POSUZOVÁNÍ BEZPEČNOSTI PROVOZU LASERŮ VE VOJENSKÝCH VÝCVIKOVÝCH PROSTORECH

Transkript

1 ČOS ČESKÝ OBRANNÝ STANDARD POSUZOVÁNÍ BEZPEČNOSTI PROVOZU LASERŮ VE VOJENSKÝCH VÝCVIKOVÝCH PROSTORECH Praha

2 ČOS (VOLNÁ STRANA) 2

3 ČOS ČESKÝ OBRANNÝ STANDARD POSUZOVÁNÍ BEZPEČNOSTI PROVOZU LASERŮ VE VOJENSKÝCH VÝCVIKOVÝCH PROSTORECH Základem pro tvorbu tohoto standardu byly následující originály dokumentů: STANAG 3606, Ed. 5 EVALUATION AND CONTROL OF LASER HAZARDS ON MILITARY RANGES HODNOCENÍ A KONTROLA OHROŽENÍ LASERY NA VOJENSKÝCH STŘELNICÍCH Úřad pro obrannou standardizaci, katalogizaci a státní ověřování jakosti Praha

4 ČOS Obsah Bod Strana 1 Předmět standardu Nahrazení předchozích standardů (norem). 6 3 Související citované dokumenty. 6 4 Vypracování standardu 6 5 Všeobecná ustanovení. 6 6 Pojmy a definice Pojmy z oblasti laserů Definice bezpečnosti Odrazy a propustnost Radiometrické jednotky Geometrické pojmy Pojmy pravděpodobnostního modelování Všeobecné pojmy 10 7 Významový slovník matematických symbolů Obecné symboly, jejich popis a jednotky, ve kterých jsou uváděny Pravděpodobnostní symboly 12 8 Hodnocení nebezpečí Obecně Postup hodnocení nebezpečí Klasifikace laserů Výpočet jmenovité vzdálenosti s nebezpečím poškození zraku NOHD Faktory ovlivňující PS a NOHD Opakovací impulsní lasery Atmosférické efekty Zvětšovací optické přístroje Filtry zeslabující svazek Bezpečnostní ochranné protilaserové brýle Nebezpečí odrazů Negaussovské svazky Výrobní zařízení Přesnost zamíření svazku 18 9 Mezní normované expozice.. 19 Doplněk 1 Opakovací impulsní lasery. 22 Doplněk 2 Atmosférické jevy Doplněk 3 Pravděpodobnostní přístup k bezpečnosti použití laseru 24 Doplněk 4 Upozornění na mokré povrchy cíle. 29 Příloha A Preventivní opatření a odpovědnosti za jejich realizaci Odpovědnosti za zabezpečení preventivních opatření k ochraně zraku při provádění laserových operací Zabezpečení ochrany zraku při provádění laserových operací 31 Příloha B Rozsah kontroly postupů pro laserové systémy třídy 3b a třídy Obecně 33 2 Úvod 33 3 Laserové střelnice a výcvikové prostory. 33 4

5 ČOS Plánování a řízení laserových operací Činnost laseru Cíle a cílové oblasti Překážky a bezpečnostní zóny Osobní ochrana 35 9 Zvětšovací optické přístroje Činnosti za špatných meteorologických podmínek a v noci.. 35 Dodatek 1 k příloze B Schvalování laserových střelnic.. 37 Dodatek 2 k příloze B Provozování leteckého palubního laseru 39 5

6 ČOS PŘEDMĚT STANDARDU ČOS , zavádí STANAG 3606, edice 5 "Hodnocení a kontrola ohrožení lasery na vojenských střelnicích" (Evaluation and control of laser hazards on military ranges) do prostředí ČR. 2 NAHRAZENÍ PŘEDCHOZÍCH STANDARDŮ (NOREM) Tento standard nenahrazuje žádnou v ČR doposud platnou normu nebo standard. 3 SOUVISEJÍCÍ CITOVANÉ DOKUMENTY V tomto standardu jsou odkazy na dále uvedené dokumenty, které se tímto stávají jeho normativní součástí. U odkazů, v nichž je uveden rok vydání souvisejícího standardu, platí tento související standard bez ohledu na to, zda existují novější vydání tohoto souvisejícího standardu. U odkazů na dokument bez uvedení data jeho vydání platí vždy poslední vydání citovaného dokumentu. ČSN EN ČSN EN změna A1 ČSN EN změna A2 Bezpečnost laserových zařízení - Část 1: Klasifikace zařízení, požadavky a pokyny pro používání Bezpečnost laserových zařízení - Část 1: Klasifikace zařízení, požadavky a pokyny pro používání Bezpečnost laserových zařízení - Část 1: Klasifikace zařízení, požadavky a pokyny pro používání Zákon č. 258/2000 Sb. O ochraně veřejného zdraví a o změně některých souvisejících zákonů Nařízení vlády O ochraně zdraví před neionizujícím zářením č.480/2000 Sb. s přílohami 1 až 6 4 ZPRACOVATEL ČOS VOP-026, Šternberk, s. p., divize VTÚVM Slavičín, Ing. Alois Tichý 5 VŠEOBECNÁ USTANOVENÍ Cílem tohoto dokumentu je standardizace posuzování bezpečnosti při provozu laserů, používaných při výcviku vojsk a pro výrobu a zkoušení laserových zařízení určených pro potřeby obrany a bezpečnosti České republiky, a to zejména ve vojenských výcvikových prostorech v České republice. 6

7 6 POJMY A DEFINICE Pro potřeby tohoto standardu jsou použity následující termíny a definice: ČOS POJMY Z OBLASTI LASERŮ: 1 Laser zdroj koherentního záření v infračervené, viditelné nebo ultrafialové oblasti spektra, využívající jevu stimulované emise elektromagnetického záření aktivních částic buzených vnějším zdrojem energie. 2 Apertura laseru - otvor optické soustavy laseru, který omezuje příčné rozměry svazku paprsků záření procházejícího soustavou. Je zpravidla dána příčnými rozměry čoček nebo clon. 3 Průměr laserového svazku - průměr nejmenší kružnice d u se středem na ose svazku, kterou prochází u % celkového výkonu laseru (energie laseru). V případě Gaussova svazku je použit průměr d 63, který odpovídá bodu, v němž intenzita ozařování (dávka ozáření) klesne na hodnotu 1/e její vrcholové hodnoty. 4 Rozbíhavost (divergence) laserového svazku rovinný nebo prostorový úhel charakterizující odchylku chodu paprsků od paralelnosti. V případě Gaussova svazku se strukturou TEM 00 je rovinný úhel vzdálené oblasti kužele paprsků definovaný průměrem svazku; jestliže průměry svazku (viz 3), ve dvou bodech vzdálených od sebe L jsou d 63 a d 63, potom rozbíhavost svazku je dána vztahem: arctan [(d 63 - d 63 )/L] (v radiánech). 5 Rozdělení zářivosti - nebo intenzity ozařování v Gaussově svazku - je definováno exponenciální funkcí okolo vrcholové hodnoty σ 0 a je dáno: 2 4α σ = σ O exp 2 φ, kde α je úhlová odchylka od polohy vrcholové hodnoty a φ je divergence svazku. 6 Kontinuální laser (CW - Continuous wave) laser pracující v režimu trvalého vysílání laserového záření, tj. vyzařující energii stále nebo po dobu delší než 0,25 sekundy. 7 Impulsní laser - laser, který vyzařuje svoji energii ve formě impulsů nebo sledu impulsů v periodě kratší než 0,25 sekundy. 8 Opakovací impulsní laser (REP - Repetitively Pulsed Laser) - laser, který vyzařuje (emituje) sled impulsů s opakovací frekvencí větší než 1 Hz. 9 Opakovací frekvence impulsů (PRF - Pulse Repetition Frequency) počet impulsů laserového záření připadajících na jednotku času. Udává se v hertzích (Hz). 6.2 DEFINICE BEZPEČNOSTI: 10 Maximální přípustná dávka ozáření (MPE - Maximum Permissible Exposure) - velikost zářivého toku nebo ozáření, kterému může být za normálních okolností vystavena osoba bez projevu nepříznivých vlivů ozáření. 7

8 ČOS Mezní normovaná expozice (PS - Protection Standard) - mezní normovaná dávka ozáření - MPE (též nejvyšší přípustná hodnota) odpovídající ČSN EN Jmenovitá vzdálenost nebezpečná pro zrak (NOHD - Nominal Ocular Hazard Distance) vzdálenost podél osy laserového svazku, v níž intenzita ozařování nebo dávka ozáření při pozorování svazku odpovídá příslušné maximální přípustné dávce ozáření (MPE) pro nechráněné oči. Přitom se předpokládá gaussovský profil svazku a nepřítomnost atmosférických efektů. Při kratší vzdálenosti je laserové zařízení oku nebezpečné. Ve vzdálenosti větší než NOHD se překročení mezních normovaných expozic pro oči nepředpokládá. 13 Rozšířená jmenovitá vzdálenost nebezpečná pro zrak (ENOHD - Extended Nominal Ocular Hazard Distance) - ekvivalentní bezpečná vzdálenost v rámci svazku při použití zvětšovací optiky. Při kratší vzdálenosti je laserové zařízení oku nebezpečné. 14 Vzdálenost nebezpečná pro zrak (OHD - Ocular Hazard Distance) - vzdálenost kratší než bezpečná pozorovací vzdálenost ve svazku, kdy jsou ve skutečných podmínkách vzaty v úvahu všechny korektury potřebné k aplikaci na NOHD nebo ENOHD. 15 Nebezpečný prostor laseru (LHA Laser Hazard Area) - prostor ohraničený stopou svazku laseru (LHAT), uvnitř kterého existuje nebezpečí poškození. 16 Pásmo nebezpečného prostoru laseru (LHAT Laser Hazard Area Trace) ohraničená oblast ohrožená stopou laserového svazku, uvnitř které mohou působit nepřípustná rizika poškození zdraví osob. 17 Přípustná mez záření (AEL Accessible Emission Limit) maximálně dosažitelná úroveň záření povolená v dané třídě. 18 Proces pravděpodobnostního bezpečného použití laseru. Proces realizace bezpečného použití laseru, při kterém je velmi malá možnost ozáření kohokoliv, ale ve kterém jsou hlavní uvažované prvky především pravděpodobnostní. 19 Nebezpečný poloprostor laseru - polokoule s osou totožnou s osou vyzařovaného svazku se středem v apertuře laseru, opsaná s poloměrem rovným příslušné OHD. 6.3 ODRAZY A PROPUSTNOST: 20 Zrcadlový odraz - odraz záření na rozhraní dvou prostředí, splňující zákon odrazu: a) paprsek dopadající, paprsek odrážený a normála k rozhraní (v bodě dopadu záření na rozhraní) leží v jedné rovině; b) úhel dopadu ε je roven úhlu odrazu ε. V rozsahu praktického použití tohoto standardu se jedná o odraz od hladkého povrchu, jehož nerovnosti jsou menší než vlnová délka použitého záření. 21 Difuzní odraz rozklad záření do různých směrů, ke kterému dochází při dopadu záření na nerovné (drsné) rozhraní dvou prostředí nebo při průchodu záření opticky nehomogenním prostředím. V rozsahu praktického použití tohoto standardu difúzní rozptyl vzniká na povrchu, jehož nerovnosti jsou větší než vlnová délka použitého záření. Rozptyl na takovémto povrchu zkracuje OHD. Ideální difuzní povrch je takový, kde zářivost rozptýleného záření je nezávislá na pozorovacím úhlu a je znám 1 Rozdíl mezi tabelovanými hodnotami PS ve STANAG 3606 a mezními hodnotami v tabulce 6 podle ČSN EN je v 1. řádku tabulky, kde je uveden rozsah vlnových délek 180 až 302,5 nm (ve STANAG 3606 je 200 až 302,5 nm) a v podrobnějším rozdělení rozsahu vlnových délek v oblasti nad 1400 nm. 8

9 ČOS jako Lambertův povrch. 22 Odraz od mokrého povrchu cíle lze jej charakterizovat zčásti jako zrcadlový, z části jako difúzní odraz. Na mokrém povrchu lze očekávat v krajním případě vzrůst divergence odraženého laserového svazku na hodnotu nejméně 2,5 mrad. 23 Transmitance (propustnost) (Transmittance) - poměr výkonu P Tr záření vystupujícího z tělesa a výkonu P 0 záření dopadajícího na těleso (nebo také poměr velikosti zářivého toku prošlého prostředím ku velikosti zářivého toku dopadajícího na prostředí). 24 Optická hustota (OD Optical Density) je veličina pro vyjádření míry zčernání optického prostředí. Je definována jako dekadický logaritmus převrácené hodnoty transmitance. 25 Meteorologická dohlednost (V) - vzdálenost, na které kontrast pozorovaného cíle vůči okolí poklesne na 2 %. 6.4 RADIOMETRICKÉ JEDNOTKY: 26 Jednotky veličin musí být uváděny ve shodě s "Mezinárodní soustavou" (SI) a se standardním názvoslovím Commission Internationale d Eclairage (CIE). 27 Zářivá energie (Radiant Energy) je energie přenášená zářením (časový integrál zářivého toku), vyjádřená v joulech. V rozsahu tohoto standardu se zářivou energií rozumí výstup impulsního laseru. 28 Zářivý tok (též výkon optického záření) (Radiant Power) vyjadřuje výkon přenášený zářením; je určen energií procházející sledovaným místem (plochou) za čas a je vyjádřen ve Wattech. V rozsahu tohoto standardu se zářivým tokem rozumí výstup kontinuálního laseru. 29 Zář (též plošná zářivost) (Radiance) je určena podílem zářivosti elementární plošky ve zvoleném směru a kolmého průmětu plošky v tomto směru. Je vyjádřena ve W.m -2.sr Celková (integrovaná) zář (Integrated Radiance) je vyzářená energie během dané doby expozice emitovaná plošným zdrojem v prostorovém úhlu jednoho steradiánu jedním čtverečním metrem zdroje. Je vyjádřena v J.m -2.sr Zářivost (Radiant Intensity) vyjadřuje schopnost daného, přibližně bodového zdroje vyzařovat v daném směru; je určena podílem elementárního zářivého toku dφ e a elementárního prostorového úhlu dω, v němž je tento tok vyzařován (tj. I e = dφ e /dω). Je vyjádřena ve W.sr Celková zářivost (Integrated Radiant Intensity) je energie záření emitovaná v daném směru na jednotku prostorového úhlu. Je vyjádřena v J.sr Intenzita ozařování (Irradiance) je množství zářivého toku dopadajícího na jednotkovou plochu povrchu a je vyjádřena ve W.m Dávka ozáření (Radiant Exposure) je plošná hustota zářivé energie, dopadající v časovém intervalu na jednotku dopadové plochy povrchu a je vyjádřena v J.m GEOMETRICKÉ POJMY: 35 Malý zdroj (Point Source) je zdroj s úhlovým rozpětím α menším nebo rovným minimálnímu úhlovému rozpětí α min. V rozsahu tohoto standardu se tímto rozumí 9

10 ČOS situace z pohledu pozorování uvnitř laserového svazku, kdy laser působí jako bodový zdroj, vyvolávající na sítnici oka bodový obraz. Za této situace na sítnici oka působí nejvyšší úroveň intenzity záření nebo expozice zářiče pro daný výkon nebo energii zářiče. 36 Plošný zdroj (Extended Source) je zdroj s úhlovým rozpětím α větším než minimálním úhlovým rozpětím α min. V rozsahu tohoto standardu se tímto rozumí stav, kdy za určitých podmínek bude pozorování některých soustav laserových diod a difúzních odrazů vyvolávat na sítnici oka významně větší obraz než minimální. Při tomto stavu může být použita volnější mezní normovaná expozice. 37 Blízká oblast (Near-field) je oblast od výstupního otvoru laseru, ve které není konstantní divergence laserového svazku a podél které působí svazek jako paralelní. 38 Vzdálená oblast (Far-field) je oblast, ve které je divergence laserového svazku konstantní. 39 Bezpečnostní pásmo (Buffer Zone) - pomyslný kužel s osou totožnou se záměrnou přímkou laseru a s vrcholem v apertuře laseru, uvnitř kterého se s vysokou jistotou nachází laserový svazek. Pásmo je vymezeno bezpečnostním úhlem. 40 Bezpečnostní úhel (Buffer Angle) - úhel okolo záměrné přímky laseru s vrcholem v apertuře laseru, použitý k vymezení bezpečnostního pásma. Jeho minimální velikost je rovna pětinásobku deklarované přesnosti systému zvětšenému o divergenci svazku. 41 Stopa laseru (Laser Footprint) - je průmět laserového svazku na terén nebo do plochy cíle. 42 TEM 00 (Transverse Electric Magnetic) nejnižší řád režimu práce laseru. 6.6 POJMY PRAVDĚPODOBNOSTNÍHO MODELOVÁNÍ: 43 Proces použití laseru. Jakákoliv jedinečná situace, ve které je laser použit ke svému účelu. 44 Pravděpodobnostní "katastrofa". Situace, ve které se vyskytuje buď pravděpodobnostně modelovaná událost s pravděpodobností jedna nebo pravděpodobnostně definovaný parametr, který dává určitou specifikovanou hodnotu s pravděpodobností jedna. 45 Logaritmicko-normální rozdělení. Náhodná proměnná Y má logaritmické normální rozdělení tehdy a jen tehdy, jestliže log e Y má Gaussovo rozdělení. 6.7 VŠEOBECNÉ POJMY: 46 Laserové operace v rozsahu tohoto standardu se tímto pojmem rozumí činnost, při které dojde k aktivní funkci laserového zařízení. 47 Národní autorita příslušné odborné pracoviště pověřené Ministerstvem obrany ČR zajištěním procesu posuzování a schvalování laserových zařízení zaváděných do používání v armádě ČR. 10

11 7 VÝZNAMOVÝ SLOVNÍK MATEMATICKÝCH SYMBOLŮ ČOS OBECNÉ SYMBOLY, JEJICH POPIS A JEDNOTKY, VE KTERÝCH JSOU UVÁDĚNY a Průměr části vystupujícího laserového svazku omezeném body s danou [m] intenzitou v průřezu svazku C n Index lomu atmosféry s konstantní strukturou [m -1/3 ] D O Průměr části laserového svazku omezený body svazku, [mm] ve kterých intenzita dosahuje hodnoty 1/e D b Průměr laserového svazku na vstupní čočce objektivu [mm] d O Průměr laserové dutiny [mm] E Intenzita ozáření [W.m -2 ] E m Příslušná hodnota mezní normované expozice pro intenzitu ozáření [W.m -2 ] e Základ přirozeného logaritmu [2,718] g Průměr oční pupily adaptované na tmu [7 mm] H Dávka ozáření [J.m -2 ] H m Příslušná hodnota mezní normované expozice pro dávku ozáření [J.m -2 ] I P Špičková intenzita záření [W.sr -1 ] I Q Špičková integrovaná intenzita záření [J.sr -1 ] I P Střední hodnota špičkových intenzit záření náhodně vybraného vzorku [W.sr -1 ] vyráběného zařízení I Q Střední hodnota špičkových intenzit integrovaného záření náhodně [W.sr -1 ] vybraného vzorku vyráběného zařízení K Koeficient zvýšení rizika optickým přístrojem M Zvětšení optického přístroje (systému) N Frekvence opakování impulsu [Hz] n Počet impulsů ve sledu P Vyzařovaný výkon zářiče [W] PS Mezní normovaná expozice Q Energie impulsu záření [J] R d Koeficient difúzního odrazu R s Koeficient zrcadlového odrazu r Vzdálenost od laseru k pozorovateli nebo k cíli [m] r l Vzdálenost od cíle laseru ke stanovišti dohledu [m] S P Výběrová směrodatná odchylka špičkových intenzit záření náhodně [W.sr -1 ] vybraného vzorku vyráběného zařízení S Q Výběrová směrodatná odchylka špičkových integrovaných intenzit [J.sr -1 ] záření náhodně vybraného vzorku vyráběného zařízení T Doba trvání sledu impulsů [s] T e Doba expozice [s] t Doba trvání impulsu nebo šířka impulsu [s] V Dohlednost [někdy známa jako meteorologická dohlednost] [km] α Pozorovací úhel, pod kterým vidí pozorovatelovo oko plošný zdroj [rad] α min Minimální pozorovací úhel zdroje, pro který je použito kriterium [rad] plošného zdroje ε Úhel dopadu laserového svazku [stupně nebo rad] ε Úhel odrazu laserového svazku [stupně nebo rad] 11

12 ČOS θ Úhel mezi normálou k osvětlovanému povrchu a směrem pozorování [stupně nebo rad] φ Divergence laserového svazku omezená body svazku, ve kterých výkon [stupně nebo energie dosahuje hodnoty 1/e hlavní špičkové hodnoty svazku nebo rad] µ Koeficient atmosférického útlumu pro danou vlnovou délku [m -1 ] τ Míra propustnosti optického systému pro vlnovou délku laseru λ Vlnová délka [nm] 7.2 PRAVDĚPODOBNOSTNÍ SYMBOLY E CON Vypočtené očekávání následného zrakového poškození v případě pravděpodobnostní "katastrofy" E CONMAX Maximální přípustná hodnota E CON definovaná národní autoritou pro určitý pravděpodobnostní model E OD Vypočtený souhrnný předpoklad poškození zraku pro jednotlivé procesy použití laseru E ODMAX Maximální přípustná hodnota E OD definovaná národní autoritou pro určitý pravděpodobnostní model F Fresnelovo číslo 2 2πα 9 F = 10 λr g s Multiplikativní příspěvek při expozici záření nebo ozáření vyvolaný atmosférickým mihotáním (scintilací) P I (X) Pravděpodobnost ozáření v bodě X P OD (H) Pravděpodobnost vzniku poškození zraku, je-li ozářen energií dávky ozáření H P S (g s ) Funkce hustoty pravděpodobnosti pro multiplikativní příspěvek, g S, při expozici zářiče nebo ozáření v některém bodě X, způsobeném atmosférickým mihotáním X Obecně bod na zemi, na moři, nebo ve vzduchu, kde by mohla nechráněná nebo neupozorněná osoba utrpět ozáření laserovou energií η Směrodatná odchylka logaritmu intenzity ozařování 12

13 ČOS HODNOCENÍ NEBEZPEČÍ 8.1 OBECNĚ Použití laserů představuje v první řadě nebezpečí pro oči a kůži, ale mohou se objevit další nebezpečí elektrické, chemické nebo tepelné povahy. V prostředí laboratoře nebo dílny jsou nebezpečí eliminována lokální fyzickou ochranou, např. zastíněním laserového svazku nebo použitím ochranných brýlí, ale na otevřených střelnicích jsou definovány ohrožené prostory, do kterých je přístup přísně kontrolován. Zvláštní problém v rámci kontroly je zabezpečit, aby bylo na absolutní minimum redukováno riziko vstupu veřejnosti. V tomto ČOS jsou popsány dva přístupy k tomuto problému. V prvním přístupu je nebezpečný prostor definován v deterministických pojmech a druhý přístup je definován pravděpodobnostním modelováním, viz Doplněk 3 tohoto ČOS. Druhý přístup je složitější, ale umožňuje pružnější činnost bez zvýšení nebezpečí poškození. 8.2 POSTUP HODNOCENÍ NEBEZPEČÍ Doporučený postup vedoucí k hodnocení laserového nebezpečí obsahuje následující činnosti: Klasifikace laserů Výrobce laseru je odpovědný za zařazení systému v souladu s postupy uvedenými v ČSN EN (a jejich změnách). Všechny lasery jsou zařazeny do jedné ze sedmi klasifikačních tříd uvedených níže: a. Třída 1. Lasery, které jsou bezpečné za provozních podmínek, které lze předpokládat s dostatečně velkou pravděpodobností, včetně podmínek sledování svazku pomocí optických přístrojů. b. Třída 1M. Lasery vyzařující v rozsahu vlnových délek od 302,5 nm do nm, které jsou bezpečné za provozních podmínek, které lze předpokládat s dostatečně velkou pravděpodobností, ale mohou být nebezpečné, jestliže uživatel použije pro sledování uvnitř svazku optické přístroje. c. Třída 2. Lasery vyzařující viditelné záření v rozsahu vlnových délek od 400 nm do 700 nm, u kterých je ochrana zraku za normálních okolností zajištěna fyziologickými reakcemi zahrnujícími i mrkací reflex. Tato reakce může být považována za dostatečnou pro zajištění adekvátní ochrany za provozních podmínek, které lze předpokládat s dostatečně velkou pravděpodobností, včetně použití optických přístrojů pro pozorování uvnitř svazku. d. Třída 2M. Lasery vyzařující viditelné záření v rozsahu vlnových délek od 400 nm do 700 nm, u kterých je ochrana zraku za normálních okolností zajištěna fyziologickými reakcemi zahrnujícími i mrkací reflex. Ale sledování výstupu laseru může být daleko nebezpečnější, jestliže uživatel použije pro sledování uvnitř svazku optické přístroje. 13

14 ČOS e. Třída 3R (do roku 2001 označována 3A). Lasery vyzařující v rozsahu vlnových délek od 302,5 nm do 10 6 nm, u kterých je přímé sledování uvnitř svazku potenciálně nebezpečné, ale riziko je menší než u laserů třídy 3B. Rovněž je pro ně požadováno menší množství výrobních požadavků a kontrolních hodnot pro uživatele než u laserů třídy 3B. Přípustná mez záření (AEL) je pětinásobkem přípustné meze záření AEL pro třídu 2 v rozsahu vlnových délek od 400 nm do 700 nm a pětinásobkem přípustné meze záření AEL pro třídu 1 pro ostatní vlnové délky. f. Třída 3B. Lasery, u kterých je za normálních okolností nebezpečné, jestliže dojde k přímému ozáření svazkem (ve jmenovité vzdálenosti s nebezpečím poškození zraku NOHD). Sledování difúzních odrazů je za běžných podmínek bezpečné. g. Třída 4. Lasery, které jsou schopny produkovat nebezpečné difúzní odrazy. Mohou způsobit poškození pokožky a vznik požáru. Jejich používání vyžaduje mimořádnou pozornost Výpočet jmenovité vzdálenosti s nebezpečím poškození zraku (NOHD) Jmenovitá vzdálenost je taková vzdálenost od laseru, ve které za ideálních podmínek intenzita ozařování nebo dávka ozáření klesne pod příslušnou hodnotu MPE. K výpočtu základní NOHD může být použit za předpokladu, že laser produkuje svazek s gaussovským profilem následující vzorec. Je-li pas svazku (jeho nejužší místo) umístěn v určité vzdálenosti od výstupního otvoru laseru, pak tato vzdálenost musí být přičtena k NOHD. nebo NOHD NOHD E H 1 1,27P = α φ Em 1 1,27Q = α φ H m (1) (2) Kde E m a H m je použitá mezní normovaná expozice (PS). Tyto rovnice se použijí pro lasery se spojitým zářením nebo s jednotlivými impulsy. Po většinu času je účinek zanedbatelný a nemusí být brán na vědomí Téměř ve všech případech, kde se osoba přímo dívá do laserového svazku nebo je ozářena odraženým zářením v případě zrcadlového odrazu nebo odrazu od mokrého povrchu cíle, musí být pro hodnocení bezpečnosti využity normované expozice pro přímé pozorování do svazku podle tabulky č Jestliže je laserové zařízení považováno za plošný zdroj, posuzuje se podle tabulky č. 2. Takové zdroje jako skupiny laserových diod a difuzní odrazné plochy jsou považovány za plošné koherentní zdroje, kde minimální pozorovací úhel zdroje [α min ] z pozorovací vzdálenosti je větší než ten, který je uveden na obr. č. 1 pro příslušnou dobu expozice. 14

15 ČOS ,030 0, α min=0,00025 x t pro t: 10 < t < 1,8x10 0,28-6 α min=0,015 x t pro t: 1,8x10 < t < 10 α min [rad] 0,020 0,010 0,003 α min vt 1050 nm < λ < 1400 nm 400 nm < λ < 1050 nm 400 nm < λ < 1400 nm 0,002 0, Doba ozáření t[s] OBRÁZEK č. 1. Mezní úhlové rozpětí plošného zdroje (α min ). Zdroje, jejichž úhlová rozpětí jsou menší než α min jsou považovány za kolimované; zdroje s úhlovým rozpětím větším nebo rovným α min jsou považovány za plošné zdroje. Obraz takového zdroje na sítnici je významně větší než v případě omezené difrakce a proto mezní normovaná expozice dovoluje větší kritické ozáření laserovým svazkem nebo expozici záření. 8.3 FAKTORY OVLIVŇUJÍCÍ PS A NOHD NOHD předpokládá přímé pozorování laserového záření bez optických pomůcek (neozbrojené oko) uvnitř svazku nebo po zrcadlovém odrazu svazku. Velikost NOHD a následně i velikost prostoru ohroženého laserem mohou změnit následující faktory (uvedené v bodech a 8.3.2), které musí být v případě potřeby uplatněny ve výpočtech vztahujících se k podmínkám, v nichž jsou tyto faktory odůvodněné Opakovací impulsní lasery Vyzařuje-li laserové zařízení impulsy při PRF větším než 1Hz, nebo v krátkých dávkách impulsů, musí být mezní normovaná expozice pro jednotlivé impulsy upravena, aby vzala v úvahu pravděpodobné zvýšení poškození způsobeného účinkem několika impulsů na stejný bod nebo blízko stejného bodu v krátké časové periodě. Korekce, které je nutné na tyto lasery aplikovat, jsou popsány v Doplňku Atmosférické efekty a. Mihotání nebo "horké body". Turbulentní atmosféra blízko povrchu země může způsobit zaostřovací efekty (mihotání) a rozšiřování laserového svazku. Mihotání může vytvářet uvnitř svazku oblasti s vyšší než průměrnou expozicí záření nebo ozáření. Ačkoliv při bližší úvaze mihotání redukuje nebezpečí ve vzdálenostech menších než NOHD, za určitých atmosférických podmínek existuje určitá možnost výskytu expozice svazkem záření nebo ozářením překračujícím mezní normovanou expozici ve vzdálenosti stejné nebo větší než NOHD. V Doplňku 2 jsou uvedeny možné způsoby korigování NOHD, beroucí v úvahu mihotání. b. Atmosférický útlum. Laserové svazky jsou náchylné k rozptylování a pohlcování při průchodu atmosférou. Velikost atmosférického útlumu závisí 15

16 ČOS na meteorologické dohlednosti a na vlnové délce záření. Výsledkem je snižování intenzity svazku s rostoucí vzdáleností od zdroje, proto dochází k redukování OHD. Tento efekt může být z bezpečnostního hlediska ignorován; v případě, že je tento efekt nutné vzít v úvahu, lze k redukci OHD na vzdálenost menší než NOHD využít metodu uvedenou v Doplňku Zvětšovací optické přístroje Účinek pozorování laserového záření přes zvětšovací optické přístroje je obecně způsoben tím, že optický přístroj se zvětšením zvyšuje množství záření dopadajícího do oka. Toto zvětšuje NOHD na hodnotu, která je známá jako rozšířená jmenovitá vzdálenost s nebezpečím poškození zraku (ENOHD). Ta může být vypočtena použitím rovnic (1) a (2) nahrazujících odpovídající prvky, P za K x P nebo Q za K x Q. Jestliže základní hodnota je α NOHD > 10, potom může být použito následující aproximace: φ ENOHD = NOHD K Při pozorování laserového záření uvnitř svazku v pásmu od 400nm do 1400nm je nárůst nebezpečí pro sítnici závislý na nejnižší hodnotě výsledného faktoru K jak je definován níže. Pro záření v pásmech od 320 nm do 400 nm a od 1400 nm do 4500 nm, kde nebezpečí poškození zraku je omezeno na rohovku a skleněná optika má významnější propustnost, musí být hodnota K vzata jako součin činitele prostupu (τ) a druhé mocniny zvětšení (M). U vlnových délek menších než 320 nm nebo větších než 4500 nm, kde existuje zanedbatelná propustnost sklem, by měla být hodnota faktoru K rovna jedničce. (1) 320 nm λ < 400 nm nebo 1400 nm < λ 4500 nm K = τ M 2 (2) 400 nm λ 1400 nm nebo nebo K = τ M 2 2 O 2 τd K = výběr nejmenší hodnoty K g τd K = g 2 b 2 (3) λ < 320 nm nebo λ > 4500 nm K = Filtry zeslabující svazek jsou někdy používány při výcviku ke zmenšení OHD a tedy k omezení velikosti ohroženého prostoru. Jestliže propustnost filtru je τ, potom NOHD filtrovaného systému může být zmenšena faktorem τ Bezpečnostní ochranné protilaserové brýle Ochranné protilaserové brýle schválené národní autoritou jsou navrženy tak, aby poskytovaly dostatečné zeslabení a zmenšily tak bezpečnou pozorovací zornou vzdálenost pro jejich nositele na nulu, i když OHD laserového systému není snížena. 16

17 ČOS Nebezpečí odrazů Při dopadu laserového svazku na předmět je část energie pohlcena, zatímco její zbytek je odražen. Poměr celkového množství odražené energie k množství energie dopadající na předmět je definován jako "součinitel odrazu". a. Zrcadlové odrazy. Je-li úhel, pod kterým odražený svazek záření opouští povrch stejný jako úhel, pod kterým svazek na povrch dopadá, říkáme, že odraz je "zrcadlový". Typickými příklady zrcadlových odrazů jsou zrcadla - zakřivená i plochá - a lesklé povrchy jako například lesklý nátěr nebo nehybná voda. Součinitel odrazu pro zrcadlové odrazy je závislý na vlnové délce, úhlu dopadu a rovině polarizace. Jestliže není odrážející povrch podrobně analyzován, měla by být předpokládána 100% odrazivost. Za těchto okolností zůstává OHD stejné, ale cesta svazku bude odrazem změněna. b. Rozptýlené odrazy. Pokud laserový svazek dopadá na takové povrchy jako je písek, suchá zem, suchá tráva nebo oblečení, je odražené záření rozptýleno do všech směrů. Takovým povrchům říkáme, že jsou "difuzní". Ideální difuzní odrazovou plochou je Lambertův povrch. Jeho součinitel odrazu je závislý pouze na vlnové délce a úhlové rozdělení odraženého záření je nezávislé na úhlu dopadu. Vzdálenost OHD od Lambertova povrchu ozářeného výkonem P při úhlu dopadu θ je dána: nebo NOHD NOHD E E = = P Q cos θ R d, (3) πe m cos θ R d, (4) πh V případě, že hodnota R d není známa, bere se rovna 1. m c. Mokré cíle. Odrazové charakteristiky mnoha cílů se mohou za deště změnit; při použití laseru za deště, při sněžení nebo za silné mlhy musí být zachovávána zvýšená opatrnost. Podrobnější informace o metodě použité ke stanovení zvýšené nebezpečnosti jsou uvedeny v Doplňku Negaussovské svazky Rovnice (1) a (2) předpokládají Gaussův profil vytvořeného laserového svazku. Pokud toto neplatí, měl by být použit následující vzorec: nebo I P NOHD E =, (5) E m I Q NOHD H =, (6) H m Jestliže I P nebo I Q nejsou známy a nemohou být změřeny, měly by být hodnoty P a Q v rovnicích (1) a (2) u laserových systémů, o kterých víme, že mají multimódovou strukturu svazku, zvětšeny 2,5 krát. 17

18 ČOS Výrobní zařízení Charakteristiky laserového svazku jednotlivých zařízení pro daný typ laseru se mohou značně lišit od standardní specifikace. Pro výrobní zařízení, které odpovídá oscilačnímu módu TEM 00 pro tento typ laseru, se přijme nejhorší případ NOHD. Tento by měl být poskytnut výrobcem nebo, jestliže výrobce zařízení není znám, může být jeho přibližná hodnota zjištěna použitím rovnice (1) a (2) s následujícím vyjádřením divergence svazku: ( TEM 00 4 λ ) = π d 0 φ, (7) Přesnost zamíření svazku. Omezené možnosti dosažení přesnosti při zamiřování laserového svazku na cíl a při udržování tohoto zamíření vyžadují ustanovení bezpečnostní zóny na střelnici tak, aby zúčastnění pracovníci nebyli vystaveni úrovním záření převyšujícím mezní normovanou expozici. Přesnost zamíření svazku laserového zařízení závisí na velikosti oblasti, zda je laser namontován na stabilní platformě, která nemůže být snadno rozkmitána (např. masivní trojnožka, stojící obrněné vozidlo, vyztužený stend) nebo na nestabilní platformě (např. lehká trojnožka, ruční držení, na jedoucím vozidle, na lodi nebo v letadle). Je-li zařízení v provozu, tvoří bezpečnostní zónu úhlový rozměr přidaný k divergenci svazku, který zahrnuje pravděpodobné chyby v zamíření a neurčitosti v provedení laserového systému. Skutečné rozměry bezpečnostní zóny se proto budou měnit v závislosti na velikosti faktorů a jako vodítko pro typické situace jsou navrhovány následující úhly: a. Pro pevné cíle zamířené z tuhé montáže, kde může být zaručena přesnost zamíření, může být bezpečnostní zóna redukována na ± 2 mrad. b. Pro pevné cíle zamířené z trojnožky nebo jiné platformy ± 5 mrad. c. Pro pevné cíle zamířené ručním laserem bez podpěry by měla být upravena bezpečnostní zóna alespoň na ± 30 mrad. d. Pro pevné cíle zamířené z platformy namontované na lodi nebo v letadle bude minimální bezpečnostní zóna záviset na přesnosti míření systému. Pro zamíření pohybujícího se cíle a pro zamíření pevných nebo pohybujících se cílů z pohybující se platformy musí být bezpečnostní zóny stanoveny v souladu s odpovídajícími okolnostmi. 18

19 ČOS MEZNÍ NORMOVANÉ EXPOZICE Aplikované mezní normované expozice uvedené v tabulce 1 jsou převzaty z ČSN EN TABULKA č. 1. Maximální povolené dávky ozáření (MPE) rohovky pro přímé ozáření zraku laserovým zařízením. Čas vystavení t [s] vlnová délka λ [nm] < až až 1,8 x ,8 x 10-5 až 5 x x 10-5 až 1 x x 10-3 až až až až 3x až 302,5 30 J.m ,5 až 315 3x10 10 W.m -2 C 1 J.m -2 (t< T 1 ) C 2 J.m -2 (t< T 1 ) C 2 J.m až 400 C 1 J 10 4 J.m W.m až C 6 J.m C 6 W.m až 700 5x10 6 C 6 W.m -2 5x10 6 C 6 J.m t 0,75 C 6 J.m C3C 6 J.m -2 (t< T 2 ) 18 t 0,75 C 6 J.m -2 (t< T 2 ) 10-2 C 3 C 6 W.m až x10 6 C 4 C 6 W.m -2 5x10-3 C 4 C 6 J.m t 0,75 C 4 C 6 J.m -2 3,2 C 4 C 6 W.m až x10 7 C 6 C 7 W.m -2 5x10-2 C 6 C 7 J.m t 0,75 C 6 C 7 J.m C 6 C 7 W.m až W.m J.m t 0,25 J.m až W.m J.m až W.m J.m t 0,25 J.m až W.m J.m t 0,25 J.m -2 Mezní průměry otvorů mají být: 1 mm, 200 < λ < 400 nm 7 mm, 400 < λ < 1400 nm 1 mm, 1400 < λ < 10 5 nm 11 mm, 10 5 < λ < 10 6 nm 10 3 W.m -2 19

20 ČOS Doba expozice t [s] Vlnová délka λ [nm] TABULKA č. 2. Maximální povolené dávky ozáření (MPE) rohovky při pozorování plošného laserového zdroje nebo difúzního odrazu laserového svazku. < až až až až až 3 x až 302,5 30 J.m ,5 až až x W.m -2 C 1 J.m -2 (t < T 1 ) C 2 J.m -2 (t > T 1 ) C 2 J.m -2 C 1 J.m J.m W.m až 550 2,1 x 10 5 J.m -2.sr W.m -2.sr až W.m -2.sr ,33 x t J.m -2.sr -1 2,1 x C 3 x 10 3 J.m -2.sr -1 (t > T 2 ) 21 x C 3 W.m (t < T 2 ) 3,8 x 10 4 t 0,75 J.m -2.sr až x C 4 W.m -2.sr x C 4 x t 0,33 J.m -2.sr -1 3,8 x 10 4 x C 4 t 0,75 J.m -2.sr -1 6,4 x 10 3 x C 4 W.m -2.sr až x W.m -2.sr -1 5 x 10 5 x t 0,33 J.m -2.sr -1 1,9 x 10 5 x t 0,75 J.m -2.sr -1 3,2 x 10 4 W.m -2.sr až W.m J. m x t 0,25 J.m W.m -2-2.sr -1 20