---

Пример 5.

Установка для сварки стекла.

Характеристика установки:

- длина волны излучения  = 10600 нм;

- режим работы - непрерывный;

- мощность излучения P = 30 Вт;

- длительность одной технологической операции t = 15 с;

- диаметр пятна излучения на поверхности обрабатываемой детали d_п = 1 мм.

Максимальный уровень диффузно отраженного излучения на границе рабочей зоны равен 1,2 · 10³ Вт·м^-2.

Требуется определить класс установки.

Предельно допустимый уровень облученности для излучения с длиной волны 10600 нм при однократном воздействии на глаза и кожу в течение 15 с, в соответствии с п.3.8.1 (табл.3.7), равен Е_пду(t) 1,3 · 10³ Вт·м^-2, а при хроническом воздействии, согласно п.3.9, - 260 Вт·м^-2.

Согласно таблице 4.1, лазер встроенный в установку, относится к II классу опасности:

P(t) = 30 Вт <  · 10^-2 · Е_пду(t) = 3,14 · 10^-2 · 1,3 · 10³ = 40,8 Вт

Сравнение облученности на границе рабочей зоны с предельно допустимым значением облученности показывает, что диффузно отраженное излучение не представляет опасности для глаз и кожи.

Пример 6.

Установка для спектроскопии.

Характеристика установки:

- длина волны излучения  = 340 нм;

- длительность одного импульса _и = 10^-5 с;

- частота следования импульсов F_и = 10³ Гц;

- средняя мощность Р = 8 Вт;

- длительность одной операции t = 10 с;

- количество операций за рабочий день n = 250.

Максимальный уровень диффузно отраженного излучения на границе рабочей зоны создает облученность E_max = 10 Вт·м^-2. Суточная доза при выполнении 250 операций равна H^ = 25 · 10³ Дж·м^-2.

Необходимо определить класс опасности лазерной установки.

Значение ПДУ энергетической облученности за время выполнения одной операции, согласно табл.3.1, пунктам 3.2.2 и 3.3, равно Е_пду = 800 Вт·м^-2, а для хронического воздействия, в соответствии с п.3.3, - 80 Вт·м^-2. Предельная суточная доза для однократного воздействия Дж·м^-2.

Для определения класса опасности проверяем выполнение условий таблицы 4.1.

Вт

Установка относится ко II классу.

Сравнение Е_пду и с максимальной облученностью E_max на границе рабочей зоны и суточной дозой H^ при выполнении 250 операций показывает, что отраженное излучение при выполнении одной операции не представляет опасности, однако при выполнении за рабочий день запланированных 250 операций суточная доза H^ превышает предельно допустимое значение в 31,2 раза.

При эксплуатации установки необходимо исключить воздействие зеркально отраженного излучения, а для защиты от диффузно отраженного излучения необходимо использовать средства защиты с оптической плотностью D_ >1,5 (D_  lg 31,2).

Пример 7.

Пучок лазерного излучения с параметрами, приведенными в примере 3, расширяется оптической системой до диаметра d_п = 2 · 10^-2 м. Поток излучения направлен перпендикулярно плоской диффузно отражающей поверхности. Точка наблюдения расположена на прямой, проходящей через центр облучаемой площадки под углом  = 60°. Расстояние от поверхности до точки наблюдения l = 0,5 м.

Определить для наблюдателя.

Правила расчета ПДУ диффузно отраженного излучения изложены в пункте 3.4.2.

Для коллимированного излучения значение определено в примере 3 и составляет 6·10^-7 Дж при однократном воздействии.

Угловой размер источника диффузионного излучения  с достаточной степенью точности рассчитывается по формуле:

рад

В нашем случае _пред = 3,5 · 10^-3 рад.

