Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Естествознание arrow Защита техносферы от воздействия физических полей и излучений. Т.3 Виды физических полей и излучений
Посмотреть оригинал

РАСЧЁТ БЕЗОПАСНОЙ ЗОНЫ ДЛЯ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

На характер и степень производимого вредного действия оказывают влияние многие факторы: направленность лазерного луча, длительность импульса излучения, пространственное распределение энергии в луче, различия в структуре различных участков сетчатки и ее пигментации, а также особенности фокусировки каждого отдельного глаза. Особенно опасно, если лазерный луч пройдет вдоль зрительной оси глаза.

В ряде случаев имеет место воздействие как прямого, так и зеркально отраженного лазерного излучения на отдельные органы человека, а также диффузно отраженного излучения на организм человека в целом. Результатом такого воздействия в ряде случаев оказываются различные функциональные изменения центральной нервной системы, эндокринных желез, увеличение физического утомления и др.

Для других типов оптических квантовых генераторов и режимов их работы необходимо полностью исключить воздействие ЛИ на персонал при помощи защитных средств.

Для количественной оценки прямого и отраженного излучения и определения зон безопасности вокруг лазерных установок можно использовать обычные формулы лучевой оптики. Необходимо при этом иметь в виду, что защита расстоянием мало эффективна ввиду слабого расхождения лазерного луча.

Для оценки опасности действия ЛИ в производственных условиях необходимо провести расчет лазерно-опасной зоны.

Расчет границ лазерно-опасной зоны. Лазерно-опасная зона (ЛОЗ) - это часть пространства, в пределах которого уровень ЛИ превышает ПДУ. Методы расчета границы ЛОЗ зависят от длины волны излучения.

Уравнение, определяющее границу ЛОЗ, имеет вид

s(r) п - (я)

где V / - вектор Поинтинга в точке с радиусом-вектором V /.

Расчет границы ЛОЗ при воздействии излучения на кожу и при воздействии излучения УФ- (180 < х < 380 нм) и дальнего ИК- диапазонов спектра (1400 <А<10 5 нм) на глаз.

Для источника с равномерным распределением энергетической светимости уравнение, определяющее границу ЛОЗ, имеет вид

где @ - угол между нормалью к поверхности источника и направлением на рассматриваемую точку пространства; ' - радиус пучка излучения, см; U - безразмерный параметр, вычисляемый по формулам в зависимости от длины волны:

При воздействии ЛИ на кожу и при воздействии излучения УФ (180 < А, < 380 нм)

где Wj - энергия, генерируемая лазером за рабочий день, Дж; - предельно допустимый уровень суммарной энергетической экспозиции (табл. 6.4), Дж/см2 V - радиус пучка (источника) излучения, см.

Таблица 6.4

Значения для различных длин волн__

А, мкм

От 0,2 до 0,21

Св. 0,21 до 0,215

Св. 0,215 до 0,29

Св. 0,29 до 0,3

Св. 0,3 до 0,37

Св. 0,37 до 0,4

Нь

Дж/см2

1 10‘8

1 КГ7

1 10'6

1 10°

1 1СГ4

2 КГ3

При воздействии ЛИ дальнего ИК-диапазонов спектра (1400 < X < 10 5 нм )

где W0 - энергия, генерируемая лазером за время однократного воздействия, Дж; Нпду - предельно допустимый уровень энергетической экспозиции, Дж/см2 (табл. 6.5); г - Радиус пучка (источника) излучения, см; Ki - коэффициент, зависящий от частоты повторения импульсов и длительности серии импульсов, приведен в табл. 6.6

При U » 1 уравнение для определения границы ЛОЗ имеет вид

Источники с гауссовским распределением энергетической светимости при значении параметра U > 30 можно рассматривать как источники с равномерным распределением энергетической светимости и расчет границ ЛОЗ проводить по формулам (6.2 или 6.5).

Расчет границы ЛОЗ при воздействии излучения ближнего ИК диапазона спектра (750< 1 < 1400 нм) на глаз

Для расчета вводят безразмерный параметр Up, равный

где г3 - радиус зрачка глаза, см; U„ - безразмерный параметр, вычисляемый по формуле

W0 - энергия, генерируемая лазером за время однократного воздействия, Дж; Н„дуи) - предельно допустимый уровень энергетической экспозиции для различных длин волн в зависимости от длительности одиночного импульса излучения, Дж/см2 (табл. 6.8); К2 - значения коэффициента в зависимости от частоты повторения импульсов и длительности серии импульсов приведены в табл. 6.7.

