ГОСТ 16948-79 Источники света искусственные. Методы определения плотности потока энергии УФ излучения.
ГОСТ 19605-74 Организация труда. Основные понятия. Термины и определения.
ГОСТ 20445-75 Здания и сооружения промышленных предприятий. Метод измерения шума на рабочих местах.
ГОСТ 24286-88 Фотометрия импульсная. Термины и определения.
ГОСТ 24453-80 Измерения параметров и характеристик лазерного излучения. Термины, определения и буквенные обозначения величин.
ГОСТ 24469-80 Средства измерения параметров лазерного излучения. Общие технические требования.
ГОСТ 24940-81 Здания и сооружения. Метод измерения освещенности.
ГОСТ 25811-83 Средства измерений средней мощности лазерного излучения. Типы. Основные параметры. Методы измерений.
ГОСТ 26086-84 Лазеры. Методы измерения диаметра пучка и энергетической расходимости лазерного излучения.
ГОСТ 26148-84 Фотометрия. Термины и определения.
СН 245-71 Санитарные нормы проектирования промышленных предприятий.
Нормы радиационной безопасности НРБ-76/87.
Санитарные нормы ультрафиолетового излучения № 4557-88.
Санитарные нормы микроклимата производственных помещений № 4080-86.
СНиП II-4-79 Нормы проектирования. Естественное и искусственное освещение.
Санитарные правила работы с источниками неиспользуемого рентгеновского излучения № 1960-79.
Санитарные нормы допустимых уровней шума на рабочих местах № 3223-85.
Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей (ПТЭ). Москва. Атомиздат. 1972.
Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей (ПТБ). Москва. Атомиздат. 1972.
Приложение 2
ПРИМЕРЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫХ УРОВНЕЙ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И КЛАССОВ ЛАЗЕРНЫХ ИЗДЕЛИЙ
П2.1. Определение ПДУ и классов лазеров
Пример 1.
Одномодовый лазер на молекулярном азоте с длиной волны излучения 337,1 нм генерирует непрерывную последовательность равных по амплитуде импульсов с частотой Fи = 5 · 103 Гц. Длительность отдельного импульса и = 5 нс. Диаметр пучка вблизи выходного зеркала лазера по уровню интенсивности ехр(-2) равен dп = 3 · 10-3 м. Средняя мощность излучения = 0,5 Вт.
Найти предельно допустимые энергетические параметры излучения и определить класс лазера.
а) ПДУ однократного облучения глаз.
Для определения ПДУ необходимо знать максимальную длительность воздействия t. При случайном воздействии на глаза излучения УФ диапазона спектра (180-380 нм) эта величина принимается равной 10 с (как и при воздействии на кожу).
Таким образом, задача сводится к определению или серии импульсов с заданными параметрами при длительности воздействия 10 с.
Определяем в соответствии с п.3.8.2 как наименьшее из значений Е1 и Е2.
(2П.1)
Значения Нпду(и) и Епду(t) задаются п.3.2 (табл.3.1, рис.3.1 и 3.2) и составляют, соответственно, 37 Дж·м-2 и 800 Вт·м-2.
Число импульсов в серии определяется по формуле:
N = Fиt + 1 (2П.2)
В общем случае величина N, вычисленная по формуле (2П.2), округляется до ближайшего меньшего целочисленного значения.
Для рассматриваемых условий N = 5 · 104. Тогда, в соответствии с формулами (2П.1), сравнивая E1 = 800 Вт·м-2 и E2 = 830 Вт·м-2, получаем, что предельно допустимое значение облученности при однократном воздействии на глаза серии импульсов рассматриваемого лазерного излучения следует принять равным Е1.
= 800 Вт·м-2
Соответствующее значение энергетической экспозиции равно
Дж·м-2
Для УФ диапазона спектра нормируемой величиной является также суточная доза H(3·104), которая, в соответствии с таблицей 3.2, не должна превышать 8 · 103 Дж·м-2. Рассчитанная выше величина равна ; таким образом, условие 8) п.3.2.2 выполняется.
В общем случае, если расчетная величина больше , ее следует уменьшить до значения и соответственно откорректировать величину .
б) ПДУ для однократного облучения кожи.
Время случайного воздействия на кожу излучения УФ, видимого ИК диапазонов, в соответствии с действующими международными нормами, принимается равным 10 с.
Таким образом, так же как и для глаз, расчетное значение составляет 800 Вт·м-2, а - 8 · 103 Дж·м-2.
В рассматриваемом случае значение равно суточной дозе, т.е. является предельным. Любое повторное облучение кожи недопустимо.
