Защита от лазерных излучений при эксплуатации проектируемого устройства

            Меры безопасности при работе с лазерным излучением.

1. Нормативно – организационные требования.

Выполнение пользователем организационных требований по лазерной безопасности для конкретного лазера должно отражать логику управления охраной труда: от приобретения аппаратуры, ее размещения, решения кадровых вопросов до осуществления контроля за условиями труда. Класс опасности лазерного излучения определяется классом используемого в нем лазера (СанНиП 5804-91, п.4.3.).

Лазерные изделия подразделяются на четыре класса опасности: класс I, класс II, класс III, класс IV (СанНиП 5804-91 п. 4.1-4.8); класс 1, класс 2,         класс 3А, класс 3Б, класс 4 (ГОСТ Р 50723-94, п.6.1).

Лазеры класса 1 полностью безопасны для глаз и кожи (СанНиП 5804-91, п.4.3.).

Диффузно отраженное излучение лазеров класса 2 безопасно для глаз и кожи. Неколлимированное излучение лазеров класса 2 не опасно (СанНиП 5804-91, п. 4.4).

Лазерные изделия класса 2, генерирующие видимое излучение, безопасны, так как защита глаз обеспечивается естественными реакциями, включая рефлекс мигания (ГОСТ Р 50723-94, п. 6.1).

Лазеры класса 3А безопасны для наблюдения незащищенным глазом для λ = 400 – 700 нм – защита та же, что и для класса 2. Для других длин волн опасность для незащищенного глаза не больше, чем для класса 1 (ГОСТ Р 50723-94, п.6.1).

Диффузно – отраженное излучение лазеров класса 3 не представляет опасности для глаз и кожи (СанНиП 5804-91, п. 4.5). 

До начала их эксплуатации комиссии требуется предъявлять лазеры

(лазерные установки) класса II, класса III, класса IV (СанНиП 5804-91,        п. 7.3), лазеры класса 3А, класса 3В, класса 4 (ГОСТ Р 50723-94, п. 10.1).

Лазерные изделия класса 3 и класса 4 до начала их эксплуатации должны быть приняты комиссией с обязательным включением в нее представителей Госсанэпиднадзора (СанНиП 5804-91, п.7.3; ГОСТ Р 50723-94, п.10.1). Лазер используемый в данной работе относится к 4 классу.

 

2. Условия размещения лазеров в помещениях.

Для надежной защиты от вредных и опасных факторов пользователи должны решать вопросы правильной организации рабочих мест с лазерами, оборудования помещений, оснащения их средствами индивидуальной и коллективной защиты в зависимости от класса опасности лазера, наличия других излучений (ионизирующих, ВЧ, СВЧ).

Для получения разрешения от ЦГСЭН на монтаж и пуско-наладку установок с ионизирующим излучением, помещения должны быть оборудованы по утвержденному проекту (программе) с последующим оформлением Санитарного паспорта на источник ионизирующего излучения (Основание – закон РФ «О санитарно – эпидемиологическом благополучии населения»).

Высокочастотные установки, разработанные и приобретенные, подлежат регистрации в ЦГСЭН, если мощность на нагрузочном устройстве > 5 кВт.

ЦГСЭН дает письменное разрешение на размещение, монтаж, эксплуатацию после рассмотрения представленного плана размещения оборудования и других документов. Разрешение может иметь форму акта или ответного письма на запрос пользователя. Эксплуатация лазерной установки разрешается после приема специальной комиссией.

Лазерные установки 3 и 4 классов опасности должны размещаться в отведенных, изолированных помещениях. Помещения, в которых будут размещаться лазеры 2 – 4 классов, должны быть оборудованы:

- техническими коммуникациями (вода, воздух, газ);

- средствами отопления, естественного и искусственного, дежурного и аварийного освещения;

- общеобменной, приточной, вытяжной вентиляцией, грузоподъемным оборудованием (при необходимости), средствами защиты от шума и вибрации и других вредных и опасных факторов, средствами пожаротушения, аптечкой, средствами индивидуальной защиты от лазерного излучения; желательно кондиционирование.

План размещения лазеров 2 – 4 класса должен быть согласован с комиссией по охране труда, назначенной приказом.   

При необходимости пользователем должен быть проведен расчет воздухообмена по токсичным газам, аэрозолям, теплоизбыткам (для оснащения системы вентиляции). Оборудование помещений для проведения работ с химическими веществами и методам их хранения должны осуществляться в соответствии с ГОСТ 12.4.153-85 ССБТ и ГОСТ 12.4. 021-75 ССБТ.

 

3. Общие требования к помещениям с лазерами.

Входная дверь на лазерный участок с лазерами 3,4 классов опасности должна быть оборудована специальным замком, световым табло, соединенными блокировкой с кнопкой пульта управления лазером. Двери должны свободно открываться изнутри по ходу эвакуации.