Таблица 6.5

ПДУ энергетической экспозиции роговицы глаза ЛИ Нпду, Дж/см", с длиной волны свыше 1,4 мкм и кожи свыше 0,4 мкм в зависимости от _длины волны X и длительности импульсов т_

т, с

X, мкм

От 0,4 до 0,73

Св. 0,73 до 2,4

Св. 2,4 до 5,6

Св. 5,6 до 9,3

Св. 9,3 до 20

Ю'9

Тку1

Тку2

Тку1

1 10'4

4 10’5

КГ8

4 Ю'3

2 Ю'2

2 10 3

2 10 4

8 10'5

КГ'

Тку1

4 102

4’10 '3

4 104

2 10 '4

ТР

Тку3

Г 10'1

Г 10'2

Г 10'3

4’10 '4

кг5

4 Ю'2

2 10'1

2 ‘ 10 '2

2 10'3

8 10'4

т

о

1 Ю'1

6•10 -1

6 10'2

6 10'3

2 10'3

10’3

4 Ю'1

2

2 10'1

2'10 '2

8 10'3

КГ2

1

5

5 • 10'1

5 10'2

2 10'2

кг1

1

210 1

2

2 10'1

8 10'2

ТР

10

6 10 1

6

6•10 •1

2 10'1

101

4 10

2 102

210'

2

8 10'1

102

2 102

103

102

10

4

103

8 102

4 10 3

4 ’ 10 2

410 1

2 10 1

104

4 103

2 10 4

2 10 3

2 102

8 10 1

3 104

8 103

4 10 4

4 10 3

4 10 2

2 102

Таблица 6.6

Значения коэффициента Ki

Длите- льность серии импульсов т, с

До

2

Св. 2 до 10

Св. 10 до 50

Св. 50 до 100

Св.100 до 250

од

1

3,6 ю

1,4 10 ?'

8,3 10 '2

3,6 10'2

1,0

1

3,2 10 '2

1,2 10 1

7,3 ? 10'2

3,2' 10 '2

10

1

2,4'10 ?'

9,2 ПО'2

5,4 10 '2

2,4 10'2

100

1

1,3 10

5,0 10 '2

2,9 10'2

1,3 ю -2

1000

1

5,3 • 10 ‘2

2,0 ПО'2

1,2 10 -2

5,3 ? 10 ~3

10000

1

1,8 10 ‘2

7,1 10 '3

4,2- 10 ~3

1,8 10 ~3

3 ю4

1

1,1 10^

4,2 10‘J

2,5 ? 10

1,1 10 3

Таблица 6.7

Поправочный коэффициент Кл

Длитель- ность серии импульсов т, с

До 2

Св. 2 до 10

Св. 10 до 50

Св. 50 до 100

Св.100 до 250

0,1

1

5,7 • 10 ?'

3,9 10 1

2,9 10 ?'

1,6 10'1

1,0

1

3,8 • 10 ?'

2,6 10 ?'

1,9 10'1

1,1 10'1

10

1

1,8 10'1

1,2 10 1

9,2 10‘2

5,1 10‘2

100

1

6,9 10 '2

4,6 10‘2

3,5 10 '2

1,9 10 ‘2

1000

1

2,3 10‘2

1,6 10‘2

1,2 10'2

6,5 10‘3

10000

1

7,5 • 10 '3

5,1 10‘3

3,8 • 10

2,1 10

3 ю4

1

4,3 10‘3

2,9 10

2,2 10‘3

1,2 10

Радиус зрачка зависит от фоновой освещенности роговицы глаза Еф. Значение г3 можно определить по следующим данным (табл. 6.8).

Таблица 6.8

Еф, лк

10'2

4 10'1

8

100

2 103

3 104

3 105

Гр см

0,4

0,35

0,3

0,25

0,2

0,15

0,1

При значении безразмерного параметра Up> 4 106 границу ЛОЗ вычисляют по формуле

При Up < 4 106 расчет границы ЛОЗ проводят по формуле

Расчет границы ЛОЗ при воздействии излучения видимого диапазона спектра (380 < / < 750 нм) на глаз

Для излучения видимого диапазона спектра при расчете границы ЛОЗ учитывают опасность излучения, выражающуюся в виде первичных и вторичных эффектов. За границу ЛОЗ в этом случае принимается максимальное значение R(0).

