РАСЧЕТ ГРАНИЦЫ ЛАЗЕРНО-ОПАСНОЙ ЗОНЫ

Лазерно-опасная зона (ЛОЗ) – это часть пространства, в пределах которого уровень лазерного излучения превышает ПДУ. Методы расчета границы ЛОЗ зависят от длины волны излучения.

Уравнение, определяющее границу ЛОЗ, имеет вид

                                                                  (5.1)

где  - вектор Пойнтинга в точке с радиусом-вектором .

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

 

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

(5.2)

где	θ	- 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:

 

При воздействии лазерного излучения на кожу и при воздействии излучения УФ- (180 < λ ≤ 380 нм) -                        ( 5.3)

где

WΣ	-	Энергия, генерируемая лазером за рабочий день, Дж
НΣ	-	Предельно допустимый уровень суммарной энергетической экспозиции, Дж/см2 (табл. 5.1);
r	-	Радиус пучка (источника) излучения, см.

     Таблица 5.1.

Значения Н_Σ для различных длин волн

λ, 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
НΣ, 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 < λ ≤ 10 ⁵ нм ) -                                  ( 5.4)

где

Wо	-	Энергия, генерируемая лазером за время однократного воздействия, Дж
НПДУ	-	Предельно допустимый уровень энергетической экспозиции, Дж/см2 (табл. 5.2);
r	-	Радиус пучка (источника) излучения, см.
К1	-	Коэффициент, зависящий от частоты повторения импульсов и длительности серии импульсов, приведен в табл. 5.4

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

                                                         (5.5)

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 (5.2 или 5.5).

Таблица 5.2

ПДУ энергетической экспозиции роговицы глаза лазерным излучением Н_ПДУ, Дж/см², с длиной волны свыше 1,4 мкм и кожи свыше 0,4 мкм в зависимости от длины волны λ и длительности импульсов τ

τ, с	λ, 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 5.4

Значения коэффициента К₁

Длитель-ность серии импуль-сов τ, 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< λ ≤ 1400 нм) на глаз.

Для расчета вводят безразмерный параметр U_p , равный

,                                                                    (5.6)

где	rз	- радиус зрачка глаза, см;
	U п	- безразмерный параметр, вычисляемый по формуле

                                                           (5.7)

где

Wо	-	Энергия, генерируемая лазером за время однократного воздействия, Дж
Нпду (τи)	-	Предельно допустимый уровень энергетической экспозиции для различных длин волн в зависимости от длительности одиночного импульса излучения, Дж/см2 (табл. 5.8);
К2	-	Значения коэффициента в зависимости от частоты повторения импульсов и длительности серии импульсов приведены в табл. 5.5

 

 

Таблица 5.5

Поправочный коэффициент К₂

Длитель- ность серии импуль-сов τ, 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

Радиус зрачка зависит от фоновой освещенности роговицы глаза Е_ф. Значение r_з можно определить по следующим данным (табл.5.6):

Таблица 5.6

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

                                                    (5.8)

При U _р < 4 ^. 10 ⁶ расчет границы ЛОЗ проводят по формуле

                                        (5.9)

Расчет границы ЛОЗ при воздействии излучения видимого диапазона спектра (380 < λ ≤ 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(θ).

Для расчета ЛОЗ необходимо определить безразмерные параметры:

U _р – по формуле (5.6);

                                                          (5.10)

где	U п	- безразмерный параметр, учитывающий первичные биологические эффекты, определяется по формуле (5.7);
	U в	- безразмерный параметр с учетом вторичных биологических эффектов. Определяется по формуле (5.11):

                                                              (5.11)

где

Wо	-	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;
НПДУ (λ)	-	Значения ПДУ для различных длин волн приведены в табл. 5.7.

 

Таблица 5.7

Значения Н_ПДУ (λ) для различных длин волн

λ, 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 (λ) 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 расчете ЛОЗ используются формулы, указанные на схеме рис.5.1.

Кривая на рис.5.1 показывает зависимость параметра ψ от U _р (угол θ=0 и 80 ⁰), при котором степень опасности излучения по первичным эффектам равна степени опасности излучения по вторичным биологическим эффектам.

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 (5.1) после подстановки в них выражения для  и ПДУ энергетической экспозиции роговицы глаза.

 

 

Таблица 5.8

ПДУ энергетической экспозиции Н_ПДУ(τ_и), Дж/см², на роговице глаза в зависимости от длительности импульсов τ и длины волны излучения λ при угловом размере источника излучения α = 10 ^{– 3} рад и максимальном диаметре зрачка глаза d_з = 0,8 см

τ, с	λ, 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

Рис. 5.1. Схема к расчету границы лазерно-опасной зоны при воздействии

               излучения видимого диапазона спектра на глаз

А  -  ; В -     ;

С -  .                       

---

Дата добавления: 2021-07-19; просмотров: 136; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!