1.14. ОПАСНОСТЬ ОБЛУЧЕНИЯ ЛАЗЕРОМ

Уже двадцать лет назад, в момент появления и бурного развития лазерной техники, появилось сообщение в отечественной литературе об опасности, которой подвергает себя человек, работающий с лазерами [4]. Отмечалось, что в тот период исследователи знали о воздействии лазерного излучения на человека столько же, сколько о рентгеновских лучах на самом первом этапе их открытия или сколько о радиоактивном излучении урановых элементов на заре их исследования. В те времена рентгенотехник для проверки работоспособности рентгеновской установки подносил к экрану руку и, облучая ее, видел на экране кости ладони и суставы пальцев. Мария Кюри голыми руками брала радиоактивные вещества. Опасность была обнаружена, когда на руках появились признаки заболевания.

Серия экспериментов, проведенных в США, по исследованию биологического воздействия лазерного излучения показала следующее. Облучение глаз белых мышей лучами с энергией 100 Дж приводило к серьезным повреждениям. У черных мышей разрушалась глазная впадина. Облучение лба мышей такой же энергией приводило к смертельному исходу 75% облученных [14].

В последние годы проведены эксперименты, которые позволяют выработать рекомендации по технике безопасности. Эти эксперименты показали, что работа с лазерами имеет три вида опасности [14]: воздействие на глаза; воздействие на кожный покров; прочие опасности.

Воздействие на глаза экспериментатора

На рис. 18 показаны спектральные характеристики глаза. Их рассмотрение показывает, что только излучение с длиной волны 0,4...1,4 мкм достигает сетчатки глаза (самого чувствительного места), проходя через внешние слои глаза. Из графика видно, что излучение лазеров с длиной волны менее 0,4 и более 1,4 мкм не будет воздействовать на сетчатку. Но это не значит, что глаз не пострадает, так как при большой интенсивности излучения будет повреждена роговая оболочка. Именно поэтому нужно быть особенно осторожным с лазером на Излучение невидимо глазом, а опасность велика [14].

Сетчатка — наиболее поражаемая часть глаза. Дело вот в чем.

Рис. 18. Спектральные характеристики человеческого глаза

Если на хрусталик глаза и попадает незначительная интенсивность излучения, то он, как фокусирующая система, сконцентрирует на малой площадке сетчатки значительную плотность, которая окажется намного выше, чем плотность мощности падающего излучения. Для типичного случая, когда диаметр зрачка равен 0,5 см, а диаметр пятна на сетчатке см, получим, что плотность мощности увеличится в раз по сравнению с плотностью мощности на входе в глаз. Поэтому сетчатка может быть повреждена при уровнях мощности, которые практически считаются безопасными. Поэтому даже излучение газовых лазеров типа гелий-неон может представлять опасность, хотя их мощность составляет всего десятки милливатт. При больших мощностях по сравнению с порогом будут происходить серьезные повреждения: ожоги и кратеры на сетчатке, выброс вещества сетчатки в стекловидную среду глаза, кровоизлияния внутри глазного яблока. На рис. 19 приведена мощность на единицу площади, попадающая на сетчатку глаза при прямом наблюдении импульсного рубинового лазера, в зависимости от расстояния при трех различных условиях атмосферы. Эти данные важны для тех исследователей, которые работают с лазерными дальномерами и локаторами на полигонах.

Рис. 19. Облученность на сетчатке глаза

Представлено на рисунке два семейства кривых, одно соответствует импульсу с длительностью 30 не и энергией в 1 Дж, второе — для 200 мкс и энергией в 2 Дж. Здесь же приведены пороговые значения для каждой длительности импульса. Анализ данных показывает, что лазерное излучение может быть опасно для человека при значительном удалении источника излучения от экспериментатора [14].

Весьма опасно сказывается эффект накопления при повторяющемся воздействии. Эксперименты, выполненные на обезьянах, показали, что полная энергия, необходимая для достижения порога повреждения с вероятностью 0,5, составляет примерно 560 мкДж при частоте повторения и составляет примерно 200 мкДж при частоте Таким образом, можно сделать следующие выводы: излучение лазера опасно, так как может повредить либо сетчатку, либо роговицу. Для функционирования глаза влияние малого ожога на сетчатку будет сильно зависеть от его положения. Малый ожог на пятне, где зрение наиболее четкое, будет снижать остроту зрения. Тот же самый небольшой ожог на периферийных краях будет оказывать менее заметное влияние. Малые ожоги на сетчатке со временем частично заживают и сопровождаются потерей остроты зрения. Излучение лазера, не достигающее сетчатки, поглощается роговой оболочкой и может вызвать ее ожог. Возникает непрозрачность роговой оболочки, которая вылечивается в течение нескольких дней [14].

Воздействие излучения на кожу

Исследования показали [14], что взаимодействие лазерного излучения с кожным покровом зависит от длины волны и пигментации кожи. В видимой области отражающая

способность очень высока, особенно та, которая слабо пигментирована. Поэтому значительная часть видимого излучения будет отражаться. В далекой ИК области (2...20 мкм) кожный покров начинает сильно поглощать. А поскольку лазеры на излучают на волне 10 мкм, то они представляют серьезную опасность для человека и вот почему. Эти лазеры наиболее распространены среди мощных лазеров, отражательная способность кожи на длине волны 10 мкм низка, так что почти вся энергия поглощается. Энергия задерживается в тонком слое. Даже мимолетное попадание излучения на кожу человека приводит к тяжелым ожогам.

Прочие опасности при работе с лазерами

Помимо лазерного излучения, которое воздействует на глаза и на кожу человека, следует обращать внимание на возможность поражения электрическим током, ядовитыми или агрессивными веществами, используемыми в лазерах или в сопутствующем их оборудовании: модуляторах, затворах, системах охлаждения. Может представлять опасность и испарение металла, по которому воздействует лазерное излучение. Так, например, для рубинового лазера используются конденсаторы ИМ-5-150, число которых может быть от 10 до 30. Конденсаторы заряжаются до напряжения 4 кВ. Кроме того, в блоке питания имеется импульсный трансформатор, выдающий напряжение до 40 кВ. Следовательно, должна быть предусмотрена соответствующая блокировка, обеспечивающая безопасность работы человека.

Меры безопасности при работе с лазерами

Самым первым правилом является то, что нельзя допускать попадание на глаза и тело человека излучения, превышающего максимально допустимый уровень воздействия. Второе — необходимо обеспечить создание физических барьеров, т. е. непрозрачных для лазерного излучения материалов: очков, защитных покрытий и пр. Очки необходимо использовать всегда, когда существует опасность воздействия мощности, превышающей допустимую. Особенно опасно прямое проникновение лазерного излучения в глаз, однако следует иметь в виду, что и отраженный лазерный луч может быть очень опасен. Зеркально отраженный луч действует на глаза так же, как и прямой. Диффузное отражение дает значительное ослабление лазерного луча. Однако и с ним следует считаться, когда идет работа с высокомощными лазерами.

Возможность ожога кожи менее вероятна, но может иметь место при работе с большими лазерами. Здесь лучшим средством является защитный экран и ограничение зоны нахождения персонала. В настоящее время существует [14] классификация лазеров в зависимости от степени опасности. Лазеры с уровнем мощности, не вызывающим каких-либо опасных явлений, — класс 1. Низкомощные непрерывные лазеры видимого диапазона - класс 2. Лазеры средней мощности, излучение которых опасно при прямом попадании луча, — класс 3. Высокомощные лазеры, излучение которых вызывает поражающее воздействие даже при диффузном отражении, — класс 4. Точная классификация лазеров сложна. Но один из видов классификации дан в табл. 7.

Таблица 7 (см. скан) Классификация лазеров по мощности [14]

Рекомендации по мерам безопасности

Лазеры первого класса не требуют мер безопасности. Лазеры второго класса требуют предупредительных надписей. Лазеры третьего класса требуют специальных мер, таких как защита глаз, работа в спецпомещении, ограничение пути луча, предупредительные надписи, обучение операторов. Лазеры четвертого класса требуют более 15 предупредительных мер.

Таблица 8 (см. скан) Упрощенный вариант классификации лазеров по опасной интенсивности излучения

Разработанные в СССР предельно допустимые уровни — ПДУ для излучения в диапазоне 0,4... 1,4 мкм учитывают их зависимость от углового размера источника или от диаметра пятна засветки на сетчатке, а также от диаметра зрачка глаза. В видимом диапазоне волн учитывают зависимость от фоновой освещенности роговицы [20]. Нормированная энергетическая экспозиция на роговице глаза и кожи за общее время облучения в течение дня для лазерного излучения с длиной волны 0,2...0,4 мкм составляет [14]:

(см. скан)