Расчет параметров воздействия лазерного излучения на органы зрения

При приближенных расчетах коэффициент отражения з пучка излучения от поверхности стеклянного элемента оптической системы принимается за 0,96 (так как потери на френелевское отражение принимаются равными 4 %).

3.3 Расчёт ПДУ лазерного излучения при воздействии на глаза

В соответствии с СанПиН 5804-91 «Санитарные нормы и правила устройства и эксплуатации лазеров» устанавливаются предельно допустимые уровни (ПДУ) лазерного излучения в диапазоне длин волн 180 - 10⁵ нм при различных условиях воздействия на глаза человека. ПДУ лазерного излучения находится по-разному для различных условий облучения. Рассмотрим следующие два случая:

- однократное воздействие, которое соответствует случайному облучению лазерным пучком с продолжительностью не более 3-10⁴ с. Таким образом, ПДУ при однократном облучении это те уровни излучения, при воздействии которых существует незначительная вероятность возникновения обратимых отклонений в органах зрения обслуживающего персонала.

Хроническое воздействие, отвечающее систематическому облучению, которому подвергается персонал, обслуживающий лазерную установку. ПДУ при таком воздействии - это уровни лазерного излучения, воздействие которых на глаза, при работе в течение всего трудового стажа не приводит к травмам (повреждениям), заболеваниям и отклонениям в состоянии здоровья персонала в течение работы или в последующие годы жизни настоящего и последующего поколений [12].

При расчете ПДУ пучка лазерного излучения рассматривают два случая: воздействие серии импульсов и отдельного импульса. В случае серии импульсов большую роль играют длительность импульса т_и в серии и частота v следования импульсов.

ПДУ лазерного излучения устанавливаются отдельно для каждого из диапазонов длин волн:

- диапазон I: 180 < X < 380 нм;

- диапазон II: 380 < X < 1400 нм;

- диапазон III: 1400 < X < 10⁵ нм.

При нормировании предельно допустимых уровней излучения играют роль параметры пучка лазерного излучения:

- коллимированноe лазерное излучение заключено в ограниченном телесном угле, в этом случае наблюдается прямой пучок или зеркально отраженный пучок (то есть отраженный под углом, равным углу падения);

- неколлимированноe лазерное излучение возникает в случае рассеяния или диффузионного отражения. Рассеянное лазерное излучение отклоняется на поверхности или внутри среды таким образом, что изменяет пространственное распределение и рассеивается сразу во множестве направлений (без изменения длины волны излучения). И если излучение отражается от поверхности, соизмеримой с длиной волны, и направлено по всевозможным направлениям в пределах полусферы, то имеет место диффузно отраженное лазерное излучение.

Нормируемыми параметрами пучка излучения являются энергетическая экспозиция Н и энергетическая освещенность Е, усредненные по ограничивающей апертуре. Также нормируемыми параметрами являются также энергия W и мощность Р излучения, прошедшего через ограничивающие апертуры. Апертура - это отверстие в защитном корпусе лазера или диафрагма, через которую проходит лазерное излучение [13].

При воздействии лазерного излучения на глаза в диапазонах I и III вычисляется ПДУ энергетической экспозиции Н_пду (Дж/м ) и энергетической освещенности E_пду (Вт/). усреднение производят по ограничивающей апертуре диаметром 1,110^-3 м. При воздействии на глаза лазерного излучения II-го диапазона, в первую очередь нормируются энергия W_пду (Дж) и за тем мощность Р_пду (Вт) лазерного излучения, усреднение производится по апертуре d=7-10^-3 м.

Перечисленные параметры связаны между собой выражениями:

(17)

Данные параметры (Н_пду, Е_пду и W_пду, Р_пду) возможно использовать по отдельности в зависимости от решаемой задачи. В случае одновременного воздействия нескольких разных источников лазерного излучения ПДУ для каждого диапазона и условий облучения вычисляется независимо.

Предельно допустимые уровни воздействия излучения в диапазоне I (180 < X < 380 нм) при однократном облучении органов зрения. Выражения для Вычисления Н_пду, Е_пду и W_пду, Р_пду при однократном облучении глаз одиночных импульсов коллимированного или диффузионно рассеянного лазерного излучения в диапазоне I приведены в таблице 2.

Таблица 2- Соотношения для определения Н_пду, Е_пду и W_ndy, Р_пду при однократном воздействии на глаза в диапазоне I

Для расчета ПДУ излучения в диапазоне I (180 < X < 380 нм) при воздействии на глаза серий импульсов требуется руководствоваться следующими условиями:

а) Параметры воздействия лазерного излучения H_i и Ei на поверхность роговицы при воздействии любого отдельного импульса не должны превышать значений ПДУ для одиночных импульсов, определяемых по таблице 2. Если временный интервал между воздействиями отдельных импульсов менее 600 с, то значения Н_пду (Е_пду) и W_ndy (Р_пду) рассчитываются по выражениям (20).

б) Учитывая, что воздействие излучения в диапазоне 180 < X < 380 нм на биологические ткани обладает свойством аддитивности (суммирования), при выполнении требования пункта (а) однократная суточная доза H^У(3*10⁴) не должна превышать значений, указанных в таблице 3:

Таблица 3 - Предельные однократные суточные дозы H^У(3*10⁴) при облучении глаз лазерным излучением в спектральном диапазоне I

Когда пучок излучения малого диаметра фокусируется на роговице глаза, наименьший размер которого меньше или равен диаметру ограничивающей апертуры (1,1-10^-3 м), тогда max значение энергетической освещенности Е и энергетической экспозиции Н не должно превышать значений Е_пду и Н_пду для описанных выше случаев [14].

ПДУ хроническом облучении глаз. Для определения предельно допустимых значений Нпду и Епду, Wnдy и Рпду, а также предельных суточных доз (3*104) при хроническом облучении глаз и кожи коллимированным или рассеянным лазерным излучением в диапазоне длин волн I (180 < X < 380 нм) необходимо уменьшить в 10 раз значения ПДУ для однократного облучения.

ПДУ лазерного излучения в диапазоне II (380 < X < 1400 нм) при однократном облучении глаз. Выражения для определения W_nдy и Р_пду при облучении глаз коллимированным лазерным излучением в диапазоне II приведены в таблице 4 и 5.

Таблица 4 - Соотношения для определения Wnдy при однократном воздействии на глаза диапазоне II длительностью воздействия меньше 1 с

Если источником неколлимированного излучения является протяженный объект, то значения ПДУ энергии W_nдy и мощности Р_пду зависят от видимого углового размера “а” этого источника и находятся умножением значений W_nдy и Р_пду для коллимированного излучения на поправочный коэффициент B. Аналитические выражения для расчета величины B представлены в таблице 6. Причем, если , то принимается В=1.

Таблица 5 - Соотношения для определения Рпду при однократном воздействии на в диапазоне II длительностью облучения больше 1 с

Таблица 6 - Зависимость величины коэффициента B от углового размера источника излучения а для различных интервалов облучения

В том случае, если происходит воздействие серии импульсов, поправочный коэффициент B принимает значение, соответствующее длительности отдельного импульса в серии.

ПДУ при воздействии серий импульсов на глаза коллимированного излучения в диапазоне II (380 < X < 1400 нм) установлены для случаев, когда длительность отдельного импульса в серии не превышает 0,25 с, а частота v следования импульсов в серии больше 0,005 Гц (интервал между отдельными импульсами в серии меньше 200 с) [15].

Если v ? 0,005 Гц, воздействие на глаза отдельных импульсов излучения считается независимым. При этом нормируется значение энергии импульса, имеющего максимальную амплитуду:

Если v > 0,005 Гц, значение предельно допустимой энергии серии импульсов излучения продолжительностью t при облучении глаз W_nдy (t) равно наименьшему из двух значений W₁ и W₂, которые определяются выражениями:

W₁ = W_nдy (t); W₂ = W_nдy () (18)

где W_ndy(t) и W_ndy() - значения ПДУ энергий одиночных импульсов продолжительностью t и , соответственно; N - количество импульсов в серии; о - определяется отношением максимальной энергии отдельного импульса в рассматриваемой серии к среднему значению.

