激光安全等级与防护

第27卷 第5期 2O07年 9月 辐 射 防 护 RadiatiON Protection V01．27 No．5 S印 ． 2O07 激光安全等级与防护 陈日升 ，2 张贵忠 (1．天津大学精密仪器与光电子工程学院，300272；2．天津理化工程研究院，300180) 摘 要 本文主要介绍了国内外激光产品的安全等级划分 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ， 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 了激光对操作人员的潜在危害，并 针对不同等级激光产品提出了相应的技术设备工艺控制、管理条例、个人安全装备等防护措施。 关键词 电磁辐射 激光 辐射防护 激光防护 1 引言 电磁辐射是一种复合的电磁波，包括射频 辐射及其两端波段的延伸，电磁辐射是以互相 垂直的电场和磁场随时间的变化而传递能量。 激光是电磁辐射的一种，它主要是通过某些物 质受控受激发射过程而产生或放大的波长从红 外到紫外(180 nm一1 mm)范围的电磁辐射。电 磁辐射是电磁场能量以电磁波的形式向外发射 的过程，它能影响和破坏人体原有的电流和磁 场，使人体内原有的电磁场发生变异。随着激 光在各种不同领域的广泛应用，需要有更多的 人认识到激光的安全使用知识以及它的潜在危 害性。 针对非电离辐射在人类生活环境中的日益 增加，国际辐射防护协会(IRPA)在 1992年特别 成立了一个新的独立的科学机构——国际非电 离辐射防护委员会(ICNIRP)。该委员会的主要 任务是研究不同形式的非电离辐射对人类可能 造成 的危 害，处理 非 电离辐 射 防 护工 作。 ICNIRPj~立不久，就对常见的非电离辐射，如超 声波、射频、工频电磁场、紫外线和激光等的辐 射限值作了推荐，其中还特别推荐了激光对眼 睛和皮肤的照射限值u J。 事实上，所有的激光安全标准都是根据激 光的潜在危害性来划分的。例如美国国家标准 研究所(ANSI)的 Z136．1(2000)激光安全标准把 激光产品划分为四个安全等级。根据该标准， 在美国生产和销售的所有激光产品都必须标注 安全等级 2。我国分别在 1987年和 1995年制 订执行了激光产品的国家安全标准 GB 7247． 1987和GB 7247．1995((激光产品的辐射安全、设 备分类、要求和用户指南》[3,4J。2001年 11月 5 日，我国又制订并于2002年 5月 1日实施了新 的国家标准 GB 7247．1-2001《激光产品的安全 第1部分：设备分类、要求和用户指南》 ]。本 文主要结合国内外激光产品的安全标准，介绍 激光产品的安全等级划分和防护方法。这些方 法对于从事激光产品使用的操作人员具有指导 意义，对于从事激光应用实验场所建设和管理 的人员具有参考价值。 2 激光安全等级划分 根据激光产品对使用者的安全程度，国内 外均把激光产品的安全等级划分为以下四级： (1)1级激光 1级激光多指红外激光或激光二极管产生 的不可见激光辐射(辐射波长大于 1400 nm)，辐 射功率通常限制在 1ⅡIW。这类激光在合理可 国家自然科学基金资助课题(基金号：10674100)。 第一作者简介：陈日升，男，1971年 6月出生，1993年毕业于天津大学光学仪器专业 ，1996年毕业于天津理化工程研究院激 光应用专业，获硕士学位，现为天津大学精密仪器与光电子工程学院在职博士生，研究员。 维普资讯 http://www.cqvip.com 陈日升等：激光安全等级与防护 · 3l5 · 预见的工作条件下是安全的，它们不会产生有 害的辐射也不会引起火灾。 (2)2级激光 2级激光产生波长 4O0—700 Bill的连续或 脉冲可见光辐射，辐射功率一般较低，连续光的 辐射功率通常限制在 l— lW。这类激光产品通 常可由包括眨眼反射在内的回避反应提供眼腈 保护。 l级或2级激光产品通常供演示、显示或 娱乐之用，另外还常用在测绘、准直及调平等场 合。 (3)3级激光 3级激光分为 3a级和 3b级。3a级激光产 生可见或不可见激光，通常用肉眼短时间观察 不会产生危害，但是当用显微镜或望远镜等光 学仪器观察激光时，激光束会对眼睛造成伤害。 3a级激光通常可由包括眨眼反射在内的回避 反应提供眼睛保护，该级激光的漫反射光通常 是不会有危害的，它没有造成火灾的可能。3a 级可见激光输出功率限制在2级激光输出功率 的5倍，即5 mW；不可见激光输出功率限制在 l 级激光的5倍。 3b级激光规定连续激光的输出功率大于 500— lW，对可重复脉冲激光的单脉冲能量规定 在 30 150 mJ(依波长而变)；3b级激光对肉眼 和皮肤会造成伤害，该级激光的漫反射光也会 对眼睛造成伤害。 (4)4级激光 平均功率超过500—nw的连续或可重复脉 冲激光归为 4级，单脉冲输出的激光能量在 30 — 150 mJ(依波长而变)，激光波长是可见的或 不可见的。4级激光的功率足可以使人的眼睛 或皮肤瞬间内受到伤害。该激光的漫反射光对 眼睛或皮肤一样具有很强的危害性。4级激光 有使可燃物燃烧的可能，一般激光功率密度达 到 2 W／cm2时就会有引发火灾的可能。 3级或 4级激光产品通常应用在科研实 验、工程研究、激光雕刻、激光焊接、激光切割加 工等需要高能量激光辐射的领域。 3 激光安全防护 3．1 最大允许辐射量 MPE 美国国家激光安全标准 Z136．1(20o0)规定 了从事激光操作的工作人员的个人最大允许辐 射量 MPE(Maximum Permissible Exposure)l ， ， 。 我国的国家标准 GB 7247．1-2001定义了最大允 许辐射量 MPE为人体活组织经激光辐射后立 即或在稍后不引起重大伤害的激光辐射最大 值，其单位为W·m-2或J·m一20 MPE水平指眼 或皮肤受到照射后即刻或长时间后无损伤发生 的最大照射水平，它与辐射波长、脉宽或照射时 间、处于危险状态的生物组织以及暴露在 400 Bin一1400 Bin的可见和近红外辐射中的视网膜 成像的大小等有关。MPE的值要低于已知的 危害水平。国标中还具体规定了人体各部位的 MPE值(就现有的认识水平)， 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf l举例给出了 激光辐照人体皮肤的最大允许辐射量 MPE。 国标中还给出了不同情况下 MPE值的计算方 法_5J5。计算 MPE值要参考以下条件： 1)所使用激光的安全等级； 2)受激光辐射时间； 3)激光辐射波长； 4)激光的输出功率或能量； 5)激光的脉冲持续时间和脉冲重复频率； 6)激光的光束尺寸。 表1 激光辐照人体皮肤的最大允许辐射量 MPE Tab．1 朋P for skin from laser radiation 1)表中 C为修正因子，根据不同情况可以在国标中查到相关的数值。 维普资讯 http://www.cqvip.com · 3l6 · 辐射防护 第27卷 第5期 3．2 激光对人体的安全危害 我们知道，电离辐射通常能引起细胞化学 平衡的改变，某些改变会引起癌变。比如引起 体内细胞中遗传物质DNA的损伤，这种影响甚 至可能遗传到下一代，导致新生一代畸形、先天 性白血病等。在大量电离辐射的照射下，人体 可能在几小时或几天内引起病变，或是导致死 亡。与电离辐射不同的是，非电离辐射对人体 的安全危害远没有电离辐射那样强烈或者迅 速。但是，从事激光工作的人员如果不严格按 照激光使用场所或激光器操作规程进行工作， 也会对人体的安全造成损害。 强烈的激光辐射通常会干扰人体的生物 钟，导致人体生态平衡紊乱和神经功能失调，出 现头疼、乏力、困倦、激动、记忆力衰退、注意力 不集中、皮肤发热、脱发、心悸、心率失常和血压 失常等症状。 激光辐射对脑和神经系统的影响，表现为 松果体素分泌减少，节律紊乱，产生一系列临床 症状。激光辐射还可以损伤细胞膜，影响儿童 发育，造成妇女经期紊乱以及男性性功能减退， 甚至导致男性精液中精子数量骤减或无精子。 直接的激光辐射会对人的视力造成永久性伤害 甚至失明，直接的激光辐射还会灼伤人的皮肤， 特别是紫外到蓝光波段的激光对皮肤的伤害最 严重。 3．3 激光防护的管理措施及工艺设备控制 管理措施包括制定及时更新的标准操作规 程、应急措施和激光安全标志，并提供激光安全 措施手册指南。另外还包括定期视力检查、眼 睛皮肤正确保护及操作人员安全培训等。 最优先采用的防护办法是工艺技术设备的 控制。各种领域使用的激光种类各不相同，但 技术设备控制的措施却基本相同，主要包括： (1)激光器与实验台固定要牢靠； (2)激光光学元件应该能阻挡杂散光； (3)激光束与眼睛不应在同一水平线上(光 束的高度不能与坐着或站立的操作人员的眼睛 在同一水平线上)； (4)光束应该被封闭； (5)在实验场所安置光束隔离器； (6)用滤光片降低光束能量密度； (7)高能激光束采用光纤传输； (8)实验室内门窗应该关闭； (9)避免激光光路中存在反射材料； (10)对4级激光应该控制漫反射的危害。 以上的基本条例可以适用于所有安全等级 的激光，但随着激光潜在危害的增加，各条例的 要求苛刻程度也增加。2级和 3a级的激光不 会超过最大许可的辐射量，因此需要设置“注 意”标志，而一些 3b级和4级激光需要设置“危 险”标志，图1是I~lJ'l"激光安全标志的示例[ 。 我国在2001年 6月 1日实施了《激光安全 标志》国家标准。该标准对激光产品和在有激 光辐射的场所使用的激光安全标志的设计、尺 寸、颜色、图形、文字说明等做了规定，并对标志 在激光产品和激光场所中的使用给予了指导。 标准指出，在有进口产品的使用场所，可以按国 外标志执行。图2是《激光安全标志》国家标准 中的标志示例[5,8,9]。 另一项管理措施就是培训。使用2级和3a 级激光器的操作人员建议参加激光安全培训， 使用3b级和4级激光的操作人员必须参加培 -iJiI。1级激光不会产生辐射的危险，因此可以 不接受培训。 3．4 个人防护 3．4．1 安全环境 激光的使用环境决定着激光的安全防护措 施。激光的防护措施必须适用于 3b级或 4级 激光束在室内或室外受控区域内的使用。例 如，在室内的受控区域，3b级激光的使用者限 制在受过专业培训的人员，而且要控制光束，使 其不扩展到危 害区域之外。ANSI Z136．1 (2000)标准列举了许多附加的建议，例如，控制 人员进入激光区域，提供适当的维护设备，用光 束挡板阻挡有潜在危害的激光束，在光束中或 接近光束的位置使用漫反射挡光材料。我国从 2000年 l2月 1日起实施了《激光防护屏》国家 标准(GB 18151—2000)，该标准对激光防护屏的 设计、材料、品种、加工工艺等做了详细的规 定l10J。4级激光的工作场所包括更多的措施， 包括增加醒目的标志“紧急保险开关”来关断激 光，工作场所人口的防护措施包括： 维普资讯 http://www.cqvip.com 维普资讯 http://www.cqvip.com · 3l8 · 辐射防护 第 27卷 第5期 · 有效的硬件设备，用它们来关断激光或 减小激光的辐射量； · 锁闭过载操作的自锁闭机构； · 行政条例，要求受过培训的工作人员配 备个人防护用品； · 表示激光正在工作的醒 目的图像或声音 标志。 3．4．2 防护眼镜 激光对视觉的伤害是激光产品最大的潜在 危害。不同波长的激光会损害眼睛的不同结 构，其对眼睛的损害程度也不尽相同。可见光 以及近红外波段(4OO一1400 nln)的激光辐射会 损伤视网膜，因为激光经角膜、水晶体等眼屈光 介质的会聚作用，会使到达视网膜的激光辐照 量(或辐照度)比角膜处高出约 l0万倍。400 nln以下的紫外激光辐射大部分被角膜吸收，其 致伤的机理主要是光化学效应。而眼屈光介质 对 1400 nln以上的中远红外激光辐射一般不透 过，几乎完全被角膜吸收，其 中99％集中在角 膜前部 100 tan的上皮层和基质上，其损伤机理 主要为光热效应(见图3)E2,n]。 图 3 不同波长激光对眼睛的伤害部位 Fig．3 Position of eye injury from the laser with various wave le 安全等级为 I级的激光及其产品目前还没 有明确的对视力有害的报道。2级激光是低功 率的激光，它只产生 400～700 nil1的可见光，在 通常小于0．25 s作用时间内不会对人眼造成伤 害。如果迎着光路观察，3级特别是3b级激光 就有可能很严重地损伤眼睛。因此，对这类激 光安全控制的办法集中在避免用肉眼直接观察 激光，措施包括：尽可能地封闭光路；在不需要 激光满功率输出的情况下，采用降低激光功率 的装置，光路隔断器和输出激光滤色片以降低 激光功率；只在能够控制的区域内操作激光。 所有3b级激光的操作人员都应接受安全培训。 高功率的4级激光会对眼睛和皮肤产生严 重损伤。上面介绍的所有防护措施对 4级激光 维普资讯 http://www.cqvip.com 陈日升等：激光安全等级与防护 ·319 · 都是必需的，另外需要增加的防护措施包括：当 实验室门开启时，激光不能输出的自锁闭机构； 所有人员必须佩带防护眼镜；给激光光路安装 防护罩；远程开启激光、远程摄像监控等措施都 是可行的。 任何功率高到可以用来做切割用的激光器 都会对处于光路中的操作人员造成伤害。大多 数的激光事故包括眼睛损伤，都是因为操作人 员没有佩带防护眼镜。不过也有一些事故是源 于防护眼镜的设计缺陷。目前大多数的防护眼 镜都设计了防滑功能，并且有的能够做成曲面 镜片。一些镜片被设计成防燃设计以进行大功 率激光场合的观察，还有一些镜片被特别设计 来阻止超快激光光束。 防护不同波段的激光有不同的眼镜。在眼 镜上标明光密度和特定的波长信息是十分重要 的，这样可以在特定的激光波长和功率水平下 选择适合的眼镜。 对眼睛的安全防护不能完全依赖防护镜， 即使佩带了防护眼镜也不能直接在光路中观 察。在使用功率非常高的激光产品时，唯一的 选择就是采用工具设备来阻止激光直接照射人 体。 3．4．3 保护皮肤 从安全观点考虑，激光对皮肤的伤害与对 眼睛的伤害的严重程度相对要轻一点。激光对 角膜的伤害会导致永久性的视力丧失，而激光 对皮肤的伤害一般是可以治愈的。不过随着紫 外激光器和高功率激光器的广泛应用，激光对 皮肤的伤害也随之严重起来。l级、2级和 3a 级激光不会对皮肤产生伤害。3b级和 4级激 光产品对皮肤会产生不同程度的伤害。暴露于 250—380 nin波长的激光中的皮肤会发生灼伤、 皮肤癌和皮肤加速老化等现象，尤其是 280～ 315 nin紫外到蓝光波段的激光对皮肤的伤害 最严重。暴露于280～4OO nin波段的激光中的 皮肤会加速色素沉积，310～600 nin波段的激光 会使皮肤产生光敏反应，700～1000 nin波段的 激光会使皮肤灼伤或角化。 较好的保护皮肤的措施包括：穿长袖的由 防燃材料制成的工作服；激光受控区域安装由 防燃材料制成并且表面涂覆黑色或蓝色硅材料 的幕帘和隔光板以吸收紫外辐射并阻挡红外 线。 4 受激光辐射伤害后的治疗 通常情况下人体在受到激光辐射伤害后无 需特别的治疗即可短期内恢复健康，除非眼睛 和皮肤受到直接的强烈的激光辐射。对于激光 类辐射损伤的治疗主要以抗辐射损伤药物治疗 为主。如我国近年来以中药为原料研制的安多 霖胶囊，即可作为电离辐射和电磁辐射损伤的 防治和保健用药。对于接触激光辐射较多的工 作人员，平时还可以多吃油菜、芥菜、卷心菜、萝 卜等，这些蔬菜都具有抗辐射损伤的作用。 参考文献 1 杨华庭．非电离辐射防护限值简介．辐射防护， l99r7．17(3)：236 2 Kris Sweet．Laser Safety：Are You Protected．Photonics Spectra，2001．126～128 3 中华人民共和国国家标准．激光产品的辐射安全、 设备分类、要求和用户指南．GB 7247 1987．北京： 中国标准出版社，1987 4 中华人民共和国国家标准．激光产品的辐射安全、 设备分类、要求和用户指南．GB 7247．1995．北京： 中国标准出版社，1995 5 中华人民共和国国家标准．激光产品的安全 第 1 部分：设备分类、要求和用户指南．GB 7247．1． 2001．北京：中国标准出版社 ，2001 6 I麟 ，Environment，Safety and Health Manua1．／／ WWW．1lrd．org．March 10，2003 7 Sliney D H．Laser Safety．La in Stag Med ．．1995． 16：215 8 中华人民共和国国家标准．激光安全标志．GB 18217-2OOO．北京：中国标准出版社 ，2OOO 9 满春阳．学习贯彻国家激光安全防护标准，提高我 国激光产品质量．激光集锦，1995．5(1)：23 l0 中华人民共和国国家标准．激光防护屏．GB 18151-2OOO．北京：中国标准出版社 ，2OOO 11 Osama Bader，Harvey hti．FRCPC．1aser Safety and the Eye． Hidden Hazards and Practical Pearls． Washington，D．C．，1996．10～15 (编辑部收稿 13期 2OO6年 11月 13 13) 维普资讯 http://www.cqvip.com · 320 · 辐射防护 第 27卷 第 5期 SAFETY CIASS oF LASER AND n1s PRoTEC ⅡON Chen Risheng ，2 Zh锄g Gu ong (1．Colloge ofPrecision Instrument and Optodectmnies E ne Ilg，Tianjin University，300072； 2．Institute of Physical and Chemical Engineering，Tianjin，3oo18o) All laser products can be classified into four grades by their potential h~-qM ． This popo r describes the classificatiom for different types of laser products，and the required processing controls for each class．It also describes the responsibilities of personnel who work with or supervise laser operations and identifies the work standards for the safe operation of lasers an d laser systems． (Key Words：Electromagnetic Radiation，I~k．Qer，Radiation Protection， Protection) (上接第301页，Continued from page 301) SPRAY DRY【NG rIEST oF Sn仉 J】【 A 唧 BoRATED W AS E SoI I『rrIONS An Hongxiang Zhou Lianquan Fan Zhiwen Sun Qi Lin Xiaolong (China Institute for Radiation Protection，Taiyuan，030006) Abstract Performance and the effecting factors of spray drying of simulated borated waste solutions is studied for three eontaeting methods between the atomized beads and the heated air． in which boron concentration is armund 21000 ppm． Th e contacting modes are centrifugal atomizing CO—current flow， pneumatic atomizing co-current flow and mixed flow．Th e results show that a free-flowing product in all these tests when the temporattLre of the solutions is between 62℃ and 64℃ ．the inlet temperature of the spray chamber is between 210℃ and 220 oC，the temperature of the outlet of the spray&ying chamber is between 110 and 120℃ ，the flow rate of th0 pressure air is 8．0 m3／h，the rotational speed of the centrifugal atomizer is 73．0 m／s．Th e diameters of the powder product which account for 95％ of the feed range from 0． 356 null to 0．061 toni．Th e production capacity and water content in the powder increase in the order of pneumatic atomizing c0一current flow． mixed flow and centrifugal atomizing CO—current flow．Th e volume reduction eoeffecient of spray&q~ing is in the ranged of 0．22 and 0．27． (Key Words：Simulated Borate Waste Solutions，Spray Drying，Powder) 维普资讯 http://www.cqvip.com