Поправочный коэффициент B при длительности облучения 1,5 · 10^-7 с, согласно таблице 3.5 (рис.3.6), равен

B = 8,2 · 10³ · ² + 1 = 4,28

Значение предельно допустимой энергии в точке наблюдения составляет Дж

П2.2. Особенности определения ПДУ лазерного излучения видимого и ближнего ИК диапазонов спектра при использовании оптических средств наблюдения

П2.2.1. Коллимированное лазерное излучение

Если для наблюдения источника лазерного излучения используются оптические приборы (бинокли, телескопы и т.д.), энергетическая экспозиция или облученность сетчатки глаза может существенно возрастать. Наиболее надежным методом оценки изменения степени опасности излучения является сопоставление результатов измерения энергии или мощности, проходящей через ограничивающую апертуру диаметром 7 мм, при непосредственном наблюдении и при наблюдении с использованием оптического прибора. В последнем случае ограничивающая апертура располагается вблизи окуляра в плоскости, соответствующей положению роговицы глаза. Отношение результатов измерений дает поправочный коэффициент для коррекции предельно допустимых уровней излучения, устанавливаемых настоящим документом.

Теоретические оценки, как правило, являются приближенными. В рекомендациях по применению таких оценок здесь и далее рассматривается наиболее распространенный тип оптических средств наблюдения, у которых диаметр выходного зрачка меньше или равен 7 · 10^-3 м (теоретический диаметр зрачка глаза), а потери излучения, связанные с поглощением и отражением на поверхностях оптических элементов и т.д., пренебрежимо малы.

Применение оптического средства наблюдения с увеличением (кратностью) k с позиций безопасности эквивалентно увеличению диаметра ограничивающей апертуры в k раз.

Таким образом, для определения предельно допустимых уровней энергии излучения при прямом наблюдении коллимированных пучков с помощью оптических приборов следует нормировать энергию или мощность излучения, прошедшего через ограничивающую апертуру диаметром k · 7 · 10^-3 м, расположенную в плоскости входного зрачка прибора. Значения и не должны превышать W_пду и Р_пду, определяемых пунктами 3.4 и 3.5.

Пример 8.

Для создания оптических эффектов при проведении музыкального шоу используется непрерывный гелий-неоновый лазер, излучение которого при сканировании может оказаться направленным в зрительный зал. Определить предельно допустимую мощность лазера с учетом того, что отдельные зрители, занимающие ряды дальше седьмого, могут пользоваться театральными биноклями с кратностью k = 2,5. Диаметр пучка в плоскости 1-го ряда м, на уровне 7-го ряда м. Скорость сканирования в плоскости 1-го ряда ₁ = 2 м·с^-1, в плоскости 7-го ряда ₂ = 3 м·с^-1. Распределение интенсивности излучения в поперечном сечении лазерного пучка близко к однородному.

Время облучения глаз соответствует времени прохождения лазерного пучка через ограничивающую апертуру.

Для зрителей 1-го ряда

с

Для зрителей 7-го ряда

с

Соответствующие значения предельно допустимых параметров излучения с длиной волны 633 нм определяются по таблице 3.3 с учетом коэффициента гигиенического запаса, заданного пунктом 3.11.

Вт

Вт

Значение определяет предельную мощность излучения, прошедшего через апертуру диаметром 7·10^-3 м. Полная мощность лазера при этом составляет

Вт

Аналогично, для зрителей 7-го ряда, пользующихся театральными биноклями (ограничивающая апертура увеличена в 2,5 раза):

с

Вт

Вт

Таким образом, использование театрального бинокля существенно повышает опасность повреждения глаз. Мощность лазера при рассмотренных условиях не должна превышать 4,7·10^-4 Вт.

Пример 9.

Оптик проводит юстировку выходного зеркала гелий-кадмиевого лазера, работающего в непрерывном режиме, используя диоптрийную трубку с кратностью k > 1. Длина волны излучения  = 441 нм. Мощность генерируемого излучения, возникающего в первой стадии юстировки, - до 1,5 · 10^-3 Вт. Диаметр пучка излучения не превышает 3 мм.

Определить пропускание защитного светофильтра T, устанавливаемого перед диоптрийной трубкой для обеспечения безопасной работы.

Длительность воздействия на глаза примем равной времени реакции мигания: t = 0,25 с.

Значение предельно допустимой мощности излучения с длиной волны 441 нм при прямом облучении глаз и ограничивающей апертуре диаметром 7 · 10^-3 м определяется по табл.3.3 (рис.3.4) с дополнительным коэффициентом запаса для хронического воздействия, в соответствии с п.3.5.

