12. Лазерное излучение

Лазер, или оптический квантовый генератор (ОКГ), - техническое устройство, испускающее в виде направленного пучка электромагнитное излучение в диапазоне волн от 0,2 до 1000 мкм. Находит широкое применение в различных отраслях народного хозяйства: в медицине (для коагуляции, достижения противовоспалительного и стимулирующего эффекта), в промышленности (для резки, сварки, прошивки отверстий, термообработки изделий, раскроя материалов), в контрольно-измерительной технике, для связи в земных и космических условиях и др.

Состоит из рабочего тела (активная среда), лампы накачки и зеркального резонатора. Сильная световая вспышка лампы накачки превращает электроны активной среды из спокойного в возбужденное состояние. Эти электроны, действуя друг на друга, создают лавинный поток световых фотонов. Отражаясь от резонансных экранов, фотоны пробивают полупрозрачный экран и выходят узким монохроматическим когерентным (строго направленным) световым пучком высокой энергии. Рабочее тело, или активная среда, может быть твердым (кристаллы искусственного рубина с добавкой хрома, некоторые соли вольфрамовой или молибденовой кислот, стекла с примесью редкоземельных и других элементов), жидким (пиридин, бензол, толуол, бром нафталин, нитробензол и др.), газообразным ( смесь галлия и неона, галлия и паров кадмия, аргон, криптон, углекислый газ и др.). Атомы рабочего тела переводятся в возбужденное состояние не только световым излучением, но и потоком электронов, радиоактивных частиц и химической реакцией. Лазеры могут быть классифицированы следующим образом:

  • по степени опасности (от малоопасных - 1-й класс, до высокоопасных - 4-й класс);
  • по мощности излучения (сверхмощные, мощные, средней и малой мощности);
  • по конструкции (стационарные, передвижные, открытые, закрытые);
  • по режиму работы (импульсные, непрерывные, импульсные с модулированной добротностью);
  • по длине волны (рентгеновские, ультрафиолетовые, видимый свет, инфракрасные, субмиллиметровые);
  • по активному элементу (жидкостные, полупроводниковые, твердотельные, газодинамические).

Эксплуатации различных типов лазеров могут неблагоприятные факторы производственной среды (см. табл. 2.6):

  1. наличие высокого напряжения зарядных устройств, питающих батареи конденсаторов. После разряда импульсных конденсаторов на лампы-вспышки они могут сохранять электрический заряд высокого потенциала;
  2. слепящий свет лампы накачки высокой энергии и яркости;
  3. вредные химические примеси в воздухе рабочих помещений, образующиеся при разрядке импульсных ламп накачки (озон, оксиды азота) и в результате испарении материала мишени (оксид углерода, свинец, ртуть и т.д.);
  4. интенсивный шум, возникающий в момент работы некоторых лазеров, может достигать 70 - 80 дБ при среднечастотном спектре и 95 - 120 дБ при частоте 1000 - 1250 Гц. Высокие уровни громкости шума возникают в момент настроек лазеров, имеющих механические затворы для управления длительностью импульса излучения;
  5. ультрафиолетовое излучений импульсных ламп и газоразрядных трубок;
  6. воздействие электромагнитного поля ВЧ или УВЧ.

Таблица 2.6. Сопутствующие опасные и вредные производственные факторы.

Опасные и вредные

класс лазеров

производственные факторы

I

II

III

IV

электрическое напряжение

- (+)

+

+

+

световое излучение импульсных ламп или газового разряда

-

-

- (+)

-

шум, вибрация

-

-

- (+)

+

аэрозоль

-

-

-

+

газы

-

-

-

-

электромагнитное излучение (СВ, СВЧ)

-

-

-

- (+)

ионизирующее излучение

-

-

-

- (+)

Примечание. Сведения, приведенные в таблице, являются ориентировочными.

12.1. Действие на организм

Биологическое действие на организм излучений лазеров находится в зависимости от ряда факторов: мощности излучения, длины волны, характера импульса, частоты следования импульсов, продолжительности облучения, величины облучаемой поверхности и др. Можно выделить термическое и нетермическое, местное и общее действие излучения. Термический эффект для лазеров непрерывного действия имеет много общего с обычным нагревом. Под влиянием лазеров, работающих в импульсном режиме в облучаемых тканях, происходит быстрый нагрев и мгновенное вскипание жидких сред, что в конечном счете приводит к механическому повреждению тканей. Отличительной чертой лазерного ожога является резкая ограниченность пораженной области от смежной с нею интактной. Нетермическое действие в основном обусловлено процессами, возникающими в результате избирательного поглощения тