Классификации лазеров
Существует несколько классификаций опасности лазеров
Класс опасности лазерной указки первый — I (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 опасности лазера второй — II (2)
Маломощные видимые излучатели, 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 опасности указки второй — IIа (2а)
Лазерные системы класса 2a, расположенные и закрепленные таким образом, что попадание луча в глаз человека при правильной эксплуатации исключено.
Класс опасности лазерного устройства третий — IIIa (3а)
Излучающие системы с видимым излучением, которые обычно не представляют опасность, если смотреть на устройство невооружённым взглядом только на протяжении кратковременного периода (как правило, за счет моргательного рефлекса глаза). Указки 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.
Класс опасности излучателя третий — IIIb (3б)
Лазеры и системы, которые представляют опасность, если смотреть непосредственно на лазер. Это же относится и к зеркальному отражению лазерного луча. Изделие относится к классу 3b, если его мощность более 5 милливатт. В России примерно соответствуют классу 3.
Класс опасности лазерного излучателя четвертый — IV (4)
Лазеры и устройства большой мощности, которые способны причинить сильное повреждение человеческому глазу короткими импульсами (<0,25 с) прямого лазерного луча, а также зеркально или диффузно отражённого. Излучатели и лазерные системы данного класса способны причинить значительное повреждение коже человека, а также оказать опасное воздействие на легко воспламеняющиеся и горючие материалы.
Техника безопасности при работе с лазером
Лазер — усиление света посредством вынужденного излучения. Устройство, преобразующее энергию накачки (световую, электрическую, тепловую, химическую и др.) в энергию когерентного (одинаковая фаза движения фотонов), монохроматического (одна длина волны, один цвет), поляризованного и узконаправленного потока (с минимальными отклонениями) излучения.
В каком электромагнитном спектре находятся различные виды лазерного излучения
Длины волн различных лазеров:
Газовые лазеры СО2 — 10.600 нм
Твердотельные лазеры Nd:YAG — 1.064 нм
Твердотельные лазеры Nd:YVO4 — 1.064 нм
Волоконные иттербиевые лазеры Nd:Ytterbium — 1.060 нм
Луч накачки InGaAsP (фосфид индия арсенида галия) — 808 нм
Красный диод нацеливания лазера — 650 нм
Двойная частота зеленого излучения Nd:YVO4, Nd:YAG — 532 нм
Ультрафиолетовый лазер — 355 нм
Классификация лазерных систем
Центр Center for Devices and Radiological Health (CDRH), Международная электротехническая комиссия и CENECEC в Европе классифицировали лазерное оборудование по уровню опасности, которую оно представляет при нормальной эксплуатации. Выделяется четыре основных уровня опасности: от Класса 1 (наименьший) до Класса 4 (наибольший).
Лазеры Класса 1
Система Класса 1 не представляет опасности при эксплуатации. Лазер относится к Классу 1, если и только если луч полностью изолирован на всём пути своего следования (то есть имеется кожух вокруг рабочей зоны, где происходит лазерная маркировка изделий) и любое излучение, выходящее за кожух, не превышает уровень MPE (максимального разрешённого значения).
Лазеры Класса 2
К Классу 2 относятся только лазеры видимого спектра. Он распространяется на маломощные лазерные лучи видимого спектра, которые благодаря нормальной человеческой реакции (мигание или отворачивание) обычно не представляют опасности, но имеют потенциал опасности, если продолжительное время смотреть прямо на луч. Ограничение Класса 2 для диодного луча – мощность менее 1 милливатта. Лазер может относиться к Классу 2, если лазерный маркировочный луч защищен по Классу 1 (смотри Лазеры Класса 1), а диодный луч нацеливания не удовлетворяет ограничениям Класса 1, но имеет мощность менее 1 милливатта.
Лазеры Класса 3
Лазеры Класса 3а имеют больше мощность, чем лазеры Класса 1 и 2 — мах 5 мВт — и обычно не представляют опасность, если на них кратковременно посмотреть невооружённым глазом, но могут представлять опасность, если на них посмотреть через фокусирующую оптику. Мощность луча превышает разрешенный уровень и может потенциально быть вредным для зрения, но реальный риск при кратковременном облучении всё равно мал.
Класс 3b может представлять опасность, если прямо смотреть на него незащищённым глазом. Мощность луча достигает мах 500 мВт. Чем выше мощность луча, тем выше риск поражения. Лазеры Класса 3b считаются опасными для глаз. Однако степень и серьезность повреждения зависит от нескольких факторов, включая мощность излучения, попавшего в глаз, и его продолжительность. Примерами лазеров Класса 3b могут быть лазеры, использующиеся в физиотерапии и различные исследовательские лазеры.
Лазеры Класса 4
При использовании лазеров 4-го класса опасность представляет не только прямое, но и диффузное отражение. Помимо этого, существует риск возникновения пожара и риск получения ожога. Все маркировочные лазеры относятся к Классу 4 опасности и должны эксплуатироваться с учётом этого. Некоторые лазерные системы гравировки могут относиться к Классу 1 или 2 при использовании защитного кожуха; однако, если кожух или система блокировки повреждены, то лазер относится к Классу 4. Мощность лазеров Класса 4 составляет более 500 мВт. Верхнего предела нет.
Что нужно сделать, чтобы лазер Класса 4 мог квалифицироваться как Класс 1
Лазер Класса 4 может быть классифицирован как Класс 1, если конструкцией устройства обеспечена безопасность эксплуатации и обслуживания. Это может включать ограничение доступа к излучению посредством защитного кожуха и панелей. В некоторых случаях лазерный луч может представлять опасность только на небольшом расстоянии. Иногда требуется ограничить доступ в зону, где происходит обработка лазером.
Для того, чтобы защитный кожух лазерного гравера мог быть квалифицирован как кожух для защиты лазера по Классу 1, требуется следующее:
- Стальные листы кожуха, через которые не может пройти лазерный луч
- Панели не должны пропускать свет (герметичность)
- Для обзорного окна оператора должно использоваться специальное стекло, не пропускающее лазерное излучение
- Автоматическая блокировка двери кожуха, подключенная к схеме защитной заслонки лазерной головки
- Панели, не имеющие защитной блокировки, должны быть так закреплены на винты, чтобы их невозможно было снять при работающем лазере
- На всех съемных панелях должны быть предупредительные этикетки
Риски при работе с лазером
Глаза: Лазерное излучение в глаза определённой длины волны и мощности может вызвать ожог роговицы или сетчатки (или обеих). Постоянное лазерное воздействие может привести к повреждению роговицы или сетчатки или катаракте.
Кожа: При мощном оптическом облучении возможен ожог.
Химические вещества: Некоторые лазеры работают на опасных или токсических веществах (т.е. лазеры на химических красителях, эксимерные лазеры).
Электричество: Во многих лазерах используется высокое напряжение.
Возгорание: Воспламеняющиеся материалы могут загореться при прямом или отражённом попадании мощного инфракрасного лазерного луча непрерывной волны (CW).
Риск для глаз
Поражение роговицы/хрусталика: 290-400 нм и 1.400-10.600 нм.
Поражение в зоне сетчатки: 400 — 1.400 нм. После попадания в глаз свет фокусируется хрусталиком. Интенсивность излучения может повыситься в 100.000 раз.
Одно попадание луча в зрительный нерв в ямке сетчатки может привести к слепоте.
Необратимое повреждение глаза лучом лазера Nd:YAG (1064 нм).
Человек увидел белую вспышку, и сразу появилось темное пятно в поле зрения
- При попадании инфракрасного излучения высокой мощности газового лазера CO2 чувствуется жжение роговицы или оболочки глаза
- При попадании видимого излучения будет яркая вспышка цвета соответствующей длины волны и остаточный образ дополнительного цвета
- Попадание коротко импульсных инфракрасных лучей (лазеров Nd:YAG) может пройти незаметно или привести к хлопку и визуальной дезориентации
Меры предосторожности
В ударно-точечных маркираторах Telesis используется игла с электромагнитным или пневматическим приводом. Вследствие этого существуют риски при работе с или вблизи маркировочной системы. Соблюдайте следующие меры предосторожности.
- Используйте защитные очки при работе с или вблизи маркиратора.
- Используйте защиту слуха при работе с или вблизи маркиратора
- Части тела, украшения и одежда должны находить вне зоны работы маркиратора
- Не снимайте и не изменяйте защитные кожухи, рамки и ограждения маркирующей головки.
- Запрещается использовать маркиратор не по назначению.
Защита зрения
Защититься от потенциального риска поражения зрения лазерным излучением можно следующим образом:
Никогда не смотреть на или в луч лазера независимо от его мощности.
Если вы работаете с лазером Класса 3B или 4, то минимизировать риск можно следующим образом:
Всегда надевайте защитные очки при включенном лазере.
Глаза не должны попадать в плоскость луча.
Помните, что луч может отражаться от поверхностей
Защитные очки:
Длина волны излучения, от которой защищают очки, и степень её подавления указаны на стекле очков.
Подавление излучения приводится в единицах Оптической плотности (OD).OD 4 означает, что интенсивность луча, проходящего через стекло очков подавляется в 10,000 раз.
Любые очки должны быть произведены и протестированы в соответствии с последними европейскими стандартами BS EN 207/8 и DIN 58215/9.
Ожоги
Газовые лазеры
Газовые лазера СО2 обжигают верхний слой кожи. Кожа темнеет, но заживает достаточно быстро.
Твердотельные лазеры
Луч твердотельных и волоконных лазеров проходит сквозь верхние слои и повреждает нижние подкожные слои. Кожа краснеет, и ожог заживает долго.
Лазерный мир
Начнем с нормативно-правовой базы. В настоящее время в России действуют следующие основные руководящие материалы по лазерной безопасности:
1. Санитарные нормы и правила устройства и эксплуатации лазеров. СанПиН № 5804-91. Утверждены еще Главным санитарным врачом СССР А.Н.Скляровым.
2. Межгосударственный* стандарт ГОСТ IEC 60825-1-2013. «Безопасность лазерной аппаратуры. Часть 1. Классификация оборудования, требования и руководство для пользователей.» Введен в действие с 1.07.2014 года. По утверждению разработчиков, идентичен международному[1] стандарту IEC 60825-1: 2007.
3. Межгосударственный стандарт ГОСТ 31581-2012, как уже говорилось, введен с 1.01.2015 г. и подготовлен «на основе применения ГОСТ Р 50723-94», имеющего то же наименование. Причем именно «подготовлен», а не «вводится взамен»!
При этом необходимо заметить, что была предпринята попытка заменить СанПиН № 5804-91 новыми правилами СанПиН 2.2.4./2.1.8.–14 «Гигиенические требования к физическим факторам производственной и окружающей среды» [2], в котором лазерной безопасности посвящен раздел 8 «Лазерное излучение». Однако следы проекта теряются в середине 2014 года, когда решением совещания по результатам обсуждения введение проекта было отложено. К этой ситуации возникает много разнообразных вопросов. Главный из них – отсутствие гармонизации между этими документами, в частности в отношении проблемы классификации лазерных изделий по степени опасности. Начало этому было положено введением ГОСТ Р 50723-94, который в попытке гармонизации с действующим тогда аналогичным стандартом IEC ввел пять классов опасности: 1; 2; 3А; 3В; 4, в отличие от четырех, определенных СанПиН. Начиная с этого момента, СанПиН и ГОСТ жили независимой жизнью, ставя разработчиков и пользователей лазерной техники в неопределенное положение, выходом из которого было известное положение «строгость законов российских смягчается необязательностью их исполнения». Тем более, что отношение к безопасности в стране до сих пор рассматривается по остаточному принципу, в соответствии с афоризмом мультяшного героя: «Ружье – оно денег стоит, а моя жизнь бесплатная».
Казалось бы, положение в стране в первое десятилетие нашего века стабилизировалось, можно навести порядок в стандартах, тем более что Россия устремилась в ВТО, а её лазерная отрасль была одной из немногих, которые могли предложить свою конкурентоспособную продукцию на международный рынок. Но положение не улучшилось – для начала было провалено исполнение Закона о техническом регулировании 2000 года. А решение вопросов разработки лазерных стандартов было отдано в руки дилетантов.
В своей статье «О ловушках, заложенных в новом ГОСТ по лазерной безопасности», опубликованной в «Лазер-информе» в 2012 году, посвященной введению в действие ГОСТ Р МЭК 60825-1-2009, автор указал на грубые ошибки перевода международного стандарта IEC 60825-1: 2007. Со своей критикой выступили и упомянутые коллеги [3]. Тогда же Лазерная Ассоциация направила обращение в адрес Росрегулирования. К сожалению, это обращение также не нашло должного отклика и упомянутый стандарт был введен в действие в 2013 году уже в качестве межгосударственного стандарта ГОСТ IEC 60825-1-2013 без исправления всех ляпов. В частности, в заголовке таблицы А.1 вместо слова «роговица» (cornea), использованного в стандарте IEC, осталось слово «сетчатка» (англ. «retina»), что делает невозможным корректное использование таблицы. Впрочем, пользоваться ГОСТом можно, если рядом положить оригинальный англоязычный стандарт IEC.
В этом стандарте введена классификация лазеров по степени опасности, соответствующая международному стандарту, которая содержит семь классов: 1; 1М; 2; 2М; 3К; 3В и 4. Это, естественно, вводит стандарт в противоречие с СанПиН № 5804-91. Данные противоречия и должны быть сняты при введении СанПиН 2.2.4./2.1.8.–14. Но этот документ так и не был введен.
Появление нового стандарта ГОСТ 31581-2012 вызывает, прежде всего, вопрос: «Зачем нужен этот стандарт, по сути своей дублирующий введенный полугодом ранее ГОСТ IEC 60825-1-2013?» Складывается впечатление, что в Федеральном агентстве по техническому регулированию и метрологии «правая рука не знает, что делает левая». Более того, в ГОСТ 31581-2012 содержатся ссылки о том, что «на территории Российской Федерации действует ГОСТ Р МЭК 60825-1-2009», который к моменту ввода нового стандарта уже полгода был заменен на соответствующий межгосударственный стандарт, а также «СанПиН № 5804-91». Таким образом, создана ситуация, при которой в РФ действую три (!) классификации лазеров по степени опасности. Действительно, введенный ГОСТ возродил классификацию стандарта 1994 года с пятью классами. При этом забавен отмеченный коллегами [1] перл, что, предваряя перечисление пяти классов, разработчики утверждают, что «лазерные изделия в зависимости от генерируемого излучения подразделяются на четыре класса опасности».
Хочу отметить тот положительный момент, что в ГОСТ 31581—2012 на стр. 5 появилось дополнительное примечание к разделу 7, допускающее попадание потенциально опасного лазерного излучения на человека на облучение с медицинскими целями. В других документах требования безопасности по существу делали незаконным использование, например, лазерных скальпелей. Нельзя не отметить, что этот ГОСТ написан более профессиональным русским языком.
Бессмысленно разбираться в деталях двух действующих ГОСТов и СанПиН, а также в их противоречиях без однозначного решения вопроса о том, какие нормативы лазерной безопасности принимаются на территории РФ – соответствующие стандарту IEC или национальные (в этом случае необходимо обосновать необходимость таких отступлений). И после этого должен быть разработан один ГОСТ по лазерной безопасности, максимально гармонизированный с международным стандартом. При этом мне очень нравится идея Д.А.Рогаткина: «Предлагаю «Санитарные нормы» сделать частью нового ГОСТа (техрегламента) в виде отдельного раздела или приложения. Они, ведь, по смыслу и есть его часть – правила безопасной эксплуатации лазеров. Законы это позволяют, так как согласно п.8.8 ГОСТа Р 1.0 возможен в качестве национального стандарта аутентичный текст соответствующего международного документа с дополнительными требованиями, отражающими специфику потребностей национальной экономики (так называемый модифицированный стандарт)».
Что же касается продолжающих действовать требований «СанПиН № 5804-91», ностальгией по которым пронизана публикация [1], то они, безусловно, должны быть переработаны. При этом прежде всего надо избавиться от пунктов, которые никогда не выполнялись и выполняться не будут. Наличие таких пунктов провоцирует к невыполнению разумных положений документа. Это, прежде всего, относится к пунктам:
«6.1. Технические условия на лазерные изделия согласовываются в обязательном порядке с органами государственного санитарного надзора.
6.2. Опытные образцы лазерных изделий должны иметь заключение экспертной комиссии Минздрава СССР о соответствии данным Правилам с последующим разрешением на серийный выпуск».
Интересно, знают ли коллеги, какое подразделение Минздрава России дает разрешение, например, на серийный выпуск систем наведения оружия. Автору, более 30 лет отработавшему в свое время в оборонных отраслях СССР и России, такое подразделение не известно. Не выполняются эти требования и для лазерных установок промышленного назначения, включая, например – мощные (около 30 Квт непрерывного излучения) установки, предназначенные для дистанционной резки металлоконструкций во время пожаров на нефтепромыслах.
Далее, коллеги [1] настаивают на требовании п. 4.9 «класс опасности лазерного изделия определяется классом используемого в нем лазера» даже в том случае, если конструкция изделия предусматривает наличие кожухов и блокировок, препятствующих доступу к опасному излучению. Они мотивируют это тем, что рано или поздно при ремонте придется отключить блокировки и открыть кожух, что может привести к воздействию на человека опасного излучения. Интересно, выполняли ли коллеги требования электробезопасности при работе с напряжением 1 000 В, используя у себя дома телевизоры с вакуумными кинескопами? А ведь в них на строчных трансформаторах именно такое напряжение. Или их, как и всех нормальных людей, устраивала надпись на задней стенке «Высокое напряжение! Не включать при открытой крышке». Так почему же они предлагают нам городить весь антураж вокруг изделий, в которых глубоко закопан лазер 4 класса опасности?
Так же ратуют они за выполнение п. 6.19. «В лазерных изделиях, предназначенных для использования в театрально-зрелищных мероприятиях, учебных заведениях, на открытых пространствах (топографическая съемка, лидары, навигационное оборудование, связь), запрещается применение лазеров III, IV класса». Полный абсурд, появившийся в СанПиН из неправильной предпосылки, что надо исходить из класса опасности используемого лазера, а не из уровней лазерного излучения в месте нахождения человека в реальных условиях использования изделия. Это все равно, что запрещать применение топоров, исходя из того, что топором можно отрубить голову. Даже приведенный в СанПиН пример 8 расчета предполагает, что при использовании лазеров в зрелищных мероприятиях со сцены прямо в глаза зрителей направляют луч лазера. Тогда как в реальных устройствах для лазерного шоу излучение направляют на рассеивающий экран, дымы, облака, таким образом, что на уровне глаз человека интенсивность лазерного излучения много меньше ПДУ.
Относительно нормативов, определяющих уровни безопасности лазерного излучения, можно утверждать, что их различие в 50 раз [1] по одновременно действующим НД является вопиющим безобразием. Это положение не только дезориентирует всех, кто работает с лазерным излучением, но и создает питательную среду для коррупции в соответствующих проверяющих структурах.
Какими должны быть единые нормативы, предложить не берусь. Однако считаю, что обоснованность их должна быть подтверждена не простой ссылкой на то, что они были определены документом четвертьвековой давности. Наиболее аргументированно, на взгляд автора, эта проблема рассмотрена в написанном Г.И.Желтовым разделе сборника [4].
Несмотря на существующую политическую конъюнктуру, немыслима изоляция от мировой экономики в духе «железного занавеса», обрекающая Россию на отставание от мирового уровня развития техники. Относится это и к изоляционизму в части стандартов. С учетом этого и должен быть разработан единый ГОСТ по лазерной безопасности, включающий в себя СанПиН. При этом очень важно, чтобы к работе по созданию стандарта были привлечены не только профессиональные специалисты в области безопасности, но и широкий круг специалистов, участвующих в разработке, производстве, продвижении на рынок и использовании лазерной продукции. Эти специалисты должны быть привлечены в рамках финансируемой государством программы – работа слишком серьезна и объемна. В противном случае появится очередное АНО НТЦ сертификации электрооборудования «ИСЭП», которая «наслесарит» нам очередной ГОСТ, пригодный только в качестве объекта для критики.
Представляется также, что работа в части разработки ГОСТа по лазерной безопасности, а также других стандартов в области фотоники должна осуществляться в рамках Технологической платформы «Фотоника».
1. Рахманов Б.Н., Кибовский В.Т. Лазер. Все же какого он класса опасности? – Фотоника, 2015, № 5 (53), с.42–49.
2. Текст проекта акта 00-03-3242-06-13-10-13-2-ver2-1724-numb-36523.
3. Рахманов Б.Н., В.Т.Кибовский В.Т. К 30-летию системы лазерной безопасности в России. Современные проблемы в области нормативного и правового регулирования безопасного применения лазерных аппаратов. – Лазер-информ, 2013, № 17, с.18.
4. Вопросы лазерной офтальмологии/Под ред. А.В.Большунова. – М.: Изд-во «Апрель», 2013.
Международным является стандарт, разработанный международной электротехнической комиссией (IEC). Межгосударственным является стандарт, принятый Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации, образованный странами бывшего СССР и вводится в странах, проголосовавших за принятие стандарта. За принятие стандарта ГОСТ IEC 60825-1-2013 проголосовало 6 стран, а за принятие ГОСТ 31581-2012 – 11 стран.
К какому классу принадлежит ваш лазер? То, что вам нужно знать для вашей безопасности
Когда мы говорим «ЛАЗЕР», мы подразумеваем очень широкий спектр продуктов. Продукты, оснащенные лазерами, используемыми в механической промышленности, часто имеют источники высокой мощности и могут вызвать даже серьезные повреждения, если не известны правила по их предотвращению.
По этой причине существует международный регламент, который разделяет лазерные системы на классы, указанные в стандарте IEC 60825-1 (в США – ANSI Z136). Классы зависят от того, как устроена система, а также от мощности и длины волны самого лазера.
Производитель несет ответственность за присвоение класса своей лазерной системе, который указывает уровень опасности для людей и меры предосторожности, необходимые при использовании лазера без неблагоприятных последствий для безопасности. Мы подробно проанализируем разные классы и различия между ними.
Лазер 1 класса
Лазерные системы класса 1 являются самыми безопасными для оператора. Даже при длительном контакте с глазами и оптическими инструментами они не вызывают повреждений, так как имеют выходную мощность в несколько микроватт.
Лазерные системы класса 3 или 4, если они встроены в шкаф, предотвращающий выход лучей, могут получить класс безопасности 1, так как внешняя конструкция защищает оператора на 100%.