Реферат по теме \"Вопросы лазерной безопасности\" icon

Реферат по теме "Вопросы лазерной безопасности"





НазваниеРеферат по теме "Вопросы лазерной безопасности"
страница1/3
Дата конвертации04.02.2013
Размер0.57 Mb.
ТипРеферат
  1   2   3
Реферат по теме
"Вопросы лазерной безопасности"


1. Физиологические эффекты при воздействии лазерного излучения на человека.

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

1.1. Воздействие лазерного излучения на органы зрения

Основной элемент зрительного аппарата человека — сетчатка глаза — может быть поражена лишь излучением видимого ( от 0.4 мкм ) и ближнего ИК-диапазонов ( до 1.4 мкм ), что объясняется спектральными характеристиками человеческого глаза ( рис. 1 ). При этом хрусталик и глазное яблоко, действуя как дополнительная фокусирующая оптика, существенно повышают концентрацию энергии на сетчатке, что, в свою очередь, на несколько порядков понижает максимально допустимый уровень ( МДУ ) облученности зрачка.1

1.1.1. МДУ прямого облучения сетчатки

Кроме длины волны , необходимо учитывать также длительность воздействия светового излучения. При очень коротких импульсах ( когда не успевают сработать механизмы теплопроводности в области сетчатки ) нормируют плотность энергии для видимого излучения ( 0.4<<0.7 мкм ) при t< 210-5 c МДУ облучения роговицы глаза составляет 510-3 Дж/м2; для ИК-излучения ( 1.05<<1.4 мкм ) при 210-5<t<510-5 с — на порядок больше, то есть 510-2 Дж/м2. Если длительность импульса превышает 20 мкс для видимого и 2050 мкс для ближнего ( до 1.4 мкм ) излучения, то нормируют в первом приближении плотность мощности: для видимого излучения МДУ составляет 18t0.75 Вт/м2; для ИК-излучения — почти порядок больше, то есть 90t0.75 Вт/м2.





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

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

Приведенные данные по МДУ охватывают область наиболее критических значений параметров облучения зрачка глаза, когда в интервале от 10-9 до 10 с причиной повреждения сетчатки является тепловое действие сфокусированного света при прямом наблюдении лазерного пучка, тогда как сверхкороткие лазерные импульсы вызывают в основном термоакустическое воздействие — протоплазма клеток из-за быстрого разогрева закипает и разрывает оболочку. В этом случае нормируют плотность мощности: для видимого излучения МДУ составляет 5106 Вт/м2, для ИК-излучения — 5107 Вт/м2.

Длительное ( t>10 с ) прямое воздействие лазерного излучения на сетчатку приводит в основном к фотохимическим процессам ее разрушения. Чтобы избежать этого (как и в случае сверхкоротких импульсов), нормируют энергетическую освещенность (экспозицию). Для зеленого (=550 нм) и более коротковолнового (>400 нм) видимого света МДУ составляет 100 Дж/м2. Что касается "теплых" цветов (550<<700 нм), то фотохимические процессы начинают играть заметную роль только при больших временных воздействиях лазерного излучения (T2=100.02(-500)+1 c), и в этом случае МДУ нужно уменьшить в С3 раз (C3=100.015(-550)).

Сверхдлительное (t>103104 c) прямое воздействие лазерного излучения характеризуется малым значением МДУ, а именно 0.01 Вт/м2 для сине-зеленого (0.4<<0.55 мкм) излучения. Более длинноволновое видимое излучение (550<<700 нм) допускает МДУ=100.015(-500)+2 Вт/м2. В случае ИК излучения переход от экспозиционного к мощностному ограничению (когда существенную роль играют регенерационные процессы, компенсирующие фотохимическое разрушение) осуществляется при t>10 c: для 1.05<<1.4 мкм МДУ составляет 16 Вт/м2; для >700 нм (темно-красное излучение) и <1050 нм (ближнее ИК излучение) монотонно возрастающий МДУ составляет 3.210(-700)/500 Вт/м2.

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

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

(1.1)

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

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

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

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

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

1.1.2. МДУ для наружных покровов глаз человека

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

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

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

Более сложна система задания МДУ для узкого участка УФ излучения с 302.5<<315 нм. Для сколько-нибудь длительного воздействия (10<t<30000 c) МДУ возрастает на 2.5 порядка по закону С2=10(-295)/5 Дж/м2. В области импульсных воздействий (1 нс<t<10 c) такое быстрое нарастание МДУ имеет место лишь при t>T1=10(-295)/5 c; если t1, то МДУ не зависит от длины волны и составляет С1=5600(t)0.75 Дж/м2.

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

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

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

1.1.3. Представление МДУ облучения как поверхности в координатах  — t

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

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

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

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

  2. поддиапазон — УФ-А, 315<<400 нм;

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

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

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

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

(1.2)

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



Таблица 1.1

МДУ прямого облучения глаз человека

Длина

МДУ

волны

Еди-

Усло-

При длительности излучения t, с

, нм

ница изме-рения

вие

10-9

От 10-9 до 10-7

От 10-7 до 1.810-5

От 1.810-5 до 510-5

От 510-5 до 10

От 10 до 103

От 103 до 104

От 104 до 3104

От 200 до

ГВт/м2



30















302.5 (УФ-С)

Дж/м2





30

30

30

30

30

30

30

От 302.5

Дж/м2

При tT1



C1

C1

C1

C1







до 315 (УФ-В)

Дж/м2

При tT1



C2

C2

C2

C2










Дж/м2













C2

C2

C2




ГВт/м2



30















От 315 до 400

Вт/м2



31010











10

10

(УФ-А)

Дж/м2





C1

C1

C1

C1

104





От 400

Вт/м2



5106













10-2

до 550

Дж/м2





510-3

510-3

C6

C6

100

100



От 550 до 700

Дж/м2

При tT2











С6

С6






Дж/м2

При tT2











С3102

С3102






Дж/м2





510-3

510-3

С6

С6










Вт/м2



5106













С310-2

От 700 до

Дж/м2





410-3

410-3

С4С6

С4С6

С4С6





1050 (ИК-А)

Вт/м2



4106











3.2С4

3.2С4

От 1050 до

Дж/м2





510-2

510-2

510-2

6

6





1400 (ИК-В)

Вт/м2



5107











16

16

От 1400

Дж/м2





100

С1

С1

С1







до 106 (ИК-С)

Вт/м2



1011









103

103

103

С1=5.6103(t)0.25; T1=100.8(-295)-15;

C2=100.2(-295); T2=101+0.02(-550);

C3=100.015(-550);

C4=10(-700)/500;

С6=18(t)0.75;



1.1.4. МДУ облучения глаз рассеянным лазерным излучением




Рисунок 2. Предельный угол видения (предполагаемый угол поля зрения):
1 — 0.012 рад;
2 — 0.00885 рад;
3 — 0.00025(t)-0.17 (при 1050<1400 нм);
5 — 0.015 (t)0.21 (при 400<1400 нм);
6 — 0.24 рад.
На практике наиболее вероятно именно рассеянное лазерное облучение. В этом случае важно при определении МДУ облучения перенормировать плотность излучения в диапазоне 0.4<<1.4 мкм, достигающего сетчатки и поражающего ее. Эта перенормировка связана с тем, что характер и размер поражения сетчатки изменяются в связи с резким увеличением зоны облучения — от 0.01 мм (определяется аберрацией глаза и дифракцией света на его зрачке), то есть угловой размер составляет примерно 1', или 0.0003 рад, до =0.0150.24 рад. Последняя величина (эффективный угол зрения) во многом зависит от длительности облучения и (для коротких импульсов) от длины волны. Все это видно из рисунка 2, где представлена кусочно-линейная аппроксимация =(t) в двойном логарифмическом масштабе.

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



Таблица 1.2

МДУ облучения глаз человека рассеянным лазерным излучением

Длина

МДУ

волны

Единица

Условие

При длительности экспозиции t, с

, нм

изме-рения




10-9

От 10-9 до 10-7

От 10-7 до 10

От 10 до 103

От 103 до 104

От 104 до 3104

От 200

ГВт/м2



30











до 302.5

Дж/м2





30

30

30

30

30

От 302.5 до 315

Дж/м2

При tT1



C1

C1










Дж/м2

При tT1



C2

C2










Дж/м2









C2

C2

C2




ГВт/м2



30











От 315

Вт/м2



31010







10

10

до 400

Дж/м2





C1

C1

104





От 400

Вт/м2 ср



1011









21

до 550

Дж/м2 ср





С7

С7

2.1105

2.1105



От 550 до 700

Дж/м2 ср

При tT2







8

8






Дж/м2 ср

При tT2







2.1105С3

2.1105С3






Дж/м2 ср





С7

С7










Вт/м2 ср



1011









21С3

От 700

Дж/м2 ср





С4С7

С4С7

4С8





до 1050

кВт/м2ср



С4108







6.4С4

6.4С4

От 1050

Дж/м2 ср





7

7

10С8





до 1400

Вт/м2 ср



51011







3.2104

3.2104

От 1400

Дж/м2






100

С1







до 106

Вт/м2



1011





103

103

103

С1=5.6103(t)0.25; T1=100.8(-295)-15;

C2=100.2(-295); T2=101+0.02(-550);

C3=100.015(-550);

C4=10(-700)/500;

С7=105(t)0.33;

С8=1.9104(t)0.75;



Таблица 1.3

МДУ облучения наружных покровов человека

Длина

МДУ

волны

Единица

Условие

При длительности экспозиции t, с

, нм

изме-рения




10-9

От 10-9 до 10-7

От 10-7 до 10

От 10 до 103

От 103 до 3104

От 200

Дж/м2





30

30

30

30

до 302.5

ГВт/м2



30









От 302.5

Дж/м2

При tT1



C1

C1





до 315

Дж/м2

При tT1



C2

C2








Дж/м2
















Вт/м2



31010





10-3С3

10-3С2

От 315

Дж/м2





С1

С1

104



до 400

Вт/м2



31010







10

От 400

Дж/м2





200

С9





до 1400

Вт/м2



21011





2000

2000

От 1400

Дж/м2





100

С1





до 106

Вт/м2



1011





1000

1000

С1=5.6103(t)0.25; T1=100.8(-295)-15;

C2=100.2(-295);

С9=1.1104(t)0.25;



  1   2   3

Добавить документ в свой блог или на сайт
Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:

Похожие:

Реферат по теме \"Вопросы лазерной безопасности\" icon1. 6 Принципы обеспечения безопасности 17 Контрольные вопросы к теме 1 20

Реферат по теме \"Вопросы лазерной безопасности\" iconВопросы по теме «остеоартроз»

Реферат по теме \"Вопросы лазерной безопасности\" iconОсновные характеристики; вопросы безопасности и легитимности

Реферат по теме \"Вопросы лазерной безопасности\" iconЗаконодательные и организационные вопросы технику безопасности представляет собой совокупность организационных и технических

Реферат по теме \"Вопросы лазерной безопасности\" iconТест по теме «Ткани животных». Часть А. Внимательно прочтите вопросы и выберите один верный ответ

Реферат по теме \"Вопросы лазерной безопасности\" iconИнструкция о мерах пожарной безопасности. Общие требования безопасности

Реферат по теме \"Вопросы лазерной безопасности\" iconКонтрольные вопросы к теме «опухоли у детей»
Нейробластома: частота, возраст больных, клетки-источники, локализация, морфологическая характеристика, пути метастазирования

Реферат по теме \"Вопросы лазерной безопасности\" iconИнструкция для самостоятельной работы учащихся с методическим комплексом по теме «вирусные гепатиты. Холера. Полиомиелит»
Прежде чем приступить к изучению темы внимательно изучите вопросы, входящие в неё

Реферат по теме \"Вопросы лазерной безопасности\" iconРеферат

Реферат по теме \"Вопросы лазерной безопасности\" iconМетодические указания по разработке правил и инструкций по мерам безопасности 20 424. Должностные обязанности
Для учащихся по мерам безопасности при занятиях игровыми видами спорта (баскетбол, волейбол, гандбол) 42

Разместите кнопку на своём сайте:
Учеба


При копировании материала обязательно указание активной ссылки открытой для индексации. ©ucheba 2000-2013
обратиться к администрации | правообладателям | пользователям
Медицина