в) ПДУ при хроническом воздействии на глаза и кожу
В соответствии с п.3.3, при хроническом воздействии предельно допустимое значение облученности составит 80 Вт·м-2, а соответствующее значение предельно допустимой энергетической экспозиции за время t = 10 с - 800 Дж·м-2.
Максимальная суточная доза также составляет 800 Дж·м-2. Следовательно, при рассматриваемых условиях для одного работающего допустимо проведение не более одной производственной операции продолжительностью 10 с в течение суток.
Если практические условия требуют проведения нескольких производственных операций в течение рабочего дня, предельно допустимая облученность глаз и кожи в рабочей зоне должна быть уменьшена таким образом, чтобы суммарная доза (см. п.3.2.2) не превышала значения, указанного в п.3.3.
В частности, если рассматриваемый в настоящем примере лазер необходимо использовать при проведении 10 технологических операций с временными промежутками большими 10 минут (см. п.3.8.2), предельно допустимое значение облученности глаз и кожи составит
= 8 Вт·м-2
В этом случае при проведении контрольных замеров в рабочей зоне средняя мощность коллимированного или рассеянного излучения, проходящего через круглую ограничивающую апертуру диаметром 1,1 · 10-3 м, не должна превышать Вт.
Если предельно допустимые энергетические параметры УФ излучения в рабочей зоне определены, в качестве нормируемого параметра, эквивалентного суточной дозе , может быть использовано максимально допустимое число воздействий на оператора отдельных импульсов излучения М (см. п.3.2.2). Значение М рассчитывается по формуле
(2П.3)
Если число импульсов в серии N при проведении одной производственной операции фиксировано, максимально допустимое число операций в течение рабочего дня равно M / N.
Для лазеров УФ диапазона спектра, работающих в режиме одиночных вспышек, длительность воздействия t равна длительности импульса излучения и. В этом случае формула (2П.3) может быть переписана в виде:
(2П.4)
г) Определение класса лазера.
Для того, чтобы определить класс лазера, необходимо сопоставить фактические энергетические параметры генерируемого излучения с нормируемыми предельно допустимыми значениями для однократного воздействия.
Как показано выше, ПДУ энергетической экспозиции для рассматриваемого лазера при однократном воздействии составляет для глаз и кожи 8 · 103 Дж·м-2. Согласно п.3.8.2, энергетическая экспозиция для одного импульса при этом равна 0,16 Дж·м-2.
Проверяем выполнение условий в соответствии с таблицей 4.1.
Зная, что средняя мощность излучения Р = 0,5 Вт, для одного импульса из серии получаем
Дж·м-2
Выполняется условие для II класса:
Поскольку ПДУ при однократном облучении равно значению ПДУ облученности для непрерывного излучения в течение 10 с, определение класса может быть проведено по режиму непрерывного излучения.
Пример 2.
Лазер на стекле с неодимом, работающий в режиме модуляции добротности и удвоения частоты, генерирует одиночные импульсы. Поток излучения включает две пространственно совмещенные спектральные компоненты: 1 = 1060 нм, W1 = 0,8 Дж и 2 = 530 нм, W2 = 0,4 Дж. Длительности импульсов излучения обеих спектральных компонент и = 2·10-2. Диаметр пучка вблизи выходного зеркала лазера dп = 1,2·10-2 м.
Найти предельно допустимые параметры излучения в условиях хронического воздействия на глаза и кожу.
Определить класс лазера.
В соответствии с требованиями п.3.10. определим и при воздействии на глаза коллимированного излучения с длинами волн 1060 нм и 530 нм.
Используя данные таблицы 3.3 (рис.3.3), с учетом дополнительного коэффициента запаса для хронического воздействия (п.3.5) получим:
Дж; Дж.
Относительные энерговклады излучения с длинами волн 1060 и 530 нм – С1 и С2 равны
Тогда значение составляет:
Дж
Значение для кожи определяется аналогичным образом с использованием данных таблицы 3.6 (рис.3.7) и с учетом поправки для хронического воздействия составляет 4,5·10-5 Дж при ограничивающей апертуре 1,1·10-3 м.
Проверяем выполнение условий таблицы 4.1, определяющих принадлежность лазера к определенному классу опасности. Получаем, что
Дж
Рассматриваемый лазер относится к III классу опасности.
Пример 3.
Лазер на центрах окраски LiF : F-2 генерирует серию из 15 импульсов. Длительность каждого импульса и = 8·10-11 с, Fи = 108 Гц. Интервал между сериями импульсов больше 200 с. Длина волны излучения = 1200 нм. Суммарная энергия серии импульсов Wc (t) = 10-4 Дж. Отношение энергии импульса, имеющего максимальную амплитуду, к средней энергии всех импульсов в серии = 2,5. Диаметр пучка вблизи выходного зеркала dп = 5·10-3 м.
