Воздействие лазерного облучения на организм человека

Воздействие лазерного излучения на органы зрения заключается в следующем. Основной элемент зрительного аппарата человека – сетчатка глаза – может быть поражена лишь излучением видимого (от 0.4 мкм) и ближнего ИК – диапазонов (до 1.4 мкм), что объясняется спектральными характеристиками человеческого глаза. При этом хрусталик и глазное яблоко, действуя как дополнительная фокусирующая оптика, существенно повышают концентрацию энергии на сетчатке, что, в свою очередь, на несколько порядков понижает максимально допустимый уровень (МДУ) облученности зрачка.

Технико – гигиеническая оценка лазерных изделий в Казахстане. В нашей стране на базе проведенных комплексных исследований и современных представлений о влиянии лазерного излучения на организм человека разработан и утвержден ряд нормативных документов, обеспечивающих безопасную эксплуатацию лазерных изделий. Эти документы устанавливают единую систему обеспечения лазерной безопасности. В такую систему входят: технические средства снижения опасных и вредных производственных факторов, организационные мероприятия, контроль условий труда на лазерных установках. В современной отечественной научно – технической и нормативной литературе дано несколько вариантов классификации лазерных изделий. С позиции обеспечения лазерной безопасности их классифицируют по основным физико – техническим параметрам и степени опасности генерируемого излучения.

В зависимости от конструкции лазера и конкретных условий его эксплуатации обслуживающий его персонал может быть подвержен воздействию опасных и вредных производственных факторов, перечень которых приведен в ГОСТ 12.1.040 – 83. Уровни опасных и вредных производственных факторов на рабочем месте не должны превышать значений, установленных по электробезопасности, взрывоопасности, шуму, уровням ионизирующего излучения, концентрации токсических веществ и др.

Классы опасности лазерного излучения по СНиП 5804 – 91. Степень воздействия лазерного излучения на оператора зависит от физико – технических характеристик лазера — плотности мощности (энергии излучения), длины волны, времени облучения, длительности и периодичности импульсов, площади облучаемой поверхности. Биологический эффект лазерного облучения зависит как от вида воздействия излучения на ткани организма (тепловое, фотохимическое), так и от биологических и физико – химических особенностей самих тканей и органов.

Наиболее опасно лазерное излучение с длиной волны:

- 380¸1400 нм — для сетчатки глаза;

- 180¸380 нм и свыше 1400 нм — для передних сред глаза;

- 180¸10⁵ нм (т.е. во всем рассматриваемом диапазоне) — для кожи.

Гигиенистами выдвинуты требования, в соответствии с которыми, в основу проектирования, разработки и эксплуатации лазерной техники должен быть положен принцип исключения воздействия на человека (кроме лечебных целей) лазерного излучения, как прямого, так и зеркально или диффузно отраженного.

В соответствии со СНиП 5804 – 91 лазерные изделия по степени опасности генерируемого излучения подразделяют на 4 класса. При этом класс опасности лазерного изделия определяется классом опасности используемого в нем лазера. Классификацию лазеров с точки зрения безопасности проводит предприятие – изготовитель путем сравнения выходных характеристик излучения с предельно допустимыми уровнями (ПДУ) при однократном воздействии. Определяя принадлежность лазерного изделия к тому или иному классу по степени опасности лазерного излучения, необходимо учитывать воздействие прямого или отраженного лазерного пучка на глаза и кожу человека и пространственные характеристики лазерного излучения (при этом различают коллимированное излучение, то есть заключенное в ограниченном телесном угле, и неколлимированное, то есть рассеянное или диффузно отраженное). Использование дополнительных оптических систем не входит в понятие "коллимация", а оговаривается отдельно. Лазерные изделия с точки зрения техники безопасности классифицируют в основном по степени опасности генерируемого излучения.

Установлены следующие 4 класса лазеров:

- к нему относят полностью безопасные лазеры, выходное излучение которых не представляет опасности для глаз и кожи человека;

- к нему относят лазеры, выходное излучение которых представляет опасность при облучении кожи или глаз человека коллимированным пучком. В то же время диффузно отраженное излучение лазеров этого класса безопасно как для кожи, так и для глаз;

- к нему относят лазерные устройства, работающие в видимой области спектра и выходное излучение которых представляет опасность при облучении как глаз (коллимированным и диффузно отраженным излучением на расстоянии менее 10 см от отражающей поверхности), так и кожи (только коллимированным пучком);

- наиболее опасный — к нему относят лазерные устройства, даже диффузно отраженное излучение которых представляет опасность для глаз и кожи на расстоянии менее 10 см.

При определении класса опасности лазерного излучения учитываются три спектральных диапазона.

