Нормування лазерного випромінення

Нормування лазерного випромінювання здійснюється згідно санітарних норм і правила СНиП 5804-91. За нормативами при проектуванні лазерної техніки має бути діючим принцип відсутності впливу на людину прямого, дзеркального та дифузного випромінювання.

При визначенні класу небезпеки лазерного випромінювання враховуються три спектральних діапазони (нм): I - 180<l£380, II - 380<l£1400,III - 1400<l£105.

Нормованими параметрами ЛВ з погляду небезпеки є енергія W (Дж) і потужність P(Вт) випромінювання, що пройшло обмежуючу апертуру діаметрами dа=1.1 мм (у спектральних діапазонах I і II) і dа=7 мм (у діапазоні II); енергетична експозиція H і опромінення E, усереднені по обмежуючій апертурі:

H=W/Sa; E=P/S_a

де S_a – площа обмежуючої апертури.

Згідно СНиП 5804-91 регламентуються гранично допустимі рівні (ГДР) для кожного режиму роботи лазера і його спектрального діапазону і встановлюється для двох умов – одночасного та хронічного (того, що систематично повторюється) опромінювання. Граничні значення щільність потоку нормується на шкірі, сітківці, рогівці. Наприклад, відповідно до санітарних норм, при роботі з ОКГ ГДР випромінювання для очей є енергія W (Дж), яка додано в залежності від довжини хвилі і тривалості впливу.

 

Таблиця 22

Гранично допустимі дози при однократному впливі на очі колімірованого (прямого) лазерного випромінювання

Довжина хвилі l, нм	Тривалість впливу t, с	WГДР, Дж
380<l£600	t£2.3×10^-11
2.3×10^-11<t£5×10^-5	8×10-8
5×10^-5<t£1
600<l£750	t£6.5×10^-11
6.5×10^-11<t£5×10^-5	1.6×10-7
5×10^-5<t£1
750<l£1000	t£2.5×10^-10
2.5×10^-10<t£5×10^-5	4×10-7
5×10^-5<t£1
1000<l£1400	t£10^-9
10^-9<t£5×10^-5	10-6
5×10^-5<t£1

Примітки: 1. Тривалість впливу менше 1 с.

2. Діаметр обмежуючої апертура 7×10-3 м.

 

Іонізуючі випромінювання

До iонiзуючих випромiнювань належать корпускулярні (альфа-, бета-, а також потоки протонів, нейтронів та важких ядер віддачі) та електромагнiтнi (гамма-, рентгенiвське) випромiнювання, що здатнi при взаємодiї з речовиною створювати в нiй заряджені атоми та молекули (рис. 10).

Альфа-випромiнювання – це потiк ядер гелiю, що виникає пiд час ядерних реакцiй. Енергiя альфа-частинок досягає декiлька МеВ. Для них характерна висока iонiзуюча здатнiсть (декiлька тисяч пар iонiв на 1 см шляху в повiтрi) та незначна проникність у речовину (десятки мкм у живiй тканинi).

Бета-випромiнювання – потiк електронiв або позитронiв, що виникає в результатi ядерних перетворень. Їх iонiзуюча здатнiсть значно нижча (десятки пар iонiв на 1 см шляху в повiтрi), а проникнiсть вища (близько 2,5 см у живiй тканинi).

Дія протонів та важких ядер із значною енергією близька до альфа-випромiнювання. Нейтрони взаємодiють з ядрами атомiв, у результатi чого і виникає випромiнювання та спостерiгається iонiзацiя речовини. Швидкi нейтрони мають значну проникнiсть та незначну iонiзуючу здатнiсть.

Гамма- та рентгенiвське випромiнювання – жорсткi електромагнiтнi випромiнювання, що виникають пiд час ядерних перетворювань і взаємодiї частинок, а також у рентгенiвських трубках, прискорювачах електронiв тощо. Цi випромiнювання характеризуються значною проникнiстю та незначною iонiзуючою здатнiстю (рис. 11).

Джерела iонiзуючих випромiнювань прийнято характеризувати їх активнiстю A, що визначається відношенням кiлькості спонтанних перетворень ядер dN за інтервал часу dt

 

Рис. 10. Класифікація іонізуючих випромінювань

.

