CC BY
23
За рубежом
УДК[613.645:621 .375.826(047)
А. В. Быховский, В. А. Кашуба, А. Н. Солонников НОРМАТИВЫ ПО ЛАЗЕРНОЙ|БЕЗОПАСНОСТИ В США Московский научно-исследовательский институт гигиены им. Ф. Ф. Эрисмана
Лазеры вошли в сферу человеческой деятельности недавно и за короткий срок нашли широкое применение в различных областях науки и производства. Только в США к 1973 г. эксплуатировалось около 100 тыс. лазеров, а к 1980 г. их количество должно достигнуть 1 млн. (Goldman, 1974). С каждым годом все больше становится научных сотрудников, инженеров, техников, врачей, студентов, квалифицированных рабочих, занятых разработкой и практическим использованием лазерных установок. Особенно быстрыми темпами растет численность персонала, обслуживающего лазерные технологические установки в промышленности. В связи с этим приобретают актуальность гигиена труда и техника безопасности, связанные с применением лазерных установок.
Многочисленными работами отечественных и зарубежных исследователей установлено биологическое действие лазерного излучения. Л. М. Омельяненко и соавт. В. Г. Артамонова и соавт. 2, Э. А. Петру-нек s, Н. Л. Маланова, Н. Д. Мельникова 4 и другие авторы показали неблагоприятное действие лазерного излучения на организм работающих с лазерами в случае нарушения установленных правил лазерной безопасности.
Все это определяет существенный интерес, который представляет для гигиенистов анализ разработанных в США нормативных материалов, регламентирующих опасность лазеров для здоровья обслуживающего персонала.
По имеющимся данным, вопросами лазерной безопасности в США занимаются многочисленные военные и гражданские организации (включая и Американскую ассоциацию промышленных гигиенистов), разработавшие ряд ведомственных инструкций и правил по технике безопасности (Dunsky и соавт.; Powell и соавт., 1968, 1970). С учетом этих материалов в 1973, г. утвержден американский национальный стандарт по безопасному применению лазеров, который разрабатывался в течение 5 лет Комитетом стандартов z-136 по безопасному применению лазеров и мазеров (этот комитет входит в Американский национальный институт стандартов).
В разработке стандартов приняла участие 51 организация, в том числе Американская ассоциация промышленных гигиенистов, Общество по физическим аспектам охраны здоровья (health physics society), Американский институт лазеров, HACA, Национальное бюро стандартов. Американское оптическое общество и т. д.
Указанный стандарт состоит из 9 основных разделов, имеет 8 приложений и содержит словарь терминов. Стандарт основан на представлении о повреждающем действии прямого и отраженного лазерного излучения
1 Клиника н вопросы экспертизы трудоспособности при заболеваниях, вызванных воздействием физических факторов. М., 1972, с. 99—103.
2 Оздоровление условий труда и гигиена населенных мест в связи с индустриализацией Сибири н Дальнего Востока. Новосибирск, 1971, с. 59—61.
3 Состояние периферической крови при воздействии излучений ОКГ. Дисс. канд. мед. наук. М., 1973.
4 Тезисы докладов научно-технической конференции «Использование ОКГ в науке и технике». Л., 1969, с. 46—49.
Классификация лазеров по степени их опасности для обслуживающего персонала
Класс Общ:: я характе- Меры без- Медицинский
ристика опасности надзор
I Не подлежа- . Не приме- Не осуще-
— шие контролю няются ствляется
II Маломощные видимого диапазона (0,4—0,7 мкм) Применяются » 1
III Средней мощности > > Осуществляется
IV Большой мощности > » »
V Огражденные Не приме- Не осу-
(закрытые) няется ществляется
на критические органы — глаза и кожу. С учетом этого разработаны предельно допустимые уровни (ПДУ) облучения и введено понятие энергетической экспозиции (дозы). Впервые сделана попытка разработать указания по безопасному применению практически всех типов существующих лазеров, в том числе и с переменной длиной волны (многоволновые), генерирующих излучение в широком диапазоне — от коротковолнового ультрафиолета 0,2 мкм до субмиллиметровых волн. При этом учиты- '
ваются режим работы лазеров — непрерывный, или импульсный (свободная генерация, модулированная добротность), частота повторения импульсов, их длительность (в пределах от 0,2 до Ю-9 с), выходные параметры излучения (мощность, энергия), время облучения. В качестве ведущих, факторов при оценке степени опасности лазеров приняты максимальная выходная мощность (энергия), длина волны и длительность облучения. С учетом этих факторов лазеры подразделяются на точечные и- протяженные источники. Исходя из степени опасности ,для персонала лазерного излучения, все существующие нормально работающие лазеры и Лазерные системы — как импульсные, так и непрерывные — делятся согласно стандарту на 5 классов (табл. 1).
Как видно из табЛ". 1, к I классу отнесены лазеры, которые в течение реально возможной-Длительности работы не в состоянии создавать поражающих уровней излучения, в связи с чем к ним не применяются меры безопасности и контроля. Вместе с тем персоналу рекомендуется избегать любого ненужного прямого облучения глаз, в частности не смотреть на луч. С лазерами 11 класса можно работать открыто, но в тщательно соблюдаемых условиях облучения. Лазёры III класса требуют применения мер безопасности, предотвращающих попадание в глаз прямого пучка. Лазеры IV класса требуют применения таких защитных мероприятий, которые предотвращают облучение гл'аз и коуи как прямым лучом, так и отраженным и рассеянным излучением. В V класс входят лазеры II, III и IV классов, которые благодаря их конструкции и принятым техническим мерам используются так, что не создают поражающего}излучения. Однако за лазерами V класса необходим строгий контроль. В стандарте особо подчеркивается, что вероятность и степень поражения увеличиваются с ростом выходной мощности лазера; это требует, согласно классификации, наиболее строгих мер безопасности при работе с лазерами III и IV классов. Для классификационных определений опасности лазеров и лазерных систем в специальных таблицах стандарта приводится сводка уровней мощности и энергии лазерного излучения. Приведенный фрагмент касается лазеров непрерывного излучения только волн длиной 0,7-М,4 мкм (табл. 2).
С учетом класса лазеров устанавливается значение различных агентов окружающей среды и условий применения, требующих дополнительных средств защиты. Например, использование лазеров в помещении, открытом море, на шахте, в атмосфере и космосе связано с существенно разной возможностью облучения обслуживающего и другого персонала. По замыслу авторов стандарта, одной из задач схемы классификации лазеров является
Сводка уровней излучения мощности для классификации лазеров и лазерных систем непрерывного действия
Длина волны А. (в мкм) Ограничивающая апертура (в мм) Длительность излучения / (в с) Классы
1« II III IV
0,7—1,06 1,06—1,4 7 7 3-10« 3-Ю4 «г0,4-10-«Вт-ь200Х Х10-«Вт =^200 -ю-« Вт — Больше, чем в I классе, но 5^0,5 Вт Больше, чем в I классе, но =^0,5 Вт >0,5 Вт >0,5 Вт
1 Точное значение определяется в зависимости от длины волны по соответствующему графику.
доведение до минимума необходимости в лазерных измерениях и производстве расчетов. Измерения требуются только в отдельных случаях, например когда отсутствует информация о характеристиках лазера или когда выходная мощность его находится на линии раздела лазерных классов, а также при изменении класса лазера. Стандарт содержит указания и рекомендации по проведению измерений параметров лазерного излучения, при этом подчеркивается возможность ограниченного использования специальной измерительной аппаратуры.
При оценке опасности работы с лазером наряду с характеристиками излучения должны приниматься во внимание химические и физические агенты производственной среды, оборудование рабочего места, характер трудовой деятельности, квалификации обслуживающего персонала. В стандарте даны гигиенические рекомендации, касающиеся ряда факторов опасности (хладоагенты, токсические вещества, шум, ионизирующее излучение), которые образуются при эксплуатации лазеров.
Основные требования по безопасности относятся к организационно-методическим и техническим мероприятиям. Организационно-методические меры связаны с обучением персонала, недопущением посторонних лиц к лазерам, маркировкой лазеров специальными предупреждающими знаками лазерной опасности, оборудованием помещений предупреждающими сигнальными системами (звуковыми и световыми). Технические меры зашиты направлены прежде всего на ограждение, экранирование лазерньццдшков как по всей протяженности, так и в конце полезной траектории, что делает невозможным доступ человека к лазерному лучу. При этом, как полагают, не следует соблюдать никаких дополнительных мер безопасности. Весьма важно создание различных блокировок, ограничителей пучка, прерывателей. Указывается, что оптические системы, линзы, телескопы и микроскопы могут увеличить опасность для глаз при обзоре лазерного луча. Особое внимание обращено на защиту от лазеров с инфракрасным и УФ-излу-чением. При оценке лазеров, с точки зрения их опасности для персонала, введено понятие «контролируемая зона», т. е. пространство, в котором персонал может подвергнуться воздействию опасного уровня прямого, отраженного и рассеянного излучения. Наиболее надежная защита обеспечивается при дистанционном управлении лазерными установками. Регулировка (юстировка) и профилактический ремонт должны выполняться по специальной инструкции. После каждого ремонта обязателен специальный осмотр с целью выяснения необходимости изменения мер безопасности. При недостаточности мер защиты, т. е. в случае превышения ПДУ лазерного излучения, предусмотрено применение средств индивидуальной защиты. В качестве таких средств рекомендованы только «противолазерные» очки. Изложены требования к таким очкам, способы их выбора и оценки.
ПДУ облучения лазерами глаз и кожи
Раздел Длина волны (в мкм) Длительность облучения (в с) ПДУ Ограничивающая апертура
А 0,2—0,302 Ю-1— 3-10' 3-ю-3 Дж-см-2
0,303—0,3141 10-2—3-10* 4.10-3+6,3 • 10-» Дж-см-2 1 ММ
0,315—0,4 10-2—103 1 Дж-см-2
0,315—0,4 10-3—3.101 1-10-3 Вт см-2
0,4-1,4 ю-»—2-10-» 5-Ю-7 Дж-см-*
2-10-5—10 1,8-Ю-3 t''* Дж-см-2
Ю—10-« Ю-2 Дж-см-2 7 мм
10«— 3-Ю4 10-» Вт-см-2
1,4—10» 10-»—ю-7 Ю-2 Дж-см-2
ю-7—10 0,56 t''* Дж-см-2
10 0,1 Вт-см-2 I мм для Х=
10 ¿^"Дж-см-2-стер-1
В 0,4—1,4 10-»—ю-7 1,4—100 мкм,
10—104 20 Дж -см-2 -стер-1 11 мм для
104—3-Ю4 2,0-Ю-3 Вт-см-2-стер-1 Х=0,1—1 мм
с 0,4—1,4 10-»—ю-7 2-10-2 Дж-см-2
ю-7—10 1,1 tч* Дж-см-2
10—3-Ю4 0,2 Вт-см-2
1 Для длин волн данного промежутка ПДУ нами не указываются.
Осуществление мер по обеспечению регламентированных стандартом условий возлагается на службу лазерной безопасности или специально выделенного инженера (Laser Safety Officer).
Существенный интерес представляют принятые ПДУ лазерного излучения на рабочих местах. Эти величины значительно ниже опасных уровней, вызывающих биологический эффект, и вычислены, исходя из наиболее неблагоприятных условий воздействия лазерного излучения на глаза и кожу. В соответствии с этим в стандарте даны таблицы ПДУ только для глаз и кожи. Поскольку ПДУ для ультрафиолетового (0,2—0,4 мкм) и длинноволнового инфракрасного излучения (1,4—1000 мкм) совпадают в таблицах, мы в целях наглядности составили сводную таблицу, где в отношении этих диапазонов излучения приведены ПДУ для глаз (А — при наблюдении точечного источника, В — при наблюдении протяженного источника) и кожи (С) (табл. 3).
В основе расчетных ПДУ положено представление о том, что вредное действие лазерного излучения на глаза связано с термическим повреждением их тканей. Поэтому наряду с суммарной мощностью энергии импульса, поступающего в глаз, учитываются дополнительные параметры, связанные с особенностями оптической системы глаза. ПДУ приводятся только для максимально расширенного зрачка. Учитывается также продолжительность импульса, определяющая скорость поступления энергии в глаз и, следовательно, влияющая на степень нагрева соответствующей ткани. Вычисление ПДУ для конкретных случаев облучения ведется с учетом физических характеристик лазерных систем и условий их применения, исходя из основных величин и поправочных коэффициентов, которые приведены в ряде таблиц и графиков. Лишь в некоторых случаях расчеты относительно просты, что видно из приведенного в стандарте примера.
Пример. Лазер излучает энергию в видимом оптическом диапазоне, в режиме одиночных импульсов. Определяем предельно допустимый уровень облучения при внутрипучковой экспозиции на длине волны 0,69 мкм (рубиновый лазер) с длительностью импульса / = 810-4 с. Исходя из табл. 3 (раздел А), ПДУ определяется по формуле:
Я = 1,8-10—3<*/\Цж-см—
Подставив величину t, получаем:
1.8-10-»/ (1,8-10-») (8-10-«) 14,4-10—7
Я = —7—— =-,. -= 1 со IA-1 = 8,6.10—•Дж'См—'«
уТ Í/810-* l.bB-lO
Однако в большинстве случаев, например при генерации повторяющихся серий импульсов или излучений с различными длинами волн, расчеты существенно усложняются. Предусмотренное стандартом медицинское обследование работающих ограничено офтальмологическим и дерматологическим осмотром персонала, работающего с установками III и IV классов (см. табл. 1) и должно проводиться каждые 3 года. Если у того или иного лица заподозрено повреждение глаз и кожи, то предусмотрено его немедленное внеочередное обследование.
Стандарт содержит требование к изготовителям лазерного оборудования: они обязаны гарантировать безопасность при работе с лазерными установками, снабдить последние инструкциями по технике безопасности и обеспечить маркировку выпускаемого оборудования соответствующими знаками лазерной опасности. Требования к администрации предприятий, использующих лазеры, изложены в специальной программе, включающей обучение персонала, обеспечение соответствующих условий его работы, надзор за оборудованием и медицинское обслуживание работающих.
Отмечая существенный вклад, который вносит изданный в США стандарт в практическую деятельность по обеспечению лазерной безопасности, следует указать на ряд серьезных недостатков этого документа. 1. Представленные ПДУ основаны преимущественно на математической обработке результатов небольшого числа наблюдений, характеризующих поражающее действие лазера в остром эксперименте или в случае производственных аварий. Вместе с тем опыт радиационной гигиены и гигиенического нормирования ряда физических агентов позволяет считать, что для обоснования ПДУ лазерного излучения в различных диапазонах спектра электромагнитных волн следует ориентироваться на специально проводимые хронические экспериментальные исследования, в том числе с воздействием малых доз лазерного излучения на животных разных видов. При этом необходимо учесть, что в отношении биологического действия лазерного излучения в коротковолновом УФ (0,11—0,12 мкм), длинноволновом инфракрасном и субмиллиметровом диапазонах имеются лишь единичные работы. В связи с этим справедливо указание Goldman (1967, 1974) о том, что для разработки и осуществления мер безопасности при использовании лазеров необходимо более глубокое изучение биологической стороны проблемы.
2. Использование термического эффекта поражения глаз и кожи в качестве критерия нормирования представляется в настоящее время недостаточным. Нужен подход с позиции учета наиболее ранних физиологических, препаталогических изменений и сдвигов в критических органах. Советскими исследователями за последние годы показана возможность неблагоприятного воздействия лазерного излучения на другие органы и системы человека, в частности обнаружены биохимические и гематологические сдвиги у лиц, работающих с лазерами, при отсутствии видимых поражений кожи и глаз. Наряду с этим не заслуженно мало места отводится в стандарте рассеянному и отраженному лазерному излучению. А. Б. Бутман и соавт.5, JI. А. Севастьянов 6 показывают возможность влияния на глаз вплоть до ожогов сетчатки и рассеянного, и диффузноотраженного лазерного излучения. Следует учесть вероятность неблагоприятного воздействия на человека прямого лазерного луча при уровнях существенно меньших, чем те, которые приведены в стандарте ПДУ, а также рассеянного и отра-
4 «Воен.-мед. ж.», 1975, № 3, с. 53—55.
■ Действие рассеянного света импульсного рубинового лазера и белого импульсного света на роговицу и сетчатку глаза белых мышей. Канд. дисс. М., 1966.
женного излучения за счет механизмов, обусловленных оптико-вегетативными связями межуточного мозга.
3. Накопленный опыт наблюдений не дает еще права с уверенностью считать, что лазеры, отнесенные стандартом к I классу, действительно безопасны для здоровья работающих. Прийти к такому заключению позволят лишь многолетние исследования с применением достаточно точных методов выявления отдаленных последствий влияния на организм работающих лазерного излучения и других сопутствующих факторов опасности, возникающих при работе лазерных установок.
4. Недостаточное место в стандарте занимают средства получения количественных данных об уровнях лазерного излучения на рабочих местах. Вместе с тем накопление таких данных, характеризующих уровни воздействия лазерного излучения на обслуживающий персонал, имеет на данной стадии наших знаний серьезное значение. Необходимо развивать исследования и наблюдения в области лазерной дозиметрии, исходя также и из возможности подхода к оценке влияния лазерного излучения с позиции дозы, хотя такой подход является сейчас несколько проблематичным.
Предусмотренные стандартом методы вычисления ПДУ и определения класса лазера чрезмерно громоздки, неудобны для практического применения и требуют существенного упрощения.
Не нашли освещения гигиенические нормативы для оценки лазеров, генерирующих в так называемом режиме модулированной добротности, импульсы Ю-9 с и короче (Goldman и соавт.). Отсутствуют также ПДУ для лазеров УФ-диапазона с длительностью импульса менее Ю-2 с.
Стандартом предусмотрен явно недостаточный объем медицинского обследования лиц, работающих с лазерами, так, например, предусматривается проведение периодического осмотра только 1 раз в 3 года. Для сравнения укажем, что в СССР, кроме обязательного предварительного медицинского осмотра при поступлении на работу, весь персонал, занятый в производстве и эксплуатации лазеров, периодически 1 раз в году обследуется 3 врачами-специалистами с применением лабораторных исследований, а осмотр врачом-окулистом осуществляется каждые 3 мес.
Несмотря на несовершенство стандарта, отмечаемое и самими американскими учеными, а также различия в подходе к решению проблемы безопасного использования лазеров, исходные положения этого документа заслуживают внимания советских гигиенистов. В рамках настоящего обзора представлены лишь основные гигиенически значимые аспекты американских нормативных документов. Критическое использование нормативных материалов США и других зарубежных стран (Powell; Deitmers Dode; Wolbarsht) позволит на основе опыта советских исследователей и специалистов социалистических стран установить критерии, гарантирующие безопасность применения лазеров в народном хозяйстве.
ЛИТЕРАТУРА. Goldman L. — «Opt. and Laser Technol.», 1974, v. 6, p. 3—4. — DunskyJ.L. et a. — «Am. Industr. Hyg. Ass. J.». 1973, v. 34, p. 235—240.— Powe 1 1 С. H. et а. — Ibid., 1971, v. 31, p. 485.—491. — Goldman L. Biomedical Aspects of the Laser. Berlin, 1967. — G о 1 d m a n L. et a. — «Opt. and Laser Technol.», 1973, v. 5, p. 11—13. — DettmersD. — «Schweiz, techn. Z.», 1969, Bd 66, S. 992—997.— Wolbarsht M. L. — In.: Laser Applications in Medicine and Biology. V. 1. New York, 1971, p. 278.
Поступила 27/VI 1975 г.
W
