестиосным роботом. Компьютер должен обеспечивать управление лазерной головкой в реальном масштабе време­ни, практически мгновенно реагируя на любые возможные колебания ка­ждой из пяти ( шести) подвижных осей роботизированного ЛТК

  1. Увеличение программы выпуска комплектующих изделий и запчастей, особенно оптических элементов — зеркал резонаторов и отклоняю­щих зеркал .

5. Разработка лазерных гибких производственных систем и проработка вопросов встраивания АЛТК в существующие механосборочные производственные системы в целях увеличения их эффективности и расширения их возможности.

Таким образом, лазерные установки и лазерные технологические ком­плексы характеризуют современный этап научно-технического прогресса -применение в народном хозяйстве принципиально новых технологий, ос­нованных на самых последних нау

чных достижениях. Они удовлетворяют основным требованиям к новым технологиям по экологической чистоте, энергетической и ресурсной эко­номичности, полной автоматизации при сохранении традиционных требо­ваний высокой производительности и максимального экономического эф­фекта.

В настоящее время сохраняется непрерывная тенденция расширения сфер применения лазеров во всех отраслях науки и техники.


Литература

1. Рахманов Б.Н., Чистов Е.Д. Безопасность при эксплуатации лазерных установок. М: Машиностроение., 1981.-112с.

2. Технологические лазеры. Справочник в 2-х т., т. 1. Расчет, проектирование и эксплуатация./Под. общ. ред. Г.А. Абильсиитова. -М.: Машиностроение., 1991.-432с.

3. Фаин С., Клейн Э. Биологическое действие излучений лазера. М,: Атомиздат., 1978.-103с.

4. Санитарные нормы и правила устройств и эксплуатации лазеров. -1991.-№ 5804-91 ГК СЭН России.

5. Кириллов А.И., Морсков В.Ф., Устинов Н.Д. Дозиметрия лазерного излучения. М.: Радио и связь., 1983.

6. Жохов В. П., Комарова А. А., Максимова Л. И. и др. Гигиена труда и профилактика профпатологии при работе с лазерами. М.: Медицина, 1981-208с.

7. Гигиенические проблемы безопасного использования лазеров. Научный обзор. (Под ред. А.П. Шицковой.) М.: Медицина 1983-76с.

8. Методические указания для органов и учреждений санитарно-эпидемиологических служб по проведению дозиметрического контроля и гигиенической оценки лазерного излучения. №5309-90 Минздрав СССР 1990г.

9. Рахманов Б. Н. Лазерная безопасность. Журнал «Безопасность жизнедеятельности» №3, 2001 стр. 3-10.

10. Рахманов Б. Н. Лазеры. Защита и профилактика от их неблагоприятного воздействия. Часть 1 и 2 Приложение к журналу «Безопасность жизнедеятельности» № 6 и №7 2004 стр. 1-16.


Вопросы к зачету по дисциплине

«Защита от лазерных излучений»


  1. Основные достоинства лазеров

  2. Уникальные свойства лазерного излучения

  3. Принцип действия лазеров

  4. Структурная схема лазера

  5. Классификация лазеров

  6. Основные области применения лазеров

  7. Опасные и вредные факторы при работе с лазерами

  8. Классы опасности лазеров

  9. Основные параметры лазеров

  10. Воздействие лазерного излучения на глаза в 1 диапазоне

  11. Воздействие лазерного излучения на глаза во 2 диапазоне

  12. Воздействие лазерного излучения на глаза в 3 диапазоне

  13. Воздействие лазерного излучения на кожу

  14. Воздействие лазерного излучения на внутренние органы и организм в целом

  15. Достоинства лазерных технологических установок

  16. Требования к лазерным технологическим установкам

  17. Краткая характеристика «Санитарных норм и правил устройства и эксплуатации лазеров»

  18. Коллективные средства защиты от лазерного излучения

  19. Требования к размещению лазерных установок

  20. Индивидуальные средства защиты от лазерного излучения

  21. Требования к эксплуатации лазерных установок

  22. Особенности измерения лазерного излучения

  23. Предельно допустимые уровни для глаз

  24. Предельно допустимые уровни для кожи

  25. Типовые модули по лазерной безопасности



АКАДЕМИЯ ТРУДА И СОЦИАЛЬНЫХ ОТНОШЕНИЙ

ИНСТИТУТ ОХРАНЫ ТРУДА И ЭКОЛОГИИ
^

Кафедра промышленной безопасности и экологии

Утверждено Ученым советом Академии


« » сентября 2005г.

УЧЕБНО – МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ПО ДИСЦИПЛИНЕ


^ «ЗАЩИТА ОТ ЛАЗЕРНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ»

( Для студентов специализации 061164 «Трудоохранный менеджмент»

Специальности 061100 «Менеджмент организации»

и слушателей по дополнительной программе

«Менеджмент в охране труда»)


^

Москва – 2005




ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ КУРСА

«ЗАЩИТА ОТ ЛАЗЕРНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ»

Программа курса «ЗАЩИТА ОТ ЛАЗЕРНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ»

составлена в соответствии с требованиями Государственного
образовательного стандарта высшего профессионального образования,
утвержденного Министерством образования Российской Федерации, и
предназначена для слушателей и студентов Академии труда и социальных отношений, обучающихся по специализации 061164 «Трудоохранный менеджмент» и специальности 061100 «Менеджмент организации» и слушателей по дополнительной программе «Менеджмент в охране труда».


Цель курса создать у слушателей и студентов современное, систематизированное и целостное представление о лазерном излучении и его воздействии на человека, дать теоретические и практические знания об управлении безопасностью труда при защите от лазерных излучений, освоить методы измерений параметров лазеров, изучить гигиенические нормативы, действующие на предприятиях.

Изучение курса «Защита от лазерных излучений» позволит рассчитывать параметры лазеров, оценивать физиологическое действие лазерного излучения, определять лазероопасные зоны и нормируемые параметры для различных категорий работающих.

^ Основными задачами изучения курса являются:

- освоение теоретических знаний, изучение основных понятий, определений и параметров лазеров, их классификации, нормирования, измерения и обоснования методов и средств защиты;

- приобретение умений по расчету параметров лазеров и расчету соответствующих средств защиты;

- освоение навыков по измерениям параметров лазеров и лазероопасных зон в различных помещениях.

Курс «Защита от лазерных излучений» является частью общей дисциплины: «Производственная санитария и гигиена труда» и базируется на дисциплинах: «Физиология человека», «Защита от электромагнитных излучений» и др.

^ Содержание курса включает лекции, семинары, лабораторные работы, контрольные домашние задания

При изложении курса используется системный подход и модульное построение изучаемого материала, что позволяет выделить наиболее важные вопросы и интенсифицировать процесс обучения.

^ Весь курс разбивается на пять основных модулей: анкетный, классификационный, физиологический, измерительный и защитный.

В анкетном модуле излагаются основные понятия, определения и параметры лазеров.

^ В классификационном модуле приводится классификация по активным средам, источникам накачки, по энергетическим, спектральным и временным параметрам.

Физиологический модуль служит для оценки физиологического действия лазерного излучения, на какие системы и органы такое действие максимально и от каких параметров лазеров и биологических тканей оно зависит.

^ Измерительный модуль служит для обоснования методов и способов измерения лазерных параметров, а так же параметров типовой измерительной аппаратуры.

В защитном модуле обосновываются методы и средства защиты от лазерного излучения, приводятся коллективные и индивидуальные средства защиты и особенности медицинских профилактических мероприятий по снижению вредного действия лазерного излучения.

^ Такое построение курса способствует лучшему усвоению учебного материала, при пропуске занятий легко восстановить пропущенный материал.

Содержание данного курса способствует повышению уровня знаний по воздействию лазерного излучения на работающих, широкому их использованию в практической деятельности, созданию активной жизненной позиции в случае необходимости применения средств защиты от лазерного излучения.

^ В целях полного овладения содержания курса данной программой предусмотрено проведение самостоятельной работы, демонстрационной лабораторной работы и семинара.




^ ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН КУРСА

«ЗАЩИТА ОТ ЛАЗЕРНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ»

Наименование разделов и


Количество учебных часов


Всего


В том числе


тем








Лекции


Сем. занят.


Практ. занятия.


Самостоят. работа


Раздел 1. Физические основы работы лазеров


12


6








6


Тема 1. Актуальность вопросов лазерной безопасности. Классификация лазеров и их


8


4








4


краткая характеристика

















Тема 2. Применение лазеров в


4


2








2


технологических процессах и научных исследованиях

















Раздел 2. Источники опасности при работе лазерных установок


10


4


2





4


Тема 3. Опасные и вредные факторы при эксплуатации


4


2








2


лазеров

















Тема 4. Физиологическое


6


2


2





2


действие лазерного излучения

















на глаза, кожу и организм в целом

















Раздел 3. Методы


10


6








4


нормирования, измерения и

















защиты от воздействия

















лазерного излучения

















Тема 5. Основные параметры


6


4








2


лазерного излучения, методы

















их нормирования и измерения

















Тема 6. Коллективные и


4


2








2


индивидуальные средства

















защиты от лазерных излучений

















ИТОГО:


32


16


2





14





оставить комментарий
страница1/2
Дата05.11.2011
Размер0,75 Mb.
ТипУчебное пособие, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

страницы:   1   2
отлично
  1
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Загрузка...
Документы

Рейтинг@Mail.ru
наверх