 

Одиницею вимiру активностi є бекерель (Бк). 1 Бк дорiвнює одному ядерному перетворенню за секунду. Питому активнiсть речовини джерела випромiнювання характеризують активнiстю одиницi її маси, об'єму або площi поверхнi, наприклад, бекерель на кiлограм.

Рис. 11. Три види випромінювань та їх проникна здатність

 

Для характеристики дiї iонiзуючих випромiнювань на речовину використовують поглинену дозу D, що визначається величиною енергії іонізуючого випромінювання поглиненої одиницею маси речовини. Одиницею виміру поглиненої дози є грей (Гр), 1 Гр = 1 Дж/кг.

Дію випромінювання на органи та тканини характеризує доза, яку отримав орган чи тканина D_Т. Вона визначається за формулою

,

де Е_Т – сумарна енергія, що виділилася в органі чи тканині, Дж; m_T – маса органа чи тканини, кг.

У зв'язку з тим, що однакова доза рiзних видiв випромiнювання викликає в живих органiзмах рiзнi бiологiчнi змiни, введено поняття дози еквiвалентної в органі або тканині Н_T. Вона визначається так:

,

де W_R – радіаційний зважуючий фактор.

Одиниця еквiвалентної дози – зiверт (Зв).

При визначеннi еквiвалентної дози рiзних видiв випромiнювання прийнято використовувати такі значення радіаційного зважуючого фактора:

рентгенiвське та гамма-випромiнювання...... 1

бета-випромiнювання..................... 1

альфа-випромiнювання................... 20

нейтрони з енергiєю 10 – 100 КеВ.......... 10

протони з енергiєю більше 2 МеВ.......... 10

Іонiзуюче випромiнювання по різному впливає на органи і тканини людини. Чутливість органiв тiла людини, на якi дiє iонiзуюче випромiнювання, враховується відносним стохастичним ризиком їх опромінення. Для оцінки цього ризику введено поняття тканинного зважуючого фактора W_T, який використовується при розрахунках ефективної дози.

Ефективна доза Е визначається як сума добутків еквівалентних доз в окремих органах і тканинах на відповідні тканинні зважуючі фактори

.

Тканинні зважуючі фактори для деяких органів людини мають такі значення: гонади – 0,20; кістковий мозок (червоний), товста кишка, легені, шлунок – 0,12; сечовий міхур, молочна залоза, печінка, стравохід, щитовидна залоза – 0,05; шкіра, поверхня кістки – 0,01; інші органи – 0,05.

Для характеристики іонiзуючої здатності випромiнювань використовують поняття експозицiйної дози X, що визначається величиною повного заряду iонiв одного знака, якi виникають в одиницi маси повiтря пiд дiєю iонiзуючого випромiнювання. Одиниця експозицiйної дози – кулон на кiлограм (Кл/кг).

Потужність експозиційної дози W – це відношення приросту експозиційної дози dX до проміжку часу: dt . Величину експозиційної дози на робочому місці можна розрахувати за формулою

,

де А – активність джерела, мКі; К₁ – гамма-постійна ізотопу, , t – час опромінення, год; r – відстань до джерела випромінювання, м.

Незалежно вiд бажання, людина завжди знаходиться пiд дiєю деякої природної фонової дози випромінювань. Джерела цих випромiнювань знаходяться зовнi (зовнiшнє опромiнення) або в органiзмi людини (внутрiшнє опромiнення). Причому, як правило, близько 1/3 дози припадає на зовнішнє i 2/3 – на внутрішнє опромінення. Зовнішнє опромінення складається з космічного та випромінювання радіоактивних речовин земного походження. Середнє значення потужності природної фонової дози зовнішнього опромінення, за винятком аномальних природних та зон антропогенного походження, наведені в табл. 24.

Внутрішнє опромінення виникає вiд радіоактивних речовин, що потрапляють в органiзм людини пiд час дихання, з водою та харчовими продуктами, а iнодi i через шкіру. В організмі цi речовини знаходяться до повного розпаду і можуть частково виводитись унаслідок фiзiологiчного обмiну. Деякi радіоактивні речовини, наприклад Ra, U, Sr та iншi, мають здатність накопичуватися в органах людського органiзму, що особливо небезпечно. Потужність природної фонової дози внутрішнього опромінення в середньому становить близько 1,35 мЗв/рік.

Дiя іонізуючого випромінювання на бiологiчнi тканини залежить вiд величини поглинутої дози. Iонiзацiя біологічних тканин веде до порушень молекулярних зв’язків та зміни хімічної структури органічних сполук. Пiд дiєю випромінювань у живих тканинах протiкає також розщеплення води на радикали Н⁺ та ОН^‑, якi, маючи значну активнiсть, взаємодіють з органічними сполуками, що веде до створення нових, нетипових для здорових тканин сполук.

 

Таблиця 24

Випромінювання від різних джерел

	Район біля ТЕС на вугіллі 5 – 50 мкЗв/рік		Рентгенодіагностика 1 мЗв; флюорографія 0,4 мЗв; рентгеноскопія 9 мЗв
	Космічні промені 0,37 мЗв/рік		Перегляд телепередач 5 – 10 мкЗв/рік
	Поблизу АЕС 1 – 10 мкЗв/рік		Наслідки ядерних випробувань 15 – 20 мкЗв/рік
	Дерев’яні будинки 0,3 – 0,4 мЗв/рік		Цегляні будинки і будинки з залізобетону 0,8 – 1 мЗв/рік

 

Залежно вiд поглинутої дози випромінювання розрізняють гострi, вiддаленi та генетичні наслідки дiї іонізуючого випромінювання. Гострi наслiдки проявляються безпосередньо пiсля опромiнення значними дозами (табл. 25). Доза 100 Гр i бiльше викликає смерть через декiлька годин унаслiдок порушень центральної нервової системи. Від дози 10 – 50 Гр смерть наступає через один-два тижнi внаслiдок внутрiшнiх крововиливiв. Меншi дози не викликають значних пошкоджень внутрiшнiх органiв, але в цьому випадку смерть може наступити через один-два мiсяцi внаслiдок пошкодження червоного кісткового мозку – головного компонента кровотворної системи органiзму: вiд дози 3 – 5 Гр вмирає приблизно половина опромiнених.

Червоний кістковий мозок найбiльш чутливий до опромiнення i першi прикмети променевої хвороби (змiни в кровi людини) проявляються вже при дозах 0,5 – 1 Гр. Сильно відчувають опромiнення репродуктивнi органи та очi. Так, одноразове опромiнення сiм'яникiв дозою всього лише 0,1 Гр веде до тимчасової стерильності чоловіків, а доза у 2 Гр це робить назавжди.

Найбiльш поширені віддалені наслідки опромінення невеликими дозами – раковi захворювання. Згiдно із загальновизнаними сучасними поглядами не iснує нiякої граничної дози, при якій вiдсутній ризик захворювання. Будь-яка мала доза збiльшує ймовiрнiсть виникнення захворювань для людини, а кожна додаткова доза опромiнення ще бiльше пiдвищує цю ймовiрнiсть.

 

Таблиця 25

Поглинута доза, Гр	Порушення в організмі людини
До 0,25	Видимих порушень немає
0,25 – 0,50	Можливі зміни в крові
0,5 – 1,0	Зміни в крові, нормальний стан працездатності порушується
1,0 – 2,0	Погіршується самопочуття, можлива втрата працездатності
2,0 – 4,0	Втрата працездатності, можливий смертельний кінець
4,0 – 5,0	Смертельні випадки складають 50 % від загальної кількості опромінених
6,0 і більше	Смертельні випадки складають 100 % від загальної кількості опромінених

 

Розповсюдженими видами захворювань, що спричиняються дiєю радiацiї, є рак молочної та щитовидної залоз. Цi захворювання виникають приблизно у десяти з тисячi опромiнених дозою в 1 Гр, але смертнiсть вiд них менша, тому що обидвi хвороби в наш час досить ефективно лiкуються, особливо рак щитовидної залози (з десяти випадкiв дев'ять). Рак легенiв практично не лiкується. Вiн також належить до розповсюджених видiв захворювань, ймовiрнiсть виникнення якого становить п'ять випадкiв на тисячу опромiнених дозою 1 Гр. Рак iнших органiв і тканин зустрiчається серед опромiнених не так часто, наприклад, рак шлунку та печiнки з ймовірністю 1/1000 серед опромiнених дозою 1 Гр.