Таблица 5.1 – Диапазоны лазерного излучения

Так как в данной выпускной работе применяются оптические усилители, принцип работы которых основан на лазерах для усиления оптического сигнала. Поэтому, исходя из того, что при усилительном процессе лазер не оказывает значительного воздействия на организм человека, то его расчетом можно пренебречь.

Таким усилителем является оптический усилитель на ОВ, легированном эрбием имеют аббревиатуру ОУЛЭ (EDFА). Этот тип усилителя использует кварцевое стекло в качестве материала для легирования эрбием. Из них лазеры работают определенных длинах волн, например как, на 800нм и 980 нм соответствуют трехуровневой модели взаимодействия, а на 1480 нм – двухуровневой модели, причем более эффективно использовать лазер на 980 нм. Эти лазеры используются достаточно широко, учитывая их возможность (благодаря трехуровневой модели взаимодействия) реализовать очень низкий уровень шумов (порядка 3 – 5 дБ). Однако лазеры на 1480 нм, хотя и являются менее эффективными (70% от эффективности лазеров на 980 нм), считаются более предпочтительными (как более надежные), позволяющими вместе с тем реализовать достаточно низкий уровень шума (порядка 5 дБ).

При использовании иттербия в качестве дополнительного легирующего элемента для ЕDFА можно воспользоваться лазерными диодами накачки, работающими на длине волны 1053 нм (так называемые DPSS – лазеры). Их использование позволяет получить более мощный источник накачки, что повышает усиление или увеличивает срок службы при меньших фактически используемых мощностях.

Опираясь на вышеизложенный материал делаем вывод, что лазеры применяемые в оптических системах передачи не вызывают вредных факторов влияющих на организм человека.

Произведем расчет излучения лазера четвертого класса.

Для используемого лазера с длиной волны излучения 1,55 мкм, расстоянием от точки наблюдения до облучаемой поверхности (источника наблюдения) R=0,25-50 мм, угла между нормалью поверхности и направлением наблюдения q=5-45 град, фоновой освещенности роговицы глаза Фр=100 лк, диаметра источника излучения d=0,2 мм определим предельно допустимый уровень (ПДУ) энергетической экспозиции для первичных и вторичных биологических эффектов.

Угловой размер источника излучения:

a=d∙cosq/R (5.1)

a=0,2 10^-2∙ cos45⁰/50∙10^-2 = 0,02∙10^-2∙0,71/50∙10^-2= 0,284∙10^-3 м

Энергетическая экспозиция Нп для первичных биологических эффектов:

Hп=H₁∙K₁, (5.2)

где Н₁- энергетическая экспозиция на уровне глаза в зависимости от углового размера источника излучения при максимальном значении диаметра зрачка глаза (Н₁ = 51 Дж/м²);

К₁- поправочный коэффициент на длину волны излучения и диаметр зрачка глаза (К₁ = 1,2).

Hп = 51∙1,2 = 61,2 Дж/м²

Энергетическая экспозиция Нв для вторичных биологических эффектов:

Нв=0,1∙Н₂∙Фр, (5.3)

где Н₂- энергетическая экспозиция на роговице глаза в зависимости от длины волны излучения и диаметра зрачка (Н₂ = 680 Дж/м²).

Нв=0,1∙680∙100=6800 Дж∙лм/ м²

Приложение 6. Скелетная схема расстановки обслуживаемых регенерационных пунктов на магистрали

Список литературы и источников информации:

1. Гроднев И.И. Волоконно-оптические линии связи: Учебное пособие для ВУЗов. – М.: Радио и связь, 1990.

2. Слепов Н.Н. Синхронные цифровые сети SDH. – М.: Радио и связь, 1999.

3. www.corning.com: электронныйсправочник, SMF-28 ULL single-mode optical fiber, 2012, Corning Incorporated ©

4. Слепов Н.Н. Современные технологии цифровых оптоволоконных сетей связи. – М.: Радио и связь, 2000.

5. Скляров О.К. Современные волоконно-оптические системы передачи, аппаратура и элементы. – М.: СОЛОН-Р, 2001.

6. Росляков А.В., Черная Н.Д. и др.; Под. ред. Рослякова А.В. Проектирование цифровой ГТС: Учебное пособие – Самара; ПГАТИ, 1998.

7. Гроднев Н.И, Мурадян А.Г и др. Волоконно-оптические системы передачи и кабельные системы. – М.:Радио и связь, 1999

8. Убайдулаев Р.Р. Волоконно-оптические сети. – М.:Москва, Эко-трендс, 1998.

9. Сакабаева А.К. Направляющие системы электросвязи, раздел ВОЛС. Лекционно-теоретический материал. Алматы, МОК КАУ, 2012

10. Сакабаева А.К. Проектирование волоконно-оптических линий связи: методические указания/ монография в реферативной форме. 2012

Поиск по сайту: