ЭКОЛОГИЧНОСТЬ И БЕЗОПАСНОСТЬ ПРОЕКТА

ГЛАВА 7. ЭКОЛОГИЧНОСТЬ И БЕЗОПАСНОСТЬ ПРОЕКТА.

7.1 Влияние лазерного излучения на организм человека.
В данном проекте рассматривается проектирование зоновой волоконно-оптической линии связи между городами Челябинск – Магнитогорск. В проекте используется система передачи STM-4. В качестве источника излучения используется полупроводниковый лазер на длине волны 1,55 мкм, поэтому, необходимо предусмотреть комплекс мероприятий, направленных на обеспечение безопасности условий труда, предупреждение возникновения производственных травм и профессиональных заболеваний.
Требования к конструкции и техническим характеристикам, правила безопасной работы и способы защиты от лазерного излучения на территории Российской федерации регламентируются СанПиН 5804-91 «Санитарные нормы и правила устройства и эксплуатации лазеров» и ГОСТ Р-50723-94. «Лазерная безопасность. Общие требования безопасности при разработке и эксплуатации лазерных изделий». Законодательство РФ предусматривает ответственность за нарушение правил безопасности.
Лазеры являются устройствами, представляющими повышенную опасность. Хотя существуют несколько факторов риска, связанных с лазерными установками, под лазерной безопасностью понимают способы защиты от факторов, связанных непосредственно с лазерным излучением.
Существует несколько классификаций опасности лазеров. Ниже приведена наиболее распространенная международная классификация.
Класс 1. Лазеры и лазерные системы очень малой мощности, не способные создавать опасный для человеческого глаза уровень облучения. Излучение систем класс 1 не представляет никакой опасности даже при долговременном прямом наблюдении глазом. Во многих странах к классу 1 относятся также лазерные устройства с лазером большей мощности, имеющие надежную защиту от выхода луча за пределы корпуса.
Класс 2. Маломощные видимые лазеры, способные причинить повреждение человеческому глазу в том случае, если специально смотреть непосредственно на лазер на протяжении длительного периода времени. Такие лазеры не следует использовать на уровне головы. Лазеры с невидимым излучением не могут быть классифицированы как лазеры 2-го класса. Обычно к классу 2 относят видимые лазеры мощностью до 1 милливатта.
Класс 2a (в некоторых странах). Лазеры и лазерные системы класса 2a, расположенные и закрепленные таким образом, что попадание луча в глаз человека при правильной эксплуатации исключено.
Класс 3a. Лазеры и лазерные системы с видимым излучением, которые обычно не представляют опасность, если смотреть на лазер невооружённым взглядом только на протяжении кратковременного периода (как правило, за счет моргательного рефлекса глаза). Лазеры могут представлять опасность, если смотреть на них через оптические инструменты (бинокль, телескоп). Обычно ограничены мощностью 5 милливатт. Во многих странах устройства более высоких классов в ряде случаев требуют специального разрешения на эксплуатацию, сертификации или лицензирования. Международные классы 2 и 3a примерно соответствуют российскому классу 2.
Класс 3b. Лазеры и лазерные системы, которые представляют опасность, если смотреть непосредственно на лазер. Это же относится и к зеркальному отражению лазерного луча. Лазер относится к классу 3b, если его мощность более 5 милливатт. В России примерно соответствуют классу 3.
Класс 4. Лазеры и лазерные системы большой мощности, которые способны причинить сильное повреждение человеческому глазу короткими импульсами (<0,25 с) прямого лазерного луча, а также зеркально или диффузно отражённого. Лазеры и лазерные системы данного класса способны причинить значительное повреждение коже человека, а также оказать опасное воздействие на легко воспламеняющиеся и горючие материалы.
Лазерное излучение является для живого организма непривычным раздражителем, не встречающимся в естественных условиях. Лазерное излучение вызывает в биологических тканях различные эффекты, главными из которых являются термический, ударный и электрострикционный.
При действии на ткани излучения лазеров в непрерывном режиме (режиме свободной генерации) преобладает термический эффект. За время импульса тепло из очага поражения не успевает передаться в соседние ткани. Поэтому поражение носит взрывной характер с быстрым повышением температуры и кипением жидкой фазы клеточных элементов. Границы очага поражения при этом резко очерчены. При воздействии излучения лазеров, работающих в режиме модуляции добротности, существенную роль начинают играть значительные перепады давления и возникающие при этом ударные волны.
Биологические эффекты воздействия лазерного излучения на организм зависят от энергетической освещенности, длины волны излучения, длительности импульса, частоты повторения импульсов, времени воздействия и площади облучаемого участка, а также от биологических и физико-химических особенностей облучаемых тканей и органов.
Биологические эффекты, возникающие при воздействии лазерного излучения на организм, делятся на две группы:
- первичные эффекты – органические изменения, возникающие непосредственно в облучаемых тканях;
- вторичные эффекты – неспецифические изменения, возникающие в организме в ответ на облучение.
Лазерное излучение может поражать различные органы человека, однако наиболее уязвимыми являются незащищенные части его тела – глаза и кожа.
Лазерное излучение с длинами волн, лежащими в спектральном диапазоне от 0,4 до 1,4 мкм, фокусируется оптической системой глаза на сетчатке, в результате чего ее освещенность во много раз превышает освещенность роговицы. При воздействии на сетчатку лазерного излучения с длинами волн, лежащими в спектральном диапазоне прозрачности оптических сред глаз, опасности поражения подвергается не только сетчатка.
Даже лазеры самой малой мощности (несколько милливатт) могут представлять опасность для зрения. При попадании в глаз луч лазера фокусируется в пятно очень малых размеров, что может за доли секунды привести к ожогам сетчатки глаза, частичной или полной необратимой потере зрения.
7.2 Меры защиты от лазерного излучения.
Лазерное излучение при воздействии на человека может вызвать органические изменения, возникающие в облучаемых тканях и неспецифические изменения в организме, возникающие как реакция на облучение. Степень поражения зависит от интенсивности излучения, длительности воздействия, длины волны, особенностей облучаемых тканей и органов. По степени опасности генерируемого ими излучения лазеры делятся на три класса [12].
1. Не опасен для глаз и кожи.
2. Опасен при облучении глаз прямым или зеркально отраженным излучением, опасен при облучении глаз прямым, зеркально отраженным, а также диффузно отраженным излучением на расстоянии 10 см от диффузно отражающей поверхности при облучении кожи прямым и зеркально отраженным излучением.
3. Опасен при облучении кожи диффузно отраженным излучением на расстоянии 10 см от отражающей поверхности.
Защита от лазерного излучения достигается размещением лазеров только в специально оборудованных помещениях. При этом стены, потолки и другие предметы, за исключением специальной литературы, не должны иметь зеркальной поверхности. Все лазеры должны быть маркированы законом лазерной безопасности.
Предельно допустимые уровни (ПДУ) лазерным облучением лазерного облучения, которые при ежедневной работе не Защита от лазерного излучения достигается размещением лазеров только вызывают у работающих заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруженных современными методами исследований непосредственно в процессе работы или отдаленные сроки.
ПДУ зависит от следующих параметров:
- длины волны лазерного излучения;
- длительности импульса;
- частоты повторения импульсов;
- длительности воздействия.
Опасность прямого лазерного излучения независимо от длины волны определяется поверхностной плотностью излучения. При оценке диффузно-отраженного излучения следует учитывать геометрические размеры отражающей поверхности (точечный или протяженный источник) и спектральный диапазон излучения.
Если источник точечный, то независимо от спектрального диапазона опасность излучения определяется плотностью мощности на роговице глаз или кожи.
Для измерения мощности лазерного излучения используют приборы типа ИКТМ-1М, ИМО-2, ИМО-2Н и другие. Энергетическая яркость диффузно-излучающей поверхности может быть измерена яркомером, имеющим угол поля зрения больше предельного угла, без ограничения диаметра входного значка прибора.
Уровни лазерного излучения на рабочих местах определяются с помощью измерителей малых мощностей, например, прибором «Измеритель-1» или ЛД-1 для дляны волн 0,5…1,2 мкм, а для спектрального диапазона 0,49…11 мкм прибором ИЛД-2. Измеренная величина уровней лазерного излучения на рабочих местах сравнивается с ПДУ и определяется степень ее опасности для обслуживающего персонала.

7.4 Лазерное излучение и расчет границы лазерно-опасной зоны.
В качестве ведущих критериев при оценке степени опасности гарантируемого лазерного излучения приняты величина мощности , длина волны, длительность импульса и экспозиция облучения.
Предельно допустимые уровни, требования к устройству, размещению и безопасной эксплуатации лазеров регламентированы, что позволяет разрабатывать мероприятия по обеспечению безопасных условий труда при работе с лазерами. Санитарные нормы и правила позволяют определить величину ПДУ для каждого режима работы, участка оптического диапазона по специальным формулам и таблицам. Нормируется энергетическая экспозиция облучаемых тканей. Для лазерного излучения видимой области спектра для глаз учитывается также и угловой размер источника излучения.
На предприятиях связи применяются следующие меры защиты от лазерного излучения: оборудование приборов лазерный источник должны соответствовать требованиям ГОСТ; работники, эксплуатирующие оборудование содержащие лазер, должны иметь группу по электробезопасности не меньше III; лазерный источник должен быть закрытого типа; на кожухе лазера должен быть нанесен знак лазерной опасности в соответствии с ГОСТ; при работе оборудования оптические выходы блоков, если к ним не присоединен ОК, должны быть закрыты заглушками; на оборудовании (блоке), где установлен лазер, должен быть указан класс лазера по ГОСТ. В зависимости от класса должен быть определен порядок его обслуживания; обслуживающему персоналу запрещается визуально наблюдать за лазерным лучом, для исключения травмы глаз, направлять излучение лазера на человека; лазеры размещаются только в специально оборудованных помещениях, при этом стены, потолки и другие предметы, за исключением специальной аппаратуры, не должны иметь зеркальных поверхностей; установку и смену блоков, содержащих лазерный генератор, необходимо производить только при снятом напряжении [13].
При размещении в одном помещении нескольких лазеров следует исключить возможность взаимного облучения операторов, работающих на различных установках. Не допускаются в помещения, где размещены лазеры, лица, не имеющие отношения к их эксплуатации. Запрещается визуальная юстировка лазеров без средств защиты.
К индивидуальным средствам защиты, обеспечивающим безопасные условия труда при работе с лазером, относятся специальные очки, щитки, маски, обеспечивающие снижение облучения глаз до ПДУ. Средства индивидуальной защиты применяются только в том случае, когда коллективные средства защиты не позволяют обеспечить требования санитарных правил.
Расчет плотности потока излучения в различных точках пространства вокруг лазерных установок может быть достаточно надежным и простым методом определения границы лазерноопасной зоны [14]. При проведении такого расчета необходимо знать выходные характеристики лазерного излучения и коэффициент отражения излучения от мишени ρ . К наиболее важным характеристикам лазерного излучения относятся:
•
длина волны;
• диаметр и расходимость пучка;
• длительность и частота повторения импульсов;
• мощность излучения.
При определении границ лазерно-опасной зоны начинают с границ зоны
, внутри которой источник излучения (отражающая поверхность) является для глаза протяженным. Отражающая поверхность будет протяженным источником в том случае, если она видна под углом, большим или равным . . Угол определяется из условия, когда поверхность с энергетической яркостью, равной ПДУ для диффузно отраженного излучения, создает на роговице глаза энергетическую освещенность, соответствующую ПДУ для коллимированного излучения:



(7.1)


где - угол между направлением визирования и нормалью к поверхности.
Значение
для различных длительностей экспозиции приведены в таблице 7.1.
Таблица 7.1 Значения αmin
Длительность экспозиции, с
, мрад
10-9
10-8
10-7
10-6
10-5
10-4
10-3
10-2
10-1
100
101
102
103
104 8,0
5,4
3,7
2,5
1,7
2,2
3,6
5,7
9,2
15
24
24
24
24



Угол видения отражающей поверхности:
(7.2)

где Sq – площадь пятна на отражающей поверхности;
R – расстояние от поверхности до наблюдателя.


Подставив в фор-лу (7.1) выражение для
, определим R1:

(7.3)


Облученность роговицы глаза на расстоянии R от диффузно отражающей поверхности определяется по формуле:
(7.4)

где Kcp – коэффициент ослабления излучения на пути от поверхности до наблюдателя.
Граница лазерно опасной зоны определяется в каждом конкретном случае по следующей схеме [15]:
- рассчитывается угол видения отражающей поверхности по формуле (7.1);
- полученное значение угла сравнивается с предельным углом видения протяженного источника
, при этом возможны два случая:
1)
(точечный источник), в этом случае граница лазерно опасной зоны вычисляется по формуле:

(7.5)

2)
(протяженный источник), в этом случае повреждение органов зрения определяется энергетической яркостью потражающей поверхности Le.
Если энергетическая яркость диффузно отражающей поверхности меньше ПДУ, то источник излучения является безопасным. Если энергетическая яркость равна ПДУ, то граница лазерно опасной зоны совпадает с границей зоны, вычисляемой по формуле (7.2). И если энергетическая яркость диффузно отражающей поверхности превышает ПДУ, то граница лазерно опасной зоны вычисляется по формуле (7.5).
Лазерное излучение может представлять опасность и для кожи. В этом случае опасность лазерного излучения определяется величиной облученности кожных покровов и не зависит от геометрических размеров источника излучения. Граница зоны, внутри которой необходимо использовать средства защиты кожи, вычисляется по формуле (7.5), в которую необходимо вместо ПДУ для глаз подставить ПДУ для кожи.
Расчет границы лазерно опасной зоны при длине волны излучения, находящейся вне интервала 0,4 – 1,4 мкм, проводится по формуле (7.5) независимо от геометрических размеров источника излучения.
Материалы, изложенные в данном разделе, позволяют избежать поражение лазерным излучением работников и, в конечном итоге, избежать профессиональных заболеваний.