Вт

В рассматриваемом случае диаметр пучка излучения существенно меньше диаметра ограничивающей апертуры на входе диоптрийной трубки, равного k · 7 · 10^-3 м. На выходе оптической системы трубки диаметр пучка уменьшается до величины, равной d_п / k, что также существенно меньше теоретического диаметра зрачка (7 · 10^-3 м). Таким образом, практически все излучение лазера проходит через зрачок глаза, а приведенное выше значение Р_пду определяет предельно допустимое значение общей мощности излучения P', прошедшего защитный светофильтр: P' = Р_пду.

Аналогичный результат был бы получен и для случая прямого облучения глаз без использования оптического средства наблюдения, так как и здесь диаметр пучка d_п меньше теоретического размера зрачка.

Иными словами, использование диоптрийной трубки не привело к увеличению опасности для глаз.

Последний вывод иллюстрирует общее правило, согласно которому применение оптических инструментов для наблюдения коллимированных лазерных пучков диаметром меньшим диаметра зрачка глаза не повышает степени опасности повреждения сетчатки.

Возвращаясь к решению поставленной задачи, определим минимально допустимую величину пропускания защитного фильтра Т для излучения с длиной волны 441 нм.

П2.2.2. Рассеянное или диффузно отраженное излучение

Если источником излучения является протяженный объект, использование для наблюдения оптических приборов не приводит к заметным изменениям энергетической экспозиции или облученности сетчатки глаза (здесь, как и ранее, рассматриваются оптические приборы, у которых диаметр выходного зрачка меньше теоретического диаметра зрачка глаза, а потери излучения пренебрежимо малы). Это обусловлено тем, что увеличение энергии излучения, прошедшего через зрачок глаза, в k² раз (k >> 1 - увеличение или кратность прибора) сопровождается увеличением площади изображения на сетчатке в такое же число раз. Указанное правило применимо, если видимый угловой размер излучающего объекта  без оптических средств наблюдения превышает _пред = 2 · 10^-3 рад, а k ·  >> 2 · 10^-3 рад.

При оценке изменений ПДУ для глаз, связанных с использованием оптических приборов, необходимо принимать во внимание наблюдаемое увеличение видимого углового размера источника излучения, которое составляет ^оп = k · .

Формула, определяющая поправочный коэффициент B в п.3.4.2, с учетом возможности использования оптического средства наблюдения, перепишется в виде:

B = B₁ (k · )² + 1 (k ·  > _пред)

B = 1 (k ·   _пред)

Пример 10.

При проведении хирургической операции используется лазерный скальпель на основе аргонового лазера и операционный микроскоп с увеличением k = 100. Мощность отраженного от тканей и попадающего на входной зрачок микроскопа излучения P = 0,1 Вт. Длина волны излучения - 514 нм. Диаметр сфокусированного пучка на операционном поле: d_п = 10^-4 м. Длительность непрерывной работы с лазерным излучением t = 120 с.

Определить пропускание T защитного светофильтра, обеспечивающего безопасную работу хирурга.

По табл.3.4 (рис.3.5) с учетом поправочного коэффициента для хронического воздействия (п.3.5) найдем предельно допустимую мощность прямого облучения глаз коллимированным потоком излучения с длиной волны 514 нм: Р_пду = 1,2 · 10^-6 Вт.

Изображение операционного поля наблюдается в микроскопе на расстоянии наилучшего видения – 25 · 10^-2 м. Таким образом, видимый угловой размер источника излучения ^оп составляет

рад

Поправочный коэффициент B и значение Р_пду (п.3.4.2) определяются по табл.3.5:

B = 10³ (^оп)² + 1 = 2,6

Вт

Таким образом, пропускание защитного фильтра на длине волны 514 нм не должно превышать

П2.3. Предельно допустимые энергетические параметры некоторых типов лазеров при хроническом воздействии

Предельно допустимые значения нормируемых энергетических параметров излучения лазеров при хроническом воздействии на глаза и кожу приведены в таблице 2П.1.

Таблица 2П.1

Предельно допустимые энергетические параметры излучения некоторых лазеров при хроническом воздействии