В тех случаях, когда о неизвестно, следует считать о = 1.

Если продолжительность серии импульсов более 1 с, целесообразнее рассчитывать значение ПДУ средней мощности P_ndy(t), которая определяется как меньшее из двух значений мощности Р₁ и Р₂, вычисляемых выражениями:

P₁ = P_nдy(t); P₂ = (19)

где P_ndy(t) - значение ПДУ мощности импульса длительностью t для коллимированного излучения.

Если источником излучения является протяженный объект, то значения ПДУ энергии одного импульса в серии , средней мощности излучения в серии P_nдy(t), энергии серии импульсов (t) находется по средствам умножения значений ПДУ, определенных выражениями (18), на поправочный коэффициент B, указанный в таблице 5:

Предельно допустимые уровни при хроническом воздействии на глаза. Для нахождения значений ПДУ Wndy и Pndy рассеянного или коллимированного излученияв диапазоне 380 < X < 1400 нм при хроническом воздействии на глазатребуется уменьшить в 10 раз соответствующие значения ПДУ для однократного облучения.

ПДУ лазерного излучения в диапазоне 1400 < X < 10⁵ нм при однократном воздействии на глаза. Выражения для вычисления Н_пду, Е_пду и W_пду, Р_пду при однократном облучении глаз непрерывного или импульсного коллимированного или диффузионно-рассеянного лазерного излучения в диапазоне III приведены в таблице 7.

ПДУ Н и Е при облучении глаз серий импульсов лазерного излучения в диапазоне 1400 < X < 10 нм определяются для случаев, когда продолжительность отдельного импульса в серии не превышает 10 с, а частота v следования импульсов превышает 1,7*10^-3 Гц (временной интервал между отдельными импульсами меньше 10 минут). Значение ПДУ серии импульсов H ^с_пду (t) коллимированного или рассеянного излучения является меньшее из двух значений Н₁ и H₂, определенных выражениями:

H₁=H_nдy(t); (20)

Среднее значение ПДУ одного импульса из серии вычисляется делением H ^с_пду на количество импульсов в серии N.

В случае если продолжительность серии импульсов более 1 с, целесообразнее найти значение ПДУ средней энергетической освещенности Е_ср (t), которая будет равна наименьшему из двух значений Е₁ и Е₂, рассчитанных с помощью соотношений:

E₁=E_nдy(t);

Если v < 1,7 * 10^-3 Гц, то воздействие на глаза и кожу отдельных импульсов излучения считается независимым.

Таблица 7 - Соотношения для определения Н_пду, Е_пду и W_ndy, Р_пду при однократном воздействии на глаза лазерного излучения диапазоне III

Для нахождения значений Н_пду, Е_пду и W_ndy, Р_пду при хроническом воздействии на глаза при работе персонала с коллимированным или рассеянным лазерным излучением в спектральном диапазоне III (1400 - нм) требуется уменьшить в 5 раз соответствующие значения ПДУ для однократного облучения.

3.4 Расчет границы лазерно-опасной зоны

Лазерно-опасная зона (ЛОЗ) - это часть пространства, в пределах которого уровень лазерного излучения превышает ПДУ. Метод вычисления ЛОЗ зависит от длины волны лазерного излучения.

Соотношение, выражающее границу ЛОЗ, имеет вид:

(21)

где - вектор Пойнтинга в точке с радиусом-вектором .

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

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

(22)

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

Таблица 8 - Значения Н_У для различных длин волн

л, 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
НУ, Дж/см2	1. 10 - 8	1. 10 - 7	1. 10 - 6	1. 10 - 5	1. 10 - 4	2. 10 - 3

При воздействии лазерного излучения дальнего ИК-диапазонов спектра (1400 < л ? 10 ⁵ нм)

(23)

где W_{о -} энергия, генерируемая лазером за время однократного воздействия, Дж; Н_пду (ф_и) - предельно допустимый уровень энергетической экспозиции для различных длин волн в зависимости от длительности одиночного импульса излучения, Дж/см² (табл. 14); r - радиус пучка (источника) излучения, см.; К_{1 -} коэффициент, зависящий от частоты повторения импульсов и длительности серии импульсов, приведен в таблице 10.

При U >> 1 уравнение для определения границы ЛОЗ имеет вид

(24)

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 (22 или 24) [16].

Таблица 9 - ПДУ энергетической экспозиции роговицы глаза Дж/см², с длиной волны свыше 0,4 мкм в зависимости от длины волны и длительности импульсов

ф, с	л, 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
10 - 9	2. 10 - 3	1. 10 - 2	1. 10 - 3	1. 10 - 4	4. 10 - 5
10 - 8	4. 10 - 3	2. 10 - 2	2. 10 - 3	2. 10 - 4	8. 10 - 5
10 - 7	8. 10 - 3	4. 10 - 2	4. 10 - 3	4. 10 - 4	2. 10 - 4
10 - 6	2. 10 - 2	1. 10 - 1	1. 10 - 2	1. 10 - 3	4. 10 - 4
10 - 5	4. 10 - 2	2. 10 - 1	2. 10 - 2	2. 10 - 3	8. 10 - 4
10 - 4	1. 10 - 1	6. 10 - 1	6. 10 - 2	6. 10 - 3	2. 10 - 3
10 - 3	4. 10 - 1	2	2. 10 - 1	2. 10 - 2	8. 10 - 3
10 - 2	1	5	5. 10 - 1	5. 10 - 2	2. 10 - 2
10 - 1	1	2. 10 1	2	2. 10 - 1	8. 10 - 2
10 0	10	6. 10 1	6	6. 10 - 1	2. 10 - 1
10 1	4. 10	2. 10 2	2. 10 1	2	8. 10 - 1
10 2	2. 10 2	10 3	10 2	10	4
10 3	8. 10 2	4. 10 3	4. 10 2	4. 10 1	2. 10 1
10 4	4. 10 3	2. 10 4	2. 10 3	2. 10 2	8. 10 1
3. 10 4	8. 10 3	4. 10 4	4. 10 3	4. 10 2	2. 10 2

Таблица 10 Значения коэффициента К₁

Длительность серии импульсов ф, с	Частота повторения импульсов f, Гц
	До 2	Св. 2 до 10	Св. 10 до 50	Св. 50 до 100	Св.100 до 250	Св. 250 до 500	Св. 500 до 1000
0,1	1	3,6. 10 -1	1,4. 10 -1	8,3. 10 -2	3,6. 10 -2	1,8. 10 -2	8,7. 10 -3
1,0	1	3,2. 10 -2	1,2. 10 -1	7,3. 10 -2	3,2. 10 -2	1,6. 10 -2	7,7. 10 -3
10	1	2,4. 10 -1	9,2. 10 -2	5,4. 10 -2	2,4. 10 -2	1,2. 10 -2	5,6. 10 -3
100	1	1,3. 10 -1	5,0. 10 -2	2,9. 10 -2	1,3. 10 -2	6,4. 10 -3	3,1. 10 -3
1000	1	5,3. 10 -2	2,0. 10 -2	1,2. 10 -2	5,3. 10 -3	2,6. 10 -3	1,2. 10 -3
10000	1	1,8. 10 -2	7,1. 10 -3	4,2. 10 -3	1,8. 10 -3	9,1. 10 -4	4,4. 10 -4
3. 10 4	1	1,1. 10 -2	4,2. 10 -3	2,5. 10 -3	1,1. 10 -3	5,4. 10 -4	2,6. 10 -4

Расчет границы ЛОЗ при воздействии излучения ближнего ИК- диапазона спектра (750< л ? 1400 нм) на глаз. Для расчета вводят безразмерный параметр U_p, равный

(25)

Где r_з - радиус зрачка глаза, см;

U_п - безразмерный параметр, вычисляемый по формуле

(26)

где W_{о -} энергия, генерируемая лазером за время однократного воздействия, Дж; Н_пду (ф_и) - предельно допустимый уровень энергетической экспозиции для различных длин волн в зависимости от длительности одиночного импульса излучения, Дж/см² (таблица 14); К_{2 -} Значения коэффициента в зависимости от частоты повторения импульсов и длительности серии импульсов приведены в таблице 11.

Таблица 11 - Поправочный коэффициент К₂

Длительность серии импульсов ф, с	Частота повторения импульсов f, Гц
	До 2	Св. 2 до 10	Св. 10 до 50	Св. 50 до 100	Св.100 до 250	Св. 250 до 500	Св. 500 до 1000
0,1	1	5,7. 10 -1	3,9. 10 -1	2,9. 10 -1	1,6. 10 -1	8,4. 10 -2	3,3. 10 -2
1,0	1	3,8. 10 -1	2,6. 10 -1	1,9. 10 -1	1,1. 10 -1	5,5. 10 -2	2,2. 10 -2
10	1	1,8. 10 -1	1,2. 10 -1	9,2. 10 -2	5,1. 10 -2	2,7. 10 -2	1,1. 10 -2
100	1	6,9. 10 -2	4,6. 10 -2	3,5. 10 -2	1,9. 10 -2	1,0. 10 -2	4,0. 10 -3
1000	1	2,3. 10 -2	1,6. 10 -2	1,2. 10 -2	6,5. 10 -3	3,4. 10 -3	1,3. 10 -3
10000	1	7,5. 10 -3	5,1. 10 -3	3,8. 10 -3	2,1. 10 -3	1,1. 10 -3	4,3. 10 -4
3. 10 4	1	4,3. 10 -3	2,9. 10 -3	2,2. 10 -3	1,2. 10 -3	6,4. 10 -4	2,5. 10 -4

Таблица 12 - Радиус зрачка зависит от фоновой освещенности роговицы глаза Е_ф. Значение r_з можно определить по следующим данным

Еф, лк	10 - 2	4. 10 - 1	8	100	2. 10 3	3. 10 4	3. 10 5
rз, см	0,4	0,35	0,3	0,25	0,2	0,15	0,1

При значении безразмерного параметра U_р ? 4. 10 ⁶ границу ЛОЗ вычисляют по формуле:

(27)

При U_р < 4. 10 ⁶ расчет границы ЛОЗ проводят по формуле:

(28)

Расчет границы ЛОЗ при воздействии излучения видимого диапазона спектра (380 < л ? 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(и) [17].

Для расчета ЛОЗ необходимо определить безразмерные параметры:

U_р - по формуле (25);

(29)

где U_{п -} безразмерный параметр, учитывающий первичные биологические эффекты, определяется по формуле (26); U_{в -} безразмерный параметр с учетом вторичных биологических эффектов. Определяется по формуле (30):

(30)

где W_{о -} Энергия, генерируемая лазером за время однократного воздействия, Дж; n - Количество воздействий излучения на глаз за рабочий день; определяется по формуле n = T. f ( где Т - время работы лазерной установки за рабочую смену; f - частота импульса); Н_ПДУ (л) - Значения ПДУ для различных длин волн приведены в таблице 13.

Таблица 13 - Значения Н_ПДУ (л) для различных длин волн

л, 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	Св. 0,73 до 0,75
НПДУ (л) Дж/см2	2,8.10 - 5	4,6.10 - 6	6,5. 10 - 7	2,4.10 - 6	3,8.10 - 5	6,2.10- 4	2,6.10 - 3

При U_р >6. 10 ³ источники излучения с гауссовским распределением энергетической светимости можно рассматривать как источники с равномерным распределением энергетической светимости.

При U_р < 6. 10 ³ необходимо численно решать уравнения вида (21) после подстановки в них выражения для и ПДУ энергетической экспозиции роговицы глаза.

Таблица 14 - ПДУ энергетической экспозиции на роговице глаза в зависимости от длительности импульсов и длины волны излучения при угловом размере источника излучения б = 10 - ³ рад и максимальном диаметре зрачка глаза d_з = 0,8 см

ф, с	л, мкм
	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	Св. 1,30 до 1,40
10 - 9	5,1. 10 - 6	3,1. 10 - 6	1,8. 10 - 6	2,2. 10 - 6	5,1. 10 - 6	1,5. 10 - 5	5,1. 10 - 5
10 - 8	9,2. 10 - 6	5,6. 10 - 6	3,2. 10 - 6	4,0. 10 - 6	9,2. 10 - 6	2,8. 10 - 5	9,2. 10 - 5
10 - 7	1,6. 10 - 5	9,9. 10 - 6	5,7. 10 - 6	7,1. 10 - 6	1,6. 10 - 5	5,0. 10 - 5	1,6. 10 - 4
10 - 6	3. 10 - 5	1,8. 10 - 5	1,0. 10 - 5	1,3. 10 - 5	3,0. 10 - 5	9,1. 10 - 5	3,0. 10 - 4
10 - 5	5,1. 10 - 5	3,1. 10 - 5	1,8. 10 - 5	2,2. 10 - 5	5,1. 10 - 5	1,5. 10 - 4	5,1. 10 - 4
10 - 4	9,2. 10 - 4	5,6. 10 - 5	3,2. 10 - 5	4,0. 10 - 5	9,2. 10 - 5	2,8. 10 - 4	9,2. 10 - 4
10 - 3	1,6. 10 - 4	9,9. 10 - 5	5,7. 10 - 5	7,1. 10 - 5	1,6. 10 - 4	5,0. 10 - 4	1,6. 10 - 3
10 - 2	3,0. 10 - 4	1,8. 10 - 4	1,0. 10 - 4	1,3. 10 - 4	3,0. 10 - 4	9,1. 10 - 4	3,0. 10 - 3
10 - 1	5,1. 10 - 4	3,1. 10 - 4	1,8. 10 - 4	2,2. 10 - 4	5,1. 10 - 4	1,5. 10 - 3	5,1. 10 - 3
0,25	6,5. 10 - 4	4,0. 10 - 4	2,3. 10 - 4	2,8. 10 - 4	6,5. 10 - 4	2,0. 10 - 3	6,5. 10 - 2
10 0	9,2. 10 - 4	5,6. 10 - 4	3,2. 10 - 4	4,0. 10 - 4	9,2. 10 - 4	2,8. 10 - 3	9,2. 10 - 3
10 1	1,6. 10 - 3	9,9. 10 - 4	5,7. 10 - 4	7,1. 10 - 4	1,6. 10 - 3	5,0. 10 - 3	1,6. 10 - 2
10 2	3,0. 10 - 3	1,8. 10 - 3	1,0. 10 - 3	1,3. 10 - 3	3,0. 10 - 3	9,1. 10 - 3	3,0. 10 - 2
10 3	5,1. 10 - 3	3,1. 10 - 3	1,8. 10 - 3	2,2. 10 - 3	5,1. 10 - 3	1,5. 10 - 2	5,1. 10 - 2
10 4	9,2. 10 - 3	5,6. 10 - 3	3,2. 10 - 3	4,0. 10 - 3	9,2. 10 - 3	2,8. 10 - 2	9,2. 10 - 3
3. 10 4	1,2. 10 - 2	7,4. 10 - 3	4,2. 10 - 3	5,3. 10 - 3	1,2. 10 - 2	3,7. 10 - 2	1,2. 10 - 1

4. Расчет параметров и ПДУ лазерного излучения на органы зрения

4.1 Математический расчет параметров лазерного излучения на примере установки LS-2136LP компании "LOTIS TII"

Рассчитаем предельно допустимые уровни облучения и лазерно-опасную зону для излучения лазера LS-2136LP компании "LOTIS TII". Применение: мacc-спектрометрия (в том числе MALDI TOF), лазерная микродиссекция, биотехнологии, флуоресценция, научные исследования. Данное излучение обладает следующими параметрами: импульсный режим, гауссово распределение интенсивности (то есть соответствует одной моде), мощность Р_ср до 2 Вт, расходимость и - 0.7 мрад, радиус пучка на выходе из резонатора r - 0,05 см, частота v следования импульсов 100 Гц, энергия в отдельном импульсе W(ф_u) 100 Дж, длительность импульса ф_u - 1*10^-3 мс. Излучение на 3-х длинах волн (351 нм, 527 нм и 1064 нм), мы рассмотрим случай, когда длина волны л - 1064 нм, время серии импульсов t - 1 с, коэффициент отражения излучения на образце з₁ = 0,5, фоновая освещенности Е_ф = 100 лк Оптическая схема передачи пучка лазерного излучения представлена на рисунке 9. Рассматриваемая ситуация может соответствовать случайному воздействию излучения на персонал, обслуживающий установку [18].

Рисунок 9 - Пример оптической схемы передачи пучка лазерного излучения

Из рисунка 9 следует, что излучение рассеивается на некотором образце, а после этого отражается от плоского зеркала. Подразумевается, что рассеяние - диффузионное.

Далее определим предельно допустимый уровень облучения. При длине волны 1064 нм следует руководствоваться рекомендациями «ПДУ лазерного излучения в диапазоне 380 < л < 1400 нм». Согласно таблице 2 определим значение энергетической экспозиции для одиночного импульса.

= 2*10⁴ = 5,02*10³ Дж/м². Но исследуемое излучение является импульсным, и очевидно, что за 1 с произойдёт воздействие серии импульсов (то есть значение Н_пду(ф_и) не является нормирующим). Вместе с тем, воздействие излучения не является хроническим. Поэтому из таблицы 3 определяется предельная суточная доза Н_пду (3*10⁴) = 8*10³ Дж/м². В остальном будем следовать формуле (20) и определим значение предельно допустимой энергетической экспозиции серии импульсов (t) как меньшее из двух значений:

Н₁ = H_ndy(t) и Н₂ = Н_пду(ф_и)

Поскольку воздействие лазерного излучение однократно, то получим

Н₁ = H_ndy(t) = (3*10⁴). H_ndy=8*10³ Дж/м²

Количество импульсов в серии N = t*v = 1*100=100 шт. Тогда вычислим:

Н₂ = Н_пду(ф_и) = 5,02*10⁴ Дж/м²

Таким образом приходим к результату, что предельно допустимым уровнем облучения будет (t) = H₁ = 8*10³ Дж/м².

Теперь найдём энергетическую экспозицию H излучения, действующего на человека. Сначала выявим потери в оптической системе. Так как коэффициент отражения излучения от поверхности зеркала з₂ не задан, то по рекомендации п. «ПДУ лазерного излучения в диапазоне 380 < л < 1400 нм» примем его равным 0,96. Значит после того, как поток излучения отразится от зеркала, он потеряет 4 % мощности. И вот, с учётом соотношений (17) получим для рассеянного излучения, прошедшего через оптическую систему:

H = = з₁ з₂ =9,6*10⁵ Дж/м².

Расчёт показывает, что H > H_пду следовательно при случайном воздействии лазерного излучения на персонал будет обязательно возникать опасность поражения.

Определим оптическую плотность защитных светофильтров для лазерного излучения используя нормы СанПин. Для рассчитанных уровней энергетической экспозиции Н=9,6*10⁵ Дж/м² оптическая плотность защитных светофильтров D=6. Пользуясь собранными данными, можно рекомендовать марку светофильтров С3С22, а также защитные очки 3Н22-72-С3С22.

Также следует рассчитать Н_пду при хроническом облучении во время работы с данной установкой.

(3*10⁴) = (3*10⁴)/10= 0.8*10³ Дж/м²

Далее определим границу ЛОЗ для источника излучения По формулам (25) и (26) определяем безразмерный параметр - U_p.

Для этого, по таблице 11 находим поправочный коэффициент:

К₂ = 1,9. 10 -^1.

Затем, находим ПДУ энергетической экспозиции в зависимости от длительности импульсов и длины волны излучения по таблице 5.8 - Н_ПДУ(ф_и) = 7,1. 10 - ⁵ Дж/см ². При фоновой освещенности Е_ф = 100 лк - радиус зрачка глаза по таблице 12 r_з = 0,25 см.

.

Расчет границы лазерно-опасной зоны проводим по формуле (27):

=

Максимальный размер границы ЛОЗ равен 9,6 м.

Заключение

1. Было собрано воедино большое количество методического материала, позволяющего быстро и максимально точно проводить расчёты параметров воздействия лазерного излучения на глаза.

2. Были проведены расчёты допустимых и наблюдаемых параметров лазерного излучения на примере установки LS-2136LP компании "LOTIS TII", определены границы лазерно-опасной зоны. В расчётах были использованы параметры, указанные в технической документации лазеров: длина волны излучения, расходимость излучения, диаметр пучка на выходе из лазера, мощность (при импульсном режиме работы), энергия в импульсе, частота следования и длительность импульсов.

3. Были сделаны выводы об опасности данной установки на основании требований СанПиН 5804-91 «Санитарные нормы и правила устройства и эксплуатации лазеров».

4. На основании расчетов были сделаны выводы о возможности и способах применения средств защиты для персонала.

5. Данные расчеты в дальнейшем могут помочь в создании единого программного обеспечения, учитывающего параметры установок и дополнительных условий облучения, для быстрого расчета предельно допустимых уровней излучения, лазерно-опасной зоны и рекомендациями по применению средств защиты.

• лазернй излучение зрение оптический
• Список использованных источников

1 Журавлёв С.В. курсовая работа «Механизмы воздействия лазерного излучения на ткани глаза человека. Применение лазеров в диагностике и хирургии органов зрения» 2012. С. 4-12.

2 А. Н. Ремизов «Медицинская и биологическая физика» 2011. - 94 с.

3 С. Д. Плетнева «Лазеры в клинической медицине» 2009. - 66 с.

4 О.К. Скобелкина «Лазеры в хирургии» 2010. - 153 с.

5 Девятков Н.Д. Физико-химические механизмы биологического действия лазерного излучения / Н.Д. Девятков, С.М. Зубкова, И.Б. Лапрун, Н.С.Макеева // Успехи современной биологии. - 2010. - 43 с

6 ГОСТ «Лазерная безопасность. Общие требования безопасности при разработке и эксплуатации лазерных изделий». - М.: 1996. С. 10 - 23 с.

7 СанПиН 5804-91 «Санитарные нормы и правила устройства и эксплуатации лазеров». - М.: 2012. - 77 с.

8 Вейко В.П., Сербин А.И. Методические указания: Определение предельно допустимых уровней облучения и расчет границ лазерноопасных зон. - Л.: ЛИТМО, 2010. - 22 с.

9 Маньковский В.И. Основы оптики океана. Методическое пособие. - НАН Украины, Морской гидрофизический институт. - Севастополь, 2009. С. 100 - 127 с.

10 Климков Ю.М. Прикладная лазерная оптика. - М.: Машиностроение, 2009. С. 80- 98 с.

11 Кириллов А.И., Морсков В.Ф., Устинов Н.Д. Дозиметрия лазерного излучения. - М.: Радио и связь, 2011. - 46 с.

12 Рахманов Б.Н., Чистов Е.Д. Безопасность при эксплуатации лазерных установок. - М.: Машиностроение, 2010. - 33с.

13 Тучин В.В. Лазеры и волоконная оптика в биомедицинских исследованиях. - Саратов: Изд-во Саратовского ун-та, 2008. - 137 с

14 Пушкарева А. Е. Методы математического моделирования в оптике биоткани. Учебное пособие. - СПб: СПбГУ ИТМО, 2008. - 103 с

15 М.: Информационно-издательский центр "Санитарные нормы и правила устройства и эксплуатации лазеров" Госкомсанэпиднадзора Российской Федерации, 2009. - 56 c.

16 Кириллов А.И., Морсков В.Ф., Устинов Н.Д. Дозиметрия лазерного излучения. М.: Радио и связь. 2006. С. 180 - 192 с.

17 Гигиена труда и профилактика профпатологии при работе с лазерами/В.П. Жохов, АА. Комарова, Л.И. Максимова и др. М.: Медицина. 2011. - 308 с.

18 Экспертиза проектной и эксплуатационной документации на соответствие требованиям безопасности / Б.Н. Рахманов, Н.В. Сутугин В.И. Мурков и др. М.: ЦНИИ Электроника. 2008. - 52с.

Размещено на Allbest.ru