Чем опасно лазерное излучение
Влияние лазерного излучения на организм человека
Лазер (laser, акроним от light amplification by stimulated emission of radiation «усиление света посредством вынужденного излучения») – устройство, которое излучает интенсивный, направленный луч света. Он имеет множество полезных применений, но неконтролируемое воздействие лазера на человека вредно для здоровья. Наиболее частая причина повреждения тканей, вызванного лазером, имеет термическую природу, когда белки ткани денатурируются из-за повышения температуры после поглощения лазерной энергии.
Человеческое тело уязвимо для излучения определенных лазеров, и при определенных обстоятельствах их воздействие может привести к повреждению глаз и кожи. Исследования, касающиеся пороговых значений повреждения глаз и кожи, были проведены для понимания биологических опасностей лазерного излучения. Сейчас широко признано, что человеческий глаз почти всегда более уязвим для травм, чем человеческая кожа.
Только эффективная работа отдела по охране труда может защитить работников от опасных излучений. Мы помогаем предприятиям обеспечить безопасность путем аудита, измерений и разработки документов.
Как лазерный луч повреждает ткани?
Лазерное излучение достаточной интенсивности и продолжительности воздействия может привести к необратимому повреждению кожи и глаз человека. Наиболее распространенной причиной повреждения тканей, наведенного лазером, является термальная природа. Это процесс, при котором белки ткани денатурируются из-за повышения температуры после поглощения энергии лазера. Процесс термического повреждения обычно осуществляется лазерами, воздействующими в течение более 10 микросекунд при длине волны от ближнего ультрафиолетового до дальнего инфракрасного диапазона (0,315 — 103 мкм).
Фотохимические реакции являются основной причиной повреждения тканей после воздействия либо ультрафиолетового излучения (200 — 315 нм) в течение любого времени экспозиции, либо «коротковолнового» видимого излучения (400 — 550 нм), когда экспозиция превышает 10 секунд. Повреждение ткани также может быть вызвано после воздействия очень короткого лазерного импульса.
Текущие данные указывают на то, что основной причиной поражения является тепловой процесс, в котором эффекты отдельных импульсов складываются. Как острое, так и хроническое воздействие всех форм оптического излучения может вызывать повреждение кожи разной степени.
Насколько опасно лазерное излучение?
Для обычных лазерных источников в диапазоне от 0,3 до 1,0 мкм почти 99% излучения, проникающего в кожу, поглощается, по крайней мере, в наружных 4 мм тканей.
Основные тепловые эффекты лазерного воздействия зависят от следующих факторов:
При длинах волн более 400 нм реакция кожи на поглощенное оптическое излучение по существу является термически индукцированным некрозом. Этот вид травмы может быть вызван любым источником оптического излучения с аналогичными параметрами и поэтому не является реакцией, специфичной для лазерного излучения. По причинно-следственной связи и клиническому виду она похожа на глубокий электрический ожог.
Многочисленные типы лазеров были исследованы довольно широко для лечения кожных заболеваний. Конечно, повреждение кожи имеет меньшее значение, чем повреждение глаз; однако с расширением использования более мощных лазерных систем, незащищенная кожа персонала, использующего лазеры, может подвергаться более часто опасным уровням.
При импульсном лазерном излучении, в том числе и при облучении в течение пикосекунд, в тканях могут возникать и другие вторичные реакции. Это может в конечном итоге активизировать рост раковых клеток.
Опасности работы с лазером
Неправильно используемые лазерные устройства потенциально опасны. Воздействие может варьироваться от мягких ожогов кожи до необратимых повреждений кожи и глаз. Биологический ущерб, наносимый лазерами при неправильной работе с ними, возникает в результате термических, акустических и фотохимических процессов.
Тепловые эффекты вызываются повышением температуры после поглощения лазерной энергии. Степень повреждения зависит от нескольких факторов, включая длительность воздействия, длину волны, ее энергию, а также площадь и тип ткани, подвергнутой воздействию пучка.
Воздействие лазерного луча может также вызвать фотохимические эффекты, когда фотоны взаимодействуют с клетками ткани. Изменение химии клеток может привести к повреждению или изменению ткани. Фотохимические эффекты в значительной степени зависят от длины волны.
Как обезопасить работников, использующих лазер? Обратитесь к нашим специалистам по охране труда для проведения комплексной санитарно-гигиенической оценки условий труда, что позволит сделать работу Ваших сотрудников безопасной.
Разновидности лазеров
Промышленные лазеры используются для резки и сварки. Медицинские лазеры используются для лечения глаз, а также в микрохирургии, нейрохирургии и дерматологии. Лазеры используются в оптических волокнах, дисплеях, контрольно-измерительных приборах, системах безопасности, съемке и юстировке, оптических радарах, голографии и даже в игрушках.
Лазеры классифицируются по степени опасности в зависимости от их способности травмировать людей. Лазеры класса 1 не опасны. Лазеры класса 2 обычно не опасны, поскольку достаточную защиту обеспечивают нормальные реакции отвращения — автоматический рефлекс глаза, чтобы моргать и смотреть в сторону от яркого или внезапного воздействия света. Лазеры класса 3 опасны там, если глаза подвергаются воздействию прямых лазерных лучей или лазерного света от отражающих поверхностей. Даже диффузные отражения лазеров класса 4 опасны для глаз, а прямой луч создает опасность возгорания и серьезную опасность для кожи.
Потенциальные опасности лазерных лучей
Лазерные лучи могут повредить глаза или кожу. Риск повреждения глаз лазерным светом и высокой температурой вызывает особую озабоченность, поскольку глаза фокусируют и усиливают попадающий в них свет. Многократное воздействие лазеров с относительно малой мощностью или однократное воздействие лазеров средней мощности может вызвать долговременное повреждение зрения или незначительное повреждение кожи. Воздействие интенсивного излучения лазеров может вызвать депигментацию, серьезные ожоги и возможное повреждение нижележащих органов. Лазеры большой мощности также могут стать причиной возгорания.
Лазеры могут создавать опасность из-за переносимых по воздуху загрязнителей, выделяемых во время использования лазера, побочного излучения, электричества высокого напряжения, криогенных охлаждающих жидкостей и летающих частиц во время лазерной резки или сварки.
Типы воздействия лазерных лучей
Воздействие лазерного луча не ограничивается прямым воздействием луча. В частности, при работе с мощными лазерами воздействие отражений может быть столь же вредным, как и воздействие первичного луча.
Внутрилучевое воздействие означает, что глаза или кожа подвергаются прямому воздействию всего лазерного луча или его части.
Отражения от зеркальных поверхностей могут быть почти такими же вредными, как и воздействие прямого луча, особенно если поверхность плоская. Изогнутые зеркальные поверхности расширят луч так, что, хотя облученный глаз или кожа не поглощают полного воздействия луча, существует большая площадь для возможного облучения.
Зеркальные поверхности, которые не являются полностью плоскими, такие как ювелирные изделия или металлические инструменты, могут вызывать диффузное отражение луча. Эти отраженные лучи не несут полную мощность или энергию первичного луча, но все же могут быть вредными, особенно для мощных лазеров. Отражения от лазеров класса 4 способны инициировать пожары.
Влияние лазера на глаза
Основная опасность, связанная с лазерным излучением, заключается в воздействии на глаз. Свет вызывает биологический ущерб как в результате температурных воздействий из-за поглощенной энергии, так и в результате фотохимических реакций.
Основной вид повреждения зависит от длины волны света и от ткани, которую подвергают воздействию. Считается, что для контроля опасностей, связанных с лазерами, повреждение происходит главным образом из-за температурных воздействий, а важнейшими органами являются глаза и кожа.
Если на вашем предприятии используется лазерное оборудование мы советуем воспользоваться нашими услугами.
Как работает глаз?
Глаз можно концептуально рассматривать как слегка сплющенный шар, который прозрачен для света, проходящего через диафрагму зрачка и который имеет эффективный поглотитель света на внутренней стороне (поверхности сетчатки), напротив диафрагмы. Прозрачная область глаза включает в себя несколько структур, которые управляют попаданием света на сетчатку.
Роговица является основной преломляющей структурой глаза. Из-за различий в показателях преломления воздуха и роговицы, более 80 процентов преломления света происходит внутри глаза. Хрусталик является динамической преломляющей средой в глазу и отвечает за фокусировку света. Сетчатка является светопоглощающей структурой глаза, содержащей нейронные рецепторы, которые инициируют зрительный процесс. Слепое пятно на поверхности сетчатки расположено в точке, где оптический нерв попадает в глаз. Центральная ямка желтого пятна — это та часть сетчатки, которая наиболее чувствительна к деталям и которая различает цвет. Эта структура находится в центральной части сетчатки.
Последствия попадания лазера в глаза
Различные структуры глаза по-разному передают, отражают и поглощают оптическую энергию. Пропускная способность среды глаза такова, что воздействие на сетчатку оказывается при длинах волн лазера от 400 нм до 1400 нм. Свет этого диапазона фокусируется на сетчатке, откуда сигналы поступают в мозг по зрительному нерву. При взгляде прямо на точечный источник света (что случается при прямом попадании в глаз пучка лазерных лучей), на сетчатке формируется фокусное пятно малой площади, с высокой плотностью энергии, что с большой вероятностью приводит к повреждению глаза. Мы подвергаем себя, в определенной степени, той же опасности, когда прямо смотрим на солнце, только в случае лазеров, она еще больше. За пределами этого диапазона поражаются структуры, отличные от сетчатки глаза.
Возможное место повреждения глаза напрямую связано с длиной волны лазерного излучения. При попадании лазерного излучения в глаз наблюдаются следующие эффекты:
Дополнительные сведения о повреждении глаза лазером:
Первое правило лазерной безопасности: никогда ни при каких обстоятельствах не смотрите лазерный луч! Если вы можете предотвратить попадание лазерного луча и его отражений в глаз, вы сможете предотвратить болезненные травмы и потерю зрения.
Чем опасно лазерное излучение
Термин «лазер» является акронимом. Слово расшифровывается как «Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation» (усиление светового излучения путем стимуляции его эмиссии). Следовательно, лазер представляет собой устройство, которое вырабатывает и усиливает световое излучение. Механизм его действия, т. е. стимуляция эмиссии, был открыт Эйнштейном в 1917 г. Лазеры различаются в зависимости от излучаемой мощности (от нескольких милливатт в гелий-неоновом лазере до тысяч ватт в углекислотном). Лазеры способны работать либо в постоянном, либо в импульсном режиме, генерируя миллионы ватт энергии при каждом импульсе.
1. Дивергентность. Свет, испускаемый лазером, практически не подвергается дивергенции (не отклоняется от осевой линии луча). В связи с этим энергия в луче не рассеивается. Дивергенция лазерного пучка света измеряется в миллирадианах, или 1 х 10-3 радиана. В круге имеется 2 радиана — следовательно, один миллирадиан соответствует примерно 3 мин на дуге. Типичный гелий-неоновый лазер имеет номинальную дивергенцию, равную 0,5—1,5 миллирадиан (мрад).
2. Монохроматичность. Свет лазера весьма близок к монохроматичности. Термин «монохроматичность» подразумевает присутствие света одного цвета или одной длины волны. На деле очень мало лазеров генерирует свет только одной длины волны. Обычный гелий-неоновый лазер испускает свет с длиной волны 632— 638 нм, соответствующий оранжево-красной части спектра и 1150—3390 нм, приближается к инфракрасной полосе и захватывает ее до середины. Гелий-неоновый лазер разработан для того, чтобы получать свет только одной длины волны из трех возможных, поэтому разброс в данной полосе длин волн незначителен.
3. Когерентность. Когерентность — это особое взаимоотношение между двумя волновыми процессами. Волны с одинаковой частотой, фазой, амплитудой и направлением распространения считаются пространственно когерентными. На сегодняшний день не известно ни одного источника света, который испускал бы строго когерентный свет, однако луч лазера настолько близок к когерентности, что во многих практических ситуациях его можно считать строго когерентным.
4. Высокая интенсивность. Свет лазера бывает очень интенсивным. Солнце на уровне своей поверхности испускает около 7 х 1010 BT/см2/Sr/um. Имеющиеся на сегодняшний день лазеры продуцируют более 1 х 1010 BT/cM2/Sr/um.
На рисунке ниже отмечено место лазерного излучения в электромагнитном спектре.
а) Виды лазеров. К лазерам, генерирующим ультрафиолетовые лучи, относятся следующие: эксимер (возбужденный димер) и лазер на иттрий-аллюминиевом гранате с неодимом (Nd:YAG). Лазеры, испускающие видимый спектр, — аргоновый, криптоновый, цветовой лазер и лазер на иттрий-аллюминиевом гранате с неодимом. Лазеры, генерирующие инфракрасные лучи, — углекислотный лазер и лазер на иттрий-аллюминиевом гранате с неодимом.
б) Применение. Лазеры могут использоваться для разрушения микроскопических участков ткани, которые слишком малы и неразделимы с помощью лезвия. За счет изменения длины волны лазерный луч может быть адаптирован к конкретному виду ткани. Это необходимо, поскольку различные ткани поглощают свет определенного цвета. В медицине применяется 4 основных вида лазеров, вошедших в обиход 15—20 лет назад. Это углекислотный, аргоновый, не-одим/YAG и рубиновый лазеры. (В названии указано вещество, которое испускает свет и тем самым определяет длину волны лазерного луча.) На современном этапе уже разработаны устройства, позволяющие использовать луч света чуть ли не во всех сферах.
Фиброоптические волокна теперь могут проникать в такие места, которые раньше считались практически недосягаемыми, например в мелкие кровеносные сосуды. Лазеры коагулируют патологические сосудистые сплетения в желудочно-кишечном тракте, предотвращая потенциально смертельные кровотечения. Тепловая энергия лазера приводит к облитерации патологических сосудов. Лазерами дробят мочевые камни, причем лечение лазером дешевле, чем ударно-волновая литотрипсия. Оно может проводиться даже тогда, когда камни оказываются неуязвимыми для ударной ультразвуковой волны. Патологическое разрастание кровеносных сосудов в сетчатке глаза (частое осложнение сахарного диабета) можно устранять светом лазера; тот же лазерный луч способен проделывать каналы для оттока влаги из камер глаза при лечении глаукомы.
Самая новейшая сфера применения — воздействие на атеросклеротические бляшки в артериях. Цель состоит в иссечении бляшки путем подведения лазерного луча через оптоволоконный зонд. Проведение катетера, внутри которого проходит фиброоптика и лазерный канал, в коронарную артерию стало реальностью. Трудность состоит в том, чтобы точно атаковать непрерывно движущуюся цель, посылая пульсирующую с частотой в тысячи герц энергию и прослеживая отражение и флюоресценцию от каждого импульса. Еще предстоит научить лазер отличать нормальные ткани от патологических. Процесс может повторяться за 1 с много раз до тех пор, пока вся бляшка не отделится.
в) Риск при использовании лазера:
1. Излучение. Большинство лазеров требует подведения тока высокого напряжения, превышающего 15 000 В.
2. Пожароопасность. Импульсный лазер способен воспламенить спирт в краске. Луч углекислотного лазера может поджечь материал, из которого сделана простыня больного.
4. Токсичные химические вещества. Органическая краска может оказывать токсическое действие. Инфракрасные красители обладают канцерогенными свойствами. В процессе резки, сварки и нагревания могут выделяться монооксид углерода, токсичные хлор- и фторсодержащие газы.
5. Нелазерное оптическое излучение (например, флюоресценция через боковые стенки трубки и b-аргонионный лазер, позволяющая интенсивному ультрафиолетовому излучению распространяться в стороны от излучателя) иногда вызывает «солнечные» ожоги.
6. Высокий уровень шума. Ряд лазеров издает звук в момент вспышки, а некоторые даже получили названия в соответствии с издаваемыми звуками, как, например, «Молотилка», «Реактивный самолет».
7. Разлет опухолевых клеток. Клетки злокачественных опухолей могут разлетаться в разные стороны из-за парообразования.
8. Удар электрического тока высокого напряжения:
а. Избавьтесь от всех токопроводящих предметов (личные жетоны и т. п.).
б. При операции должен присутствовать человек, обученный приемам сердечно-легочной реанимации.
в. Заготовьте доску или веревку, которой можно оттащить попавшего под высокое напряжение.
г. Используйте толстые резиновые напольные коврики.
д. Проконтролируйте исправность электрической подводки, прежде чем открывать помещение, где находится лазер.
е. Талоны могут явиться причиной воспламенения.
г) В условиях стационара. FDA считает своим долгом предупредить всех врачей, персонал операционных, администраторов больниц и других сотрудников об опасности развития газовой или воздушной эмболии в тех случаях, когда для охлаждения наконечника волоконного лазерного зонда или для инсуффляции при выполнении внутриматочных процедур используется газ или воздух. Эмболия возникает в той ситуации, когда под давлением начинают нагнетать газ в сосудистую систему. FDA настойчиво рекомендует не использовать газ или воздух в указанных целях. Жидкость в качестве раздувающей среды позволяет достичь достаточной визуализации и одновременно охлаждает наконечник.
д) Клиническая картина. Большинство несчастных случаев происходит во время настройки прибора и наведения луча, когда работники позволяют себе работать без защитных темных очков. Лазерное излучение может либо поглощаться биологическим субстратом, либо рассеиваться, либо отражаться от него. В большинстве случаев имеет место комбинация всех перечисленных физических явлений. Однако биологический эффект обусловлен только поглощением. При длине волны от 280 нм до 3,0 мкм в инфракрасном спектре отражение может превышать 10 %, и одновременно большое количество энергии способно проникнуть вглубь, поэтому рассеяние в данном случае определяет итоговое воздействие на ткань-мишень.
е) Глаза. Если говорить о видимой части спектра и инфракрасном излучении (ИКИ), то, как правило, именно на глаза лазерное излучение действует в первую очередь. Повреждение сетчатки в области желтого пятна, самой чувствительной зоны, немедленно дает о себе знать, проявляясь тяжелой симптоматикой. Воздействие на близлежащие ткани или по периферии сетчатки может лишь в минимальной мере сказаться на зрении, а во многих случаях остается совсем не замеченным пострадавшим. Иногда после необширного ожога желтого пятна можно рассчитывать на ограниченное восстановление зрения, но это происходит л ишь через несколько месяцев после экспозиции.
Инфракрасный свет с длиной волны более 1,4 мкм способен вызвать термический ожог роговицы и конъюнктивы. Влияние ультрафиолетового лазерного излучения на биологический субстрат такое же, как при воздействии некогерентного ультрафиолета. Его следствием являются светобоязнь, слезотечение, конъюнктивальные выделения, поверхностная эксфолиация и смазанность стромального рисунка. Роговичный эпителий, по всей видимости, травмируется в результате фотохимической денатурации белков. Облучение роговицы светом в полосе УФ С (100-280 нм) и УФ В (280-315 нм) чревато развитием фотокератита. Эта патология обычно проявляется после латентного периода, который длится от 80 мин до 20 ч, в зависимости от мощности светового воздействия. Признаки поражения — ощущение песка в глазах на фоне более или менее выраженых фотофобии, слезотечения и блефароспазма.
В полосе УФИ—А (315—400 нм) фотокератит возникает при многократном повторении эпизодов облучения большой интенсивности.
ж) Кожа. Понятно, что последствия облучения кожи лазером менее тяжелы, чем поражение глаз, так как кожа способна достаточно быстро восстанавливаться. Тем не менее воздействие интенсивного света видимой части спектра вызывает депигментацию кожи, тяжелые ожоги, которые могут даже сопровождаться патологией внутренних органов. Апертура прибора, используемого для измерения воздействия лучей на кожу, из соображений максимального ограничения площади захватываемых тканей не расширяется более чем на 1 мм.
Облучение ультрафиолетовым лазером вызывает такие же изменения в коже, что и воздействие обычного УФИ, т. е. проявляется либо эритемой сразу после облучения, либо преждевременным старением и зарождением рака кожи при хроническом воздействии. Наши познания, касающиеся дозозависимых влияний УФИ на человека, в настоящее время недостаточны, особенно ощущается недостаток в эпидемиологических исследованиях по канцерогенезу, обусловленному УФИ.
з) Применение лазерного оружия. Лазеры, используемые против человека под названием «ослепляющее оружие», дают временную потерю зрения за счет ослепления или обесцвечивания фотопигментов, не влекущую за собой развития стойкого поражения глаз. В дневное время вряд ли возможно обратимое ослепление без стойких последствий. Эта мысль дала повод предложить аналогичный лазер для вооруженных сил. Примером могут служить Royal Navy Laser Dazzle Gun и противопехотные ружья, разработанные в Министерстве обороны США в рамках осуществления программ «Dazer» и «Cobra».
Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021
— Вернуться в оглавление раздела «Токсикология»
Чем опасно лазерное излучение
Рассмотрим физическую природу лазерного излучения. В научной литературе лазерное излучение рассматривается как вынужденное испускание атомами химического вещества особых порций-квантов электромагнитного излучения. Лазерное излучение вырабатывается соответствующими технологическими установками, которые получили широкое распространение как в производственной сфере, так и в быту. Например, бытовые проигрыватели дисков содержат соответствующие лазерные оптические считывающие системы.
Конструктивно лазерные установки, как правило, состоят из встроенных активных (лазерных) сред, содержащих оптический резонатор, соответствующий источник энергии и системы охлаждения. Лазерный луч характеризуется монохроматичностью и малой расходимостью. Данные физические свойства лазерных лучей позволяют добиться эффективного локального термоэффекта за счет высоких энергетических экспозиций. Такие уникальные характеристики определяют целый ряд полезных потребительских свойств лазеров, которые широко используются для промышленной обработки материалов, в практической медицине (хирургия, терапия), косметологии и т.д.
Важно отметить особенности оптических свойств современных лазеров, которые получили применение в системах навигации, в локаторах, телекоммуникациях. Инженеры-разработчики подбирают различные вещества для активных сред лазеров. Это необходимо для того, чтобы сформировать излучение нужной длины волны – от ультрафиолетового излучения до длинноволнового инфракрасного излучения.
Промышленное применение получили определенные виды лазеров, которые характеризуются определенными длинами волн – 0,33, 0,49, 0,69, 1,06 и 10,5 мкм.
Физиологи рассматривают широкий спектр абсорбируемых частот органических молекул биологической ткани. Причем существенного значения не имеет характер излучения (монохроматичность, когерентность). Данные характеристики практически не влияют на повреждающий характер лазерного излучения. Это обусловлено явлениям теплопроводности в тканях и присущими глазу мелкими движениями, которые при относительно длительном воздействии излучения нарушают его интерференционную картину. Поэтому можно утверждать, что пропускание и поглощение излучения тканями человеческого организма специфического характера не носит и подчиняется обычным законам, присущим всем иным видам некогерентных излучений.
Поглотив определенную дозу лазерного излучения пораженные ткани подвергаются воздействию энергии, которая по своей физической природе видоизменяется, например, в тепловую, механическую, фотохимическую энергию. Такое мощное локальное энергетическое воздействие формирует соответствующие тепловые, фотохимические, ударные процессы и т.д. Наиболее уязвимым органом человека здесь является глаз. Сетчатка зрительного анализатора подвергается вредному поражающему воздействию лазеров видимого излучения (диапазон длин волн от 0,38 до 0,7 мкм), а также ближнего инфракрасного излучения (диапазон длин волн от 0,75 до 1,4 мкм).
Излучения других диапазонов не оказывая непосредственного вредного воздействия на сетчатку, могут повреждать роговицу, радужную оболочку и хрусталик глаза работника. Здесь важно отметить ряд важных физиологических особенностей зрительного анализатора человека. В частности лазерное излучения достигает сетчатки глаза, а затем попадает в оптическую систему органа зрения. При этом пучок излучения многократно усиливается (до 10 000 раз). Важно понимать, что короткие испускаемые импульсы лазерного излучения значительно по скорости опережают защитные возможности мигательного рефлекса. В тот промежуток времени (до 0,1 с), когда глаз оказывается незащищенным, короткие импульсы лазерного излучения оказывают свое вредное повреждающее действие.
Другими воротами для проникновения вредных лазерных излучений являются кожные покровы человеческого организма. Характер физического действия лазера на кожу определяется, прежде всего, длиной испускаемого излучения и индивидуальными пигментными характеристиками кожных покровов конкретного человека, его особенностями, генетической предрасположенностью. Лазерные излучения видимого спектра в большей части отражаются кожными покровами человека. Ситуация усугубляется, когда на работника воздействуют излучения дальней инфракрасной области. Такие излучения активно поглощаются кожными покровами, которые в значительной мере состоят из воды. В данном случае возникает опасность ожогов кожных покровов.
Коварным врагом человеческого организма являются лазерные излучения, характеризующиеся значениями длин волн, уровни которых несколько превышают или соответствуют установленных нормативами предельным значениям. На здоровье человека оказывается незаметное, но неумолимое вредное воздействие. Негативные эффекты от использования низкоэнергетических излучений, как правило, проявляется не сразу. У работников, в течение длительного времени обслуживающих лазерные установки, со временем выявляются различные неспецифические нарушения состояния здоровья. В перечень таких патологических состояний входят разнообразные по клинической картине неврологические и сердечно-сосудистые заболевания. У таких работников часто развиваются астенические состояния, астеновегетативные и вегетососудистые дистонии.
Поэтому важнейшее значение в профилактике физиологических расстройств состояния здоровья приобрело эффективное нормирование вредного воздействия лазерного излучения. В настоящее время получили распространение два научно-обоснованных подхода к нормированию лазерных излучений. Предметом рассмотрения первого подхода является изучение местных повреждающих эффектов на тканях и органах человека, подвергнувшихся воздействию излучения. Другой подход основывается на методиках выявления функциональных и морфологических нарушений систем и конкретных органов человеческого организма, на которые непосредственного воздействия излучения не было.
Критерии гигиенического нормирования биологического действия лазерного воздействия основаны на особой классификации в зависимости от спектра длин волн лазерных излучений. Диапазон действия лазерного излучения разделен на ультрафиолетовую область (длина волны от 0,18 до 0,38 мкм), видимую область (длина волны от 0,38 до 0,75 мкм), ближнюю инфракрасную область (длина волны от 0,75 до 1,4 мкм) и дальнюю инфракрасную область (длина волны от 0,75 до 1,4 мкм).
Величины предельных допустимых уровней излучения соответствуют принципу установления минимальных пороговых повреждениях тканей организма (кожные покровы, зрительный анализатор), которые могут быть определены современными методами обследования. Важнейшими нормируемыми параметрами лазерных излучений являются энергетическая экспозиция Н (Дж х (м/100)) и облученность Е (Вт x (м/100)), а также энергия W (Дж) и мощность Р (Вт).
В практике экспериментальных и клинико-физиологических исследований, медицинских осмотров работников, подвергшихся воздействию различного рода излучений, преобладают описанные выше неспецифические патологические состояния, а местные повреждения встречаются значительно реже.
За рубежом наиболее признанными гигиеническими нормативами являются стандарт США ANSI – Z 36 (1972 г.) и стандарт МЭК – публикация 825. В СССР нормирование лазерных излучений было установлено впервые в 1972 году. В 1981 году были введены в действие первые санитарные нормы и правила. Отечественная и западная системы нормирования различаются. Отличительной особенностью российских нормативов по сравнению с зарубежными является регламентация значений предельно-допустимых уровней лазерного излучения с учетом не только повреждающих эффектов глаз и кожи, но и с учетом функциональных изменений в организме.
На практике задача обоснования нормативов значительно усугублена тем, что имеется достаточно широкий диапазон длин волн лазерных излучений. Встречается большое разнообразие физических параметров тех или иных источников излучений, а также разнообразны соответствующие повреждающие биологические эффекты. Такого рода исследования носят комплексный характер, требуют длительного времени исследования и обобщения статистических данных, являются крайне сложными, трудоемкими и дорогостоящими.
В практике физико-биологических исследований природы вредного воздействия лазерного излучения в научной исследовательской практике получило распространение применение различных методик математического моделирования. Применение сложных алгоритмов и статистических моделей значительно ускоряет ход исследований, позволяет в ряде случаев значительно уменьшить объем экспериментальных исследований в лабораториях с использованием подопытных животных. Применение математических моделей в частности позволяет учитывать характер распределения энергии и абсорбционные характеристики облучаемой ткани.
Научные методы широко применяются для разработки новых гигиенических норм и уточнения действующих ранее нормативов. В настоящее время актуализирована и используется последняя редакция «Санитарных норм и правил устройства и эксплуатации лазеров» СНиП № 5804-91 (далее по тексту – Правила № 5804-91), которые приняты на основании результатов научных исследований и учета основных положений разработанных ранее документов (СНиП 2392-81, стандарт МЭК /публикация № 825 1984 года с изменениями 1987 года/ – «Радиационная безопасность лазерных изделий, классификация оборудования, требования и руководство для потребителей»).
Правилами № 5804-91 установлены ПДУ лазерного излучения при различных условиях воздействия на человека, классификацию лазеров по степени опасности генерируемого ими излучения, а также требования к устройству и эксплуатации лазеров, к производственным помещениям, размещению оборудования и организации рабочих мест, персоналу, состоянию производственной среды, применению СИЗ и медицинскому контролю. Кроме того значения ПДУ опасных и вредных производственных факторов на рабочем месте, оборудованном лазерной техникой, регулируются также ГОСТами, СНиПами, СН и иными документами, которые перечислены в Приложении 1 к Правилам № 5804-91. Однако многие из этих документов утратили силу или заменены новыми нормативами.
Правилами № 5804-91 установлено четыре класса опасности генерируемого излучения (см. таблицу ниже).
КЛАССЫ ОПАСНОСТИ ГЕНЕРИРУЕМОГО ЛАЗЕРАМИ ИЗЛУЧЕНИЯ
| Класс лазера | Опасно | Безопасно | Примечание |
| I | – | Для глаз и кожи | – |
или глаз
коллимированным
пучком
или глаз диффузно
отраженным излучением
или глаз
коллимированным
пучком и облучении
глаз диффузно
отраженным
излучением
на расстоянии 10 см
от отражающей
поверхности
диффузно отраженным
излучением
только на лазеры,
генерирующие
излучение
в спектральном
диапазоне II
или кожи диффузно
отраженным
излучением
на расстоянии 10 см
от отражающей
поверхности
Отнесение той или иной лазерной установки к определенному классу осуществляет предприятие-изготовитель при помощи расчетный метода, основанного на анализе выходных характеристик излучения.
Одной из важнейших задач медицины труда в данной области является установление требований к методам, средствам измерения и контролю воздействия лазерных излучений на здоровье работников. Важно заострить внимание на дозиметрии лазерных излучений, которая включает комплекс методов определения значений пар метров лазерного излучения в заданной точке пространства с целью выявления степени опасности и вредности его для организма человека. Расчетная, или теоретическая дозиметрия рассматривает методы расчета параметров лазерного излучения в зоне возможного нахождения операторов и приемы вычисления степени его опасности. В свою очередь экспериментальная дозиметрия рассматривает методы и средства непосредственного измерения параметров лазерного излучения в заданной точке пространства.
Используемые в гигиенической практике средства дозиметрического контроля называются лазерными дозиметрами. Данный вид исследований приобретает особое значение для оценки отраженных и рассеянных излучений. Это особенно актуально в случаях, когда расчетные методы лазерной дозиметрии, основанные на данных выходных характеристик лазерных установок, дают весьма приближенные значения уровней излучений в заданной точке контроля.
Зачастую использование расчетных методов диктуется отсутствием возможности проведения измерения параметров лазерного излучения при активном использовании на конкретном предприятии широкой номенклатуры лазерной техники Применение расчетного метода лазерной дозиметрии позволяет оценить степень опасности излучения в заданной точке пространства. В расчетах используются реальные паспортные данные лазерных установок. Данный метод, прежде всего, удобен для работ, которые характеризуются редко повторяющимися кратковременными импульсами излучения, когда ограничена возможность измерения максимального значения экспозиции, определения лазерно-опасных зон, классификации лазеров по степени опасности генерируемого ими излучения.
Методики лазерной дозиметрии основаны на принципе принцип наибольшего риска, в соответствии с которым оценка степени опасности должна проводиться для наихудших с точки зрения биологического воздействия условий облучения. В данном случае измерение уровней лазерного облучения проводят при работе лазера в режиме максимальной мощности.
При проведении гигиенической оценки лазерных установок не проводят измерения параметров излучения на выходе, а исследуют интенсивность облучения критических органов человека (зрительный анализатор, кожные покровы), которая оказывает влияние на степень биологического действия. Данные измерения проводятся в конкретных зонах, в которых программой лазерной установки определены наличие обслуживающего персонала и уровни отраженного или рассеянного лазерного излучения невозможно полностью устранить.
Нужные пределы измерений дозиметров определяются предельными значениями установленных нормативов и техническими возможностями современной фотометрической аппаратуры. В отечественной практике применяются специально разработанные средства дозиметрического контроля лазерных излучений, так называемые лазерные дозиметры, которые отличаются высокой универсальностью, заключающейся в возможности направленного, рассеянного непрерывного, моноимпульсного и импульсно-периодического воздействия излучения лазерных установок.
Таким популярным измерительным средством является, например, лазерный дозиметр ИЛД-2М (ИЛД-2). Прибор обеспечивает измерение параметров лазерного излучения в спектральных диапазонах 0,49 – 1,15 и 2 – 11 мкм. Кроме того ИЛД-2М позволяет измерять энергию (W) и энергетическую экспозицию (Н) от моноимпульсного и импульсно-периодического излучения, мощность (Р) и облученность (Е) от непрерывного лазерного излучения. К недостаткам прибора можно отнести его большие габариты и массу. В производственных исследованиях более широкое распространение получили портативные лазерные дозиметры ЛД-4 и «ЛАДИН», которые позволяют производить измерения отраженного и рассеянного лазерного излучения в спектральном диапазоне 0,2 – 20 мкм.
В заключение рассмотрим перечень необходимых мероприятий по профилактике вредного воздействия лазерного излучения на здоровье работников. На практике эффективными организационно-техническими методами профилактики воздействия лазерного излучения являются выбор, планировка и внутренняя отделка помещений, рациональное размещение лазерных технологических установок и порядка их обслуживания, использование минимального уровня излучения для решения производственных задач, правильное оборудование рабочего места и подбор эффективных СИЗ, а также ограничение времени воздействия излучения на конкретных работников.
К санитарно-гигиеническим и лечебно-профилактическим методам профилактики вредного воздействия лазерного излучения на здоровье работников относят контроль за уровнями опасных и вредных факторов на рабочих местах, а также регулярное прохождением персоналом предварительных и периодических медицинских осмотров.
Помещения цехов, где эксплуатируются лазеры, должны отвечать требованиям действующих санитарных норм и правил. Важно организовать рабочий процесс так, чтобы лазерные установки были размещены с учетом минимизации уровней лазерного излучения. Средства защиты (индивидуальные и коллективные) должны обеспечивать предотвращение воздействия или снижение величины излучения до уровня, не превышающего допустимый.
Применение надежных и эффективных СИЗ способствует повышению безопасности труда, снижают производственный травматизм и профессиональную заболеваемость. К эффективным коллективным средствам защиты относят ограждения, защитные экраны, блокировки, автоматические затворы и кожухи. В перечень СИЗ от лазерного излучения входят защитные очки, щитки и маски. Применение СИЗ должно быть предусмотрено на стадии проектирования и монтажа лазеров (лазерных установок), при организации рабочих мест, при выборе эксплуатационных параметров. Выбор СИЗ производится в зависимости от класса лазера (лазерной установки), интенсивности излучения в рабочей зоне, характера выполняемой работы. СИЗ должны применяться только в тех случаях (пусконаладочные, ремонтные и экспериментальные работы), когда коллективные средства не обеспечивают безопасность персонала.
1. Измеров Н.Ф., Суворов Г.А. Физические факторы производственной и природной среды. Гигиеническая оценка и контроль. – М.: Медицина, 2003. – 560 с.
2. Пантелеева Е. Правила эксплуатации лазерной техники // Бюджетные учреждения здравоохранения: бухгалтерский учет и налогообложение, № 11, 2009. С. 15-23.