Для расчета ЛОЗ необходимо определить безразмерные параметры: Up - по формуле (6.16);

где U„ - безразмерный параметр, учитывающий первичные биологические эффекты, определяется по формуле (6.17); Ue - безразмерный параметр с учетом вторичных биологических эффектов. Определяется по формуле (6.21):

где W0 - энергия, генерируемая лазером за время однократного воздействия, Дж; п - количество воздействий излучения на глаз за рабочий день; определяется по формуле п = Тf где Т - время работы лазерной установки за рабочую смену; /- частота импульса; Нпду (А,) - значения ПДУ для различных длин волн приведены в табл. 6.9.

При расчете ЛОЗ используются формулы, указанные на схеме рис. 6.5.

Кривая на рис. 6.1 показывает зависимость параметра |/ от Up (угол 0=0 и 80 °), при котором степень опасности излучения по первичным эффектам равна степени опасности излучения по вторичным биологическим эффектам.

Значения Нпду (А,) для различных длин волн

Таблица 6.9

X, мкм

От 0,4 до 0,44

Св. 0,44 до 0,48

Св. 0,48 до 0,62

Св. 0,62 до 0,67

Св. 0,67 до 0,71

Св. 0,71 до 0,73

Нпду (А) Дж/см2

2,8 10'5

4,6-104*

6,5 IQ'7

2,4 10'6

3,8-10'5

6,2 10'4

з

При U,, >6 10 источники излучения с гауссовским распределением энергетической светимости можно рассматривать как источники с равномерным распределением энергетической светимости.

При Up < 6 10 необходимо численно решать уравнения вида

s(r)

(6.11) после подстановки в них выражения для ° / и ПДУ энергетической экспозиции роговицы глаза.

Таблица 6.10

ПДУ энергетической экспозиции Нцду(ти), Дж/см , на роговице глаза в зависимости от длительности импульсов т и длины волны из- лучения X при угловом размере источника излучения а = 10 рад и максимальном диаметре зрачка глаза d3 = 0,8 см

т, с

От 0,4 до 0,42

Св. 0,42 до 0,45

Св. 0,45 до 0,90

Св. 0,90 до 1,10

Св. 1,10 до 1,20

Св. 1,20 до 1,30

10'у

5,1 10'6

3,1 10'6

1,8 10'6

2,2

10'h

5,1

10'h

1,5

10°

10'х

9,2 10-6

5,6 10'6

3,2 10'h

4,0

10'6

9,2

10 _6

2,8

10'5

ю ?'

СТ

о

9,9 ть

5,7 10‘6

7,1

10'6

1,6

10°

5,0

10'5

ю-(

3 10‘5

1,8 10'3

о

о

1,3

10°

3,0

10°

9,1

10°

10'5

5,1 10°

3,1 10'5

00

о

2,2

10°

5,1

10°

1,5

10'4

ю -4

9,2 1C4

5,6 10'5

3,2 10'5

4,0

10°

9,2

"кг3

2,8

10'4

10'3

1,6 1C4

9,9 10'5

5,7 10'3

7,1

10°

1,6

10'4

5,0

10'4

10'2

3,0-1 O’4

1,8 1C4

1,0 10'4

1,3

10'4

3,0

10'4

9,1

10'4

10 ?'

5,1 10'4

3,1 1C4

1,8 10'4

2,2

10'4

5,1

10'4

1,5

10'3

0,25

6,5 10'4

4,0 Ю”4

2,3 10'4

2,8

10'4

6,5

10'4

2,0

10'3

"То15

9,2 1C4

5,6 1C4

3,2 10'4

4,0

10'4

9,2

10'4

2,8

10'3

10 1

Ъ

о

й.

9,9 1C4

5,7 10'4

7,1

10'4

1,6

10'3

5,0

10'3

10 2

о

о

1,8 10'3

о

о

1,3

10'3

3,0

10'3

9,1

10'3

103

5,1 10'3

3,1 10'3

1,8 10'J

2,2

10'3

5,1

10'3

1,5

10'2

ю4

9,2 10'3

5,6 10'3

3,2 10'J

4,0

10'3

9,2

10'3

2,8

10'2

3 ю4

1,2 10'2

7,4 10'3

4,2 10'J

5,3

10'3

1,2

10'2

3,7

10'2

При написании главы 7 использованы материалы, опубликованные в [6.1-6.12].

Схема к расчету границы лазерно-опасной зоны при воздействии излучения видимого диапазона спектра на глаз

Рис. 6.5. Схема к расчету границы лазерно-опасной зоны при воздействии излучения видимого диапазона спектра на глаз:

 
Посмотреть оригинал
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

Популярные страницы