Вспомогательные помещения лазерных участков (для наладчиков, ремонта, хранения оборудования и прочее) могут быть оборудованы световым табло, сигнализирующим о неисправности работающих лазеров.

Все помещения с лазерами 4 класса должны соответствовать требованиям пожарной безопасности, обязательно иметь углекислотные огнетушители, располагаемые возле технологических установок с учетом характера производства (ГОСТ 12.1.004, ГОСТ 12.1.010).

Поверхности внутренних стен, потолка, конструкций и оборудования, информационных стендов, досок, расположенных на стендах, должны быть матовыми, светлыми, не глянцевитыми. Блеск стеклоблоков, стен с применением стекла рекомендуется снижать за счет окраски водорастворимыми красками, сплошного озеленения растениями.

Обязательно наличие светопроемов и окон с естественным освещением. Для защиты от солнечных лучей рекомендуются неблестящие и негорючие светлые шторы, жалюзи.

Допускается наличие, наряду с естественным, искусственного и смешанного освещения. Целесообразно предусматривать включение                     (отключение) светильников рядами, параллельно окнам или продольной оси потолочных фонарей.

В помещении с лазерами запрещается использование установок искусственного ультрафиолетового облучения.

Полы должны быть выполнены из негорючего поглощающего лазерное излучение и электроизолирующего материала. Полы не должны создавать цветовой контраст со стенами. При этом не должны быть скользкими, блестящими и огнеопасными.

 

4. Нормативно – технические требования.

Лазерный луч на всем пути его прохождения до мишени должен экранироваться. Там, где целесообразно, лазерные пучки должны заключаться в оболочку, трубу. Точки фокусировки должны быть защищены. Защиту экранированием обеспечивают оправы диафрагм.

На лазерных установках открытого типа должны применяться ограждения или световоды.

Открытые траектории лазерного луча должны располагаться выше или ниже уровня глаз, там, где это возможно. Размещение рабочих мест и пульта управления лазером должно быть безопасным. Путь пучка должен располагаться в наименее посещаемой зоне.

Для исключения возможности облучения персонала лазерным излучением, отраженным от линз, призм и других твердых предметов с зеркальной поверхностью, на пути луча должны устанавливаться бленды. Мерами, предотвращающими случайное зеркальное отражение излучения лазеров 3В и 4 класса, должно служить жесткое закрепление зеркал, линз и контроль за их перемещением при работе лазера. Облучаемый объект должен снабжаться диафрагмами с отверстием, несколько превышающим диаметр луча (эффект поглощения достигается применением чернения или специальной обработки поверхностей диафрагм).

В бинокулярных системах наблюдения за технологическим процессом требуется защищать глаза от излучения специальными светофильтрами, диафрагмами. В приспособлениях для визуальной юстировки рекомендуется монтировать защитные фильтры.

Для защиты от брызг, испарений, аэрозолей лазерный пучок лазеров 2, 3А, 3В, 4 классов должен ограничиваться поглотителем или мишенью             (ловушкой), имеющей соответствующие тепловые и отражательные свойства.

Специальная система блокировок и сигнализации должна предотвращать доступ персонала в пределы лазерно – опасной зоны. Съемные и сдвижные панели лазеров 3, 4 классов опасности должны иметь защитные блокировки. Должны быть разработаны инструкции по правилам безопасности работ при отключении блокировок. Осветители с импульсными лампами должны иметь блокировку, исключающую возможность вспышки ламп при открытой крышке. В тех установках, где система наблюдения совмещена с оптической, требуется применять блокировки, автоматические затворы, закрывающие оптическую систему на время излучения.

Для защиты от безответственного включения лазеров 3А, 3Б, 4 классов управление должно осуществляться при помощи ключа, магнитной карты, кодовых комбинаций.

Для того, чтобы избежать случайного облучения персонала и других лиц, должны применяться прерыватель или ослабитель (аттенюатор) луча, связанные с входной дверью или кожухом излучателя.

Корпуса лазеров должны быть оснащены знаками предупреждения об опасности. Знаки должны быть надежно укреплены, хорошо видны во время работы, ремонта или обслуживания и при этом располагаться так, чтобы надписи можно было прочитать, не подвергая персонал облучению. Тексты надписей должны быть хорошо видны через защитные очки. Путь пучка невидимого излучения (например, λ = 10.6 мкм) должен быть маркирован подкраской рейтеров, оправ, диафрагм, бленд.

В каждом помещении с лазерами 2 – 4 классов должна быть предусмотрена возможность отключения всех источников питания общим коммутационным аппаратом.

 

Защитные очки

В связи с тем, что роговица, сетчатка, водянистое тело, хрусталик и стекловидное тело открыты для излучения в диапазоне длин волн от 380 нм до 1400 нм, то в диапазоне длин меньше 380 нм и больше 1400 нм самую большую опасность лазерное излучение представляет для хрусталика и роговицы соответственно.

В случае хорошо коллимированного луча – опасность фактически зависит от расстояния между источником и глазом и минимальным угловым размером источника.

В случае протяженного источника – опасность зависит от расстояния между источником и глазом.

В случае точечного источника с расходящимся пучком опасность увеличивается с уменьшением расстояния между глазом и лучом.

 Наибольшую опасность представляет расстояние, равное 100 мм, для всего диапазона длин волн лазерного излучения.

Применение защитных очков должно быть необходимой мерой защиты глаз, если существует возможность или необходимость прямого, зеркально отраженного или диффузно рассеянного излучения. Необходимо использовать защитные очки, имеющие сертификат соответствия для использования при соответствующей мощности и длине волны. 

Выбор защитных очков должен проводиться с учетом многих факторов: длина волны или длины волн излучения; энергетическая экспозиция или облученность; ПДУ излучения, максимально допустимый уровень облучения          (МДУ); оптическая плотность очков на длине волны излучения; их способности пропускания видимого света; способности совмещения с медицинскими очками; возможности проведения периферийного обзора. Защитные очки должны соответствовать ГОСТ 12.4.153-85 и ГОСТ 12.4.003-80 и плотно прилегать к лицу, не иметь механических повреждений.

Персонал должен знать, что повреждение очков происходит при определенной облученности, а также то, что есть случаи, когда в защите глаз нет необходимости.

Очки должны использоваться во всех опасных зонах, где применяются лазеры 3В и 4 классов. При необходимости работы лазера с открытой генерирующей излучающей головкой, со снятым экраном или кожухом              (наладка, проверка фокального пятна) рекомендуется пользоваться очками. Защитные очки, предназначенные для данного лазера, не использовать для лазеров с другой длиной волны, большей плотностью или интенсивностью излучения.

Применение защитных очков при юстировке обязательно. В СанНиП 5804-91 рекомендуется 4 типа защитных очков с фильтрами из цветного оптического стекла, поглощающего свет определенного цвета. Защитные очки от прямого и рассеянного лазерного излучения типа 3Н 22, ОЗП ослабляют излучение в 10⁵ – 10⁸ раз.

Для длины волны лазерного излучения 1,06 мкм рекомендуется использовать защитные очки с сине-зелеными стеклами С3С-22 или специальными пластмассами. Для 10,6 мкм – бесцветное или безосколочное стекло БС-15. Для 0,4 мкм – можно пользоваться цветными органическими стеклами марки СОЖ-182, для длин волн от 0,51 мкм – стекла марки СОО-113, до 0,53 мкм – марки СОК-112, на 0,63-0.69 мкм – марки СОС-203. Для большинства медицинских лазеров можно использовать очки 3Н22-72-С3С-22, ослабляющие излучение в диапазоне 500 – 1500 нм от 1000 до 10⁶ раз.

Персонал должен знать, что область применения защитных очков С3С-22 определяется оптической плотностью светофильтра и регламентируется ТУ 64-1-3470-84. Работа в очках под прямым излучением запрещена.

 

Экологичность.

  С точки зрения экологичности данный проект не представляет опасности для окружающей среды, процесс изготовления лазера также не образует вредных отходов.

 

Заключение.

В дипломном проекте проведена разработка генератора лазерного излучения на основе кристалла иттрий алюминиевого граната активированного ионами неодима с накачкой диодными матрицами, который позволил получать на выходе мощные импульсы с энергией ~50 мДж и частотой следования ~1 кГц.

Предложена и рассчитана система оптической накачки диодными матрицами активных сред на основе кристалла иттрий алюминиевого граната активированного ионами неодима(YAG-Nd);

Разработана охлаждаемая конструкция квантрона импульсно-периодического YAG-Nd лазера, работающего при частоте следования импульсов генерации ~1000Гц и энергией генерации в импульсе ~50мДж;

Разработана методика расчета генератора лазерного излучения, учитывающая эффект насыщения активной среды, при поперечной и продольной накачке и выполнен расчет выходных характеристик лазерного генератора в среде MathCad.

Определены основные области дальнейших исследований для повышения качества работы генератора.

Разработан комплект конструкторской документации, состоящий из конструкции лазерного генератора, конструкции охлаждаемого квантрона, структурной и функциональной схемы экспериментальной установки.

Помимо этого собран и опробован действующий эскизный вариант лазерного генератора, работающий на частоте 8 Гц, 64 Гц и кратковременно на 128 Гц.

Проведено экономическое обоснование темы дипломного проекта, построен ленточный график выполнения работы, также составлена смета затрат на разработку, план проводимых работ и проведен функционально – стоимостной анализ относительной данной разработки.

В разделе «Безопасность и экологичность проекта» была проведена оценка безопасности усилителя лазерного излучения и рассмотрены требования, которые необходимо соблюдать при работе с данным устройством.

 

 

9. Библиографический список.

1. Lee S., Kim S.K., Yun M., Kim H.S., Cha B.H., Moon H.-J. Appl. Opt., 41, 1089 (2002).

2. Wang Y., Kan H. Opt. Commun., 226, 303 (2003).

3. Du K., Zhang J., Quade M., Liao Y., Falter S., Baumann M., Loosen P., Poprawe R. Appl. Opt., 37, 2361 (1998).

4. Hirano Y., Yanagisawa Т., Ueno S., Tajime Т., Uchino O., Nagai Т.,Nagasawa C. Opt. Lett., 25, 1168 (2000).

5. Brand T. Opt. Lett., 20, 1776 (1995).

6. Jackson S.D., Piper J.A. Appl. Opt., 35, 1409 (1996).

7. Fujikawa S., Furuta K., Yasui K. Opt. Lett., 26, 602 (2001).

8. Furuta K., Kojima T., Fujikawa S., Nishimae J. Appl. Opt., 44, 4119

9. Golla D., Knoke S., Schone W., et al. Opt. Lett, 20, 1148 (1995).

10. Golla D., Freitag I., Zeilmer H., Schone W., Kropke I., Welling H. Opt. Commun., 98, 86 (1993).

11. Yu D.L., Tang D.Y. Opt. Laser Technol., 35, 37 (2003).

12. Hirano Y., Koyata Y., et al. Opt. Lett., 24, 679 (1999).

13. Pavel N., Hirano Y., Yamamoto S., Koyata Y., Tajime T. Appl. Opt., 39, 986 (2000).

14. Golla D., Bode M., Knoke S., Schone W., Tuennermann A. Opt. Lett., 21,210(1996).

15. Lu J., Yagi H., Takaichi K., et al. Appl. Physi. B, 79, 25 (2004).

16. Walker D.R., Flood C.J., van Driel H.M., Greiner U.J., Klingenberg H.H. Opt. Lett., 19, 1055 (1994).

17. Мак А.А., Сомс Л.Н., Фромзель В.А., Яшин В.Е. Лазеры на неодимовом стекле (М.: Наука, 1990).

18. Мезенов А.В., Сомс Л.Н., Степанов А.И. Термооптика твердо- телъныгх лазеров (Л.: Машиностроение, 1986).

19. Kane T.J., Eckardt R.C., Byer R.L. IEEE J. Quantum Electron., 19, 1351 (1983).

20. Eggleston J.M., Kane T.J., Kunh K., Unternahrer J., Byer R.L. IEEE J. Quantum Electron., 20, 289 (1984).

21. Kane T.J., Eggleston J.M., Byer R.L. IEEE J. Quantum Electron., 21, 1195 (1985).

22. Baer T.M., Head D.F., Gooding P., Kintz G.J., Hutchison S. IEEE J. Quantum Electron., 28, 1131 (1992).

23. Tzuk Y., Tal A., Goldring S., Glick Y., Lebiush E., Kaufman G., Lavi R. IEEE J. Quantum Electron., 40, 262 (2004).

24. Coyle D.B. IEEE J. Quantum Electron., 27, 2327 (1991).

25. Gong M., Li C., Liu Q., Chen G., Gong W., Yan P. Appl. Phys. B, 79, 265 (2004).

26. Liu Q., Gong M., Lu F., Gong W., Li C. Opt. Lett., 30, 726 (2005).

27. Gong M., Lu F., Liu Q., Gong W., Li C. Appl. Opt., 45, 3806 (2006).

28. Lu F., Gong M., Xue H., Liu Q., Gong W. Opt. Laser Technol., 39, 949 (2007).

29. Lee J.R., Baker H.J., Friel G.J., Hilton G.J., Hall D.R. Opt. Lett, 27, 524 (2002).

30. Lapucci A., Ciofini M. Appl. Opt., 44, 4388 (2005).

31. Dascalu T., Taira T., Pavel N. Opt. Lett., 27, 1791 (2002).

32.

33. Безопасность жизнедеятельности: Учебник. /Под ред. профессора Э.А. Арустамова. - М.: Изд. Дом "Дашков и Ко", 2000г.

34. Белов С. В. Безопасность жизнедеятельности: Учеб. - М.: Высшая школа, 2000.

35. Экологическое право в России / Под ред. В.Д. Ермака, О.Я. Сухарева. -М: ИМП, 2003

36. ГОСТ 12.1.040-83* "Система стандартов безопасности труда. Лазерная безопасность. Общие положения".