Найти предельно допустимые параметры излучения при воздействии на глаза и определить класс лазера.
Длительность серии импульсов в рассматриваемом случае составляет (см. формулу (2П.2)):
t = (N - 1) / Fи = 1,4·10-7 с
В соответствии с требованиями п.3.4.3. определим значения предельно допустимой энергии излучения для импульсов длительностью и = 8·10-11 с и t = 1,4·10-7 с для однократного воздействия на глаза коллимированного излучения. Согласно табл.3.3 (рис.3.3), эти значения равны:
Дж
Дж
По формуле (3.7) найдем значения W1 и W2:
W1 = 10-6 Дж, W2 = 6·10-7 Дж
Искомое значение предельно допустимой энергии серии импульсов для глаза составит Дж.
При условии хронического воздействия (п.3.7) эта величина принимается в 10 раз меньшей, т.е. -6·10-8 Дж.
Для кожи Дж при однократном воздействии и Дж при хроническом воздействии.
Для определения класса лазера проверяем выполнение условий таблицы 4.1, подставляя в неравенства значения Wпду для однократного воздействия.
Выполняется условие для II класса опасности:
Дж
Пример 4.
Технологическая установка "Квант-15".
Характеристика установки:
- длина волны излучения = 1060 нм;
- режим генерации - импульсно-модулированный;
- энергия одиночного импульса = 8 Дж;
- длительность одного импульса и = 4·10-3 с;
- частота следования импульсов Fи = 10 Гц;
- длительность одной технологической операции t = 2 с;
- диаметр пятна излучения на поверхности обрабатываемой детали dп = 3 · 10-4 м.
Требуется найти предельно допустимые энергетические параметры излучения в условиях хронического воздействия на глаза и кожу и определить класс лазерного изделия.
Измерение уровня диффузно отраженного излучения на границе рабочей зоны при диаметрах ограничивающей апертуры 7·10-3 м и 1,1·10-3 м показало, что максимальное значение суммарной энергии всех импульсов за время одной технологической операции (t = 2 с) равно, соответственно, 1,54·10-2 Дж и 1,9·10-4 Дж. Источник диффузного отраженного излучения для точек, расположенных на границе рабочей зоны, является точечным.
В соответствии с требованиями п.3.4.3. находим предельно допустимый уровень энергии серии импульсов коллимированного потока лазерного излучения для глаз, который равен минимальному из двух значений энергии W1 и W2.
W1 = Wпду(t), где t = 2 с;
где и = 4·10-3 с, N = Fи·t + 1 = 21, = 1 (нестабильность энергии импульсов неизвестна).
Wпду(t) определяем в соответствии с п.3.4.1 по таблице 3.4 (рис.3.5).
Pпду(t) = 5,9 · 10-4 Вт
W1 = Wпду(t) = Pпду(t) · t = 1,2 · 10-3 Дж
Wпду(и) определяем, в соответствии с п.3.4.1, по табл.3.3 (рис.3.4).
Wпду(и) = 2 · 10-5 Дж
W2 = 2 · 10-5 · (21)2/3 = 1,52 · 10-4 Дж
Так как W2 < W1, получаем
Дж
При хроническом воздействии на глаза, в соответствии с п.3.5,
Дж
Определяем предельно допустимый уровень энергии лазерного излучения для кожи, в соответствии с п.п.3.6 и 3.8.2, как минимальное значение из W1 и W2.
W1 = Wпду(t), t = 2 с
По таблице 3.6 (рис.3.8) находим
Рпду(t) = 1,15 · 10-2 Вт, W1 = Wпду(t) = 2,3 · 10-2 Дж
По таблице 3.6 (рис.3.7) находим
Wпду(и) = 4,1 · 10-3 Дж, W2 = 4,1 · 10-3 · (21)1/2 = 6,6 · 10-3 Дж
W2 < W1. Таким образом, для кожи имеем Дж, а при хроническом воздействии – 6,6 · 10-4 Дж.
Сравнение предельно допустимых значений энергии с соответствующими значениями Wc(t) на границе рабочей зоны показывает, что отраженное лазерное излучение представляет опасность для глаз и безопасно для кожи. Степень опасности отраженного излучения для глаз равна
Определение класса опасности по таблице 4.1 показывает, что данное лазерное изделие относится к III классу:
W(t) = 8 · N Дж = 168 Дж < · 104 · = 207,2 Дж
При эксплуатации установки необходимо исключить воздействие зеркально отраженного излучения, а для защиты от диффузно отраженного излучения необходимо использовать средства защиты с оптической плотностью D 3,04, где D = lg .
