ЛЕКЦИЯ 5 2 страница

(3.7)

где W_пду (t) и W_пду (t _и) - предельно допустимые значения энергий одиночных импульсов длительностью t и t _и, соответственно, для коллимированных потоков излучения (п.3.4.1);

x - определяется отношением максимальной энергии отдельного импульса в рассматриваемой серии к среднему значению:

(3.8)

В тех случаях, когда x неизвестно, следует считать x = 1.

(3.9)

Предельно допустимое среднее значение энергии одного импульса из серии при этом равно

.

Когда длительность серии импульсов превышает 1 с, целесообразно определять значение предельно допустимой средней мощности.

Предельно допустимая средняя мощность серии импульсов лазерного излучения при облучении глаз коллимированным пучком равна меньшему из двух значений мощности P ₁ и P ₂, определяемых формулами:

(3.10)

где Р_пду (t) - значение предельно допустимой мощности импульса длительностью t для коллимированного излучения (п.3.4.1).

(3.11)

Если источником излучения является протяженный объект, предельно допустимые значения энергии серии импульсов , средней мощности излучения в серии , энергии одного импульса в серии определяются умножением предельных значений, заданных формулами (3.9) и (3.11), на поправочный коэффициент B, приведенный в п.3.4.2:

(3.12)

 

3.5. ПДУ лазерного излучения в диапазоне 380 < l £ 1400 нм при хроническом воздействии на глаза

 

Для определения предельно допустимых значений W_пду и Р_пду коллимированного или рассеянного лазерного излучения в диапазоне II (380 < l £ 1400 нм) при хроническом воздействии на глаза необходимо уменьшить в 10 раз соответствующие предельные значения для однократного воздействия, приведенные в п.3.4.

 

3.6. ПДУ лазерного излучения в диапазоне 380 < l £ 1400 нм при однократном облучении кожи

 

Соотношения для определения значений Н_пду и Е_пду, а также W_пду и Р_пду при однократном воздействии на кожу коллимированного или расссянного лазерного излучения в спектральном диапазоне 380 < l £ 1400 нм приведены в таблице 3.6 и иллюстрируются графиками на рис.3.7 и 3.8.

Диаметр ограничивающей апертуры равен 1,1·10^-3 м.

Предельно допустимые уровни при облучении кожи сериями импульсов определены в п.3.8.2.

 

3.7. ПДУ лазерного излучения в диапазоне 380 < l £ 1400 нм при хроническом облучении кожи

 

Для определения предельно допустимых значений Н_пду, Е_пду и W_пду, Р_пду при хроническом воздействии на кожу коллимированного или рассеянного лазерного излучения в диапазоне II (380 < l £ 1400 нм) необходимо уменьшить в 10 раз соответствующие предельные значения, приведенные в п.3.6.

 

3.8. ПДУ лазерного излучения в диапазоне 1400 < l £ 10⁵ нм при однократном облучении глаз и кожи

 

3.8.1. ПДУ лазерного излучения для одиночных воздействий

Соотношения для определения Н_пду, Е_пду и W_пду, Р_пду при однократном воздействии на глаза и кожу импульсного или непрерывного коллимированного или рассеянного излучения в диапазоне III (1400 < l £ 10⁵ нм) приведены в таблице 3.7 и иллюстрируются графиками на рис.3.9 и 3.10.

3.8.2. ПДУ лазерного излучения для серий импульсов

Предельно допустимые уровни энергетической экспозиции и облученности при воздействии на глаза и кожу серий импульсов лазерного излучения в диапазоне III (1400 < l £ 10⁵ нм) устанавливаются для случаев, когда длительность отдельного импульса в серии не превышает 10 с, а частота следования импульсов превышает 1,7·10^-3 Гц (временной интервал между отдельными импульсами меньше 10 минут).

Диаметр ограничивающей апертуры равен 1,1·10^-3 м.

Значение предельно допустимой энергетической экспозиции серии импульсов коллимированного или рассеянного лазерного излучения определяется как меньшее из двух значений H ₁ и H ₂, заданных формулами:

(3.13)

Параметр x определен в п.3.4.3.

(3.14)

Среднее значение предельно допустимой энергетической экспозиции одного импульса из серии определяется делением на число импульсов в серии N.

Если длительность серии импульсов превышает 1 с, целесообразно определять значение предельно допустимой средней облученности.

Предельно допустимая средняя облученность серии импульсов равна меньшему из двух значений Е ₁ и Е ₂, определяемых формулами:

(3.15)

(3.16)

Во всех случаях

Если частота следования импульсов F_и меньше 1,7·10^-3 Гц, то воздействие на глаза и кожу отдельных импульсов излучения считается независимым. При этом нормируется значение энергетической экспозиции для импульсов, имеющих максимальную амплитуду:

Приведенные выше формулы применяются и при рассмотрении:

- воздействия на глаза серий импульсов лазерного излучения спектрального диапазона I (180 < l £ 380 нм);

- воздействия на кожу серий импульсов лазерного излучения спектральных диапазонов I, II (180-1400 нм).

 

3.9. ПДУ лазерного излучения в диапазоне 1400 < l £ 10⁵ нм при хроническом воздействии на глаза и кожу

 

Для определения значений Н_пду, Е_пду и W_пду, P_пду при хроническом воздействии на глаза и кожу коллимированного или рассеянного лазерного излучения в спектральном диапазоне III (1400-10⁵ нм) необходимо уменьшить в 5 раз соответствующие предельные значения для однократного облучения, приведенные в п.3.8.

 

3.10. ПДУ при одновременном воздействии на глаза и кожу лазерного излучения с различными длинами волн

 

Ниже рассмотрены правила определения предельно допустимых уровней при одновременном воздействии на глаза и кожу монохроматического излучения нескольких различных источников. Эти источники в общем случае могут иметь различные характеристики:

- спектральные (два или несколько типов лазеров, генерация нескольких длин волн одним лазером, генерация гармоник);

- временные (режимы - непрерывный, импульсный, непрерывный с модуляцией мощности и т.д.);

- пространственные (коллимированный пучок, диффузно отраженное или рассеянное излучение).

Степень опасности при одновременном действии излучения различных источников является аддитивной в следующих случаях:

- воздействие на кожу излучения любых длин волн в диапазоне 180 < l £ 10⁵ нм;

- воздействие на передние среды глаза излучения в диапазонах длин волн 180 < l £ 380 нм и 1400 < l £ 10⁵ нм;

- воздействие на сетчатку глаза излучения в диапазоне длин волн 380 < l £ 1400 нм.

Для каждого из перечисленных трех случаев предельно допустимые уровни устанавливаются независимо. Например, при одновременном воздействии на глаза излучения аргонового лазера (основные длины волн 488 и 514 нм) и лазера - на углекислом газе (10600 нм) устанавливаются ПДУ для совместного действия компонент излучения с длинами волн 488 и 514 нм и отдельно - ПДУ для излучения с длиной волны 10600 нм, так как объектом воздействия в первом случае является сетчатка, а во втором - роговицы глаза (см. также Приложение 2).

Предельно допустимая суммарная энергия или мощность излучения от нескольких источников, действие которых является аддитивным, определяется следующими формулами:

(3.17)

где n - число источников излучения, действие которых аддитивно;

i - условный порядковый номер источника;

, - предельно допустимые значения энергии (мощности) каждого источника;

C_i - относительный энерговклад каждого источника, определяемый как отношение энергии (мощности) источника с порядковым номером i к суммарной энергии (мощности) всех источников

Формулы (3.17), (3.18) применимы в тех случаях, когда длительность экспозиции или импульсов излучения рассматриваемых источников имеют один и тот же порядок. При проведении практических расчетов значения энергии (мощности) могут быть заменены эквивалентными значениями энергетической экспозиции (облученности).

 

3.11. ПДУ излучения лазеров, используемых в театрально-зрелищных мероприятиях, для демонстраций в учебных заведениях и медицинской аппаратуре

 

При использовании лазеров в театрально-зрелищных мероприятиях и для демонстраций в учебных заведениях предельно допустимые уровни для всех участников (зрители, актеры, студенты, школьники, преподаватели, обслуживающий персонал и др.) устанавливается в соответствии с нормами для хронического облучения (пункты 3.3, 3.5, 3.7).

При использовании лазеров как элементов оптических медицинских приборов для подсветки, формирования прицельных меток и других целей, не связанных непосредственно с лечебным действием излучения, предельно допустимые уровни для глаз и кожи пациентов, врачей и обслуживающего персонала устанавливаются в соответствии с нормами для хронического облучения (пункты 3.3, 3.5, 3.7).

 

Таблица 3.1

 

Соотношения для определения Н_пду, Е_пду и W_пду, P_пду при однократном воздействии на глаза и кожу коллимированного или рассеянного лазерного излучения

в диапазоне I (180 < l £ 380 нм).

Ограничивающая апертура – 1,1·10^-3 м.

 

Спектральный интервал l, нм	Длительность воздействия t, с	Нпду, Дж·м-2; Епду, Вт·м-2
180 < l £ 380	t £ 10-9
180 < l £ 302,5	10-9 < t £ 3·104	Нпду = 25
		Епду = 25/ t
302,5 < l £ 315	10-9 < t £ T 1*
	T 1* < t £ 3·104
315 < l £ 380	10-9 < t £ 10
	10 < t £ 3·104	Нпду = 8 · 103
		Епду = 8 · 103 / t
Во всех случаях: Wпду = Нпду · 10-6; Рпду = Епду · 10-6

______________________

* , l - нм

 

Таблица 3.2

 

Предельные однократные суточные дозы при облучении глаз и кожи лазерным излучением в спектральном диапазоне I (180 <l £ 380 нм)

 

Спектральный интервал l, нм	, Дж·м-2
180 < l £ 302,5
302,5 < l £ 315
307,5
	8 · 102
312,5	2,5 · 103
	8 · 103
315 < l £ 380	8 · 103

 

Таблица 3.3

 

Соотношения для определения W_пду при однократном воздействии на глаза коллимированного лазерного излучения в спектральном диапазоне II (380 < l £ 1400 нм).

Длительность воздействия меньше 1 с.

Ограничивающая апертура – 7 · 10^-3 м.

 

Спектральный интервал l, нм	Длительность облучения t, с	Wпду, Дж
380 < l £ 600	t £ 2,3 · 10-11
	2,3 · 10-11 < t £ 5,0 · 10-5	8,0 · 10-8
	5,0 · 10-5 < t £ 1,0	5,9 · 10-5
600 < l £ 750	t £ 6,5 · 10-11
	6,5 · 10-11 < t £ 5,0 · 10-5	1,6 · 10-7
	5,0 · 10-5 < t £ 1,0	1,2 · 10-4
750 < l £ 1000	t £ 2,5 · 10-10
	2,5 · 10-10 < t £ 5,0 · 10-5	4,0 · 10-7
	5,0 · 10-5 < t £ 1,0	3,0 · 10-4
1000 < l £ 1400	t £ 10-9
	10-9 < t £ 5,0 · 10-5	10-6
	5,0 · 10-5 < t £ 1,0	7,4 · 10-4

Таблица 3.4

 

Соотношения для определения Р_пду при однократном воздействии на глаза коллимированного лазерного излучения в спектральном диапазоне II (380 < l £ 1400 нм).

Длительность облучения больше 1 с.

Ограничивающая апертура – 7 · 10^-3 м.

 

Спектральный интервал l, нм	Длительность облучения t, с	Рпду, Вт
380 < l £ 500	1,0 < t £ 5,0 · 10-2	5,9 · 10-5 /
	5,0 · 10-2 < t £ 104	3,7 · 10-3 / t
	t > 104	3,7 · 10-7
500 < l £ 600	1,0 < t £ 2,2 · 103	5,9 · 10-5 /
	2,2 · 103 < t £ 104	10-2 / t
	t > 104	10-6
600 < l £ 700	1,0 < t £ 2,2 · 103	1,2 · 10-4 /
	2,2 · 103 < t £ 104	2,0 · 10-2 / t
	t > 104	2,0 · 10-6
700 < l £ 750	1,0 < t £ 104	1,2 · 10-4 /
	t > 104	5,5 · 10-6
750 < l £ 1000	1,0 < t £ 104	3,0 · 10-4 /
	t > 104	1,4 · 10-5
1000 < l £ 1400	1,0 < t £ 104	7,4 · 10-4 /
	t > 104	3,5 · 10-5

 

Таблица 3.5

 

Зависимость величины поправочного коэффициента B от видимого углового размера протяженного источника излучения a для различных интервалов длительностей облучения.

 

Длительность облучения t, с	Поправочный коэффициент B	Предельный угол a пред, рад
t £ 10-9	103 · a2 + 1	10-2
10-9 < t £ 10-7	2,8 · 103 · a2 + 1	6,0 · 10-3
10-7 < t £ 10-5	8,2 · 103 · a2 + 1	3,5 · 10-3
10-5 < t £ 10-4	2,5 · 104 · a2 + 1	2,0 · 10-3
10-4 < t £ 10-2	8,2 · 103 · a2 + 1	3,5 · 10-3
10-2 < t £ 1	2,8 · 103 · a2 + 1	6,0 · 10-3
t > 1	103 · a2 + 1	10-2

 

Если a £ a _пред, величина B принимается равной единице.

 

Таблица 3.6

 

Соотношения для определения Н_пду, Е_пду и W_пду, Р_пду при однократном воздействии на кожу коллимированного или рассеянного лазерного излучения

в спектральном диапазоне II (380 < l £ 1400 нм).

Ограничивающая апертура – 1,1 · 10^-3 м.

 

Спектральный интервал l, нм	Длительность облучения t, с	Нпду, Дж·м-2; Епду, Вт·м-2
380 < l £ 500	10-10 < t £ 10-1	Нпду = 2,5 · 103
	10-1 < t £ 1	Нпду = 50 · 103
	1 < t £ 102	Епду = 5,0 · 103 /
	t > 102	Епду = 5,0 · 102
500 < l £ 900	10-10 < t £ 3	Нпду = 7,0 · 103
	3 < t £ 102	Епду = 5,0 · 103 /
	t > 102	Епду = 5,0 · 102
900 < l £ 1400	10-10 < t £ 1	Нпду = 2,0 · 104
	1 < t £ 102	Епду = 2,0 · 104 /
	t > 102	Епду = 5,0 · 102
Wпду = 10-6 · Нпду; Рпду = 10-6 · Епду

 

Таблица 3.7

 

Соотношения для определения Н_пду, Е_пду и W_пду, Р_пду при однократном воздействии на глаза и кожу коллимированного или рассеянного лазерного излучения

в спектральном диапазоне III (1400 < l £ 10⁵ нм).

Ограничивающая апертура – 1,1 · 10^-3 м.

 

Спектральный интервал l, нм	Длительность облучения t, с	Нпду, Дж·м-2; Епду, Вт·м-2
1400 < l £ 1800	10-10 < t £ 1	Нпду = 2,0 · 104 ·
	1 < t £ 102	Епду = 2,0 · 104 /
	t > 102	Епду = 5,0 · 102
1800 < l £ 2500	10-10 < t £ 3	Нпду = 7,0 · 103 ·
	3 < t £ 102	Епду = 5,0 · 103 /
	t > 102	Епду = 5,0 · 102
2500 < l £ 105	10-10 < t £ 10-1	Нпду = 2,5 · 103 ·
	10-1 < t £ 1	Нпду = 5,0 · 103 ·
	1 < t £ 102	Епду = 5,0 · 103 /
	t > 102	Епду = 5,0 · 102
Wпду = 10-6 · Нпду; Рпду = 10-6 · Епду

 

4. КЛАССИФИКАЦИЯ ЛАЗЕРОВ ПО СТЕПЕНИ ОПАСНОСТИ ГЕНЕРИРУЕМОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

 

4.1. Определение класса лазера основано на учете его выходной энергии (мощности) и предельно допустимых уровней при однократном воздействии генерируемого излучения.

4.2. По степени опасности генерируемого излучения лазеры подразделяются на четыре класса.

4.3. К лазерам I класса относят полностью безопасные лазеры, то есть такие лазеры, выходное коллимированное излучение которых не представляет опасности при облучении глаз и кожи.

4.4. Лазеры II класса - это лазеры, выходное излучение которых представляет опасность при облучении кожи или глаз человека коллимированным пучком; диффузно отраженное излучение безопасно как для кожи, так и для глаз.

4.5. К лазерам III класса относятся такие лазеры, выходное излучение которых представляет опасность при облучении глаз не только коллимированным, но и диффузно отраженным излучением на расстоянии 10 см от отражающей поверхности и (или) при облучении кожи коллимированным излучением. Диффузно отраженное излучение не представляет опасности для кожи. Этот класс распространяется только на лазеры, генерирующие излучение в спектральном диапазоне II.

4.6. Четвертый (IV) класс включает такие лазеры, диффузно отраженное излучение которых представляет опасность для глаз и кожи на расстоянии 10 см от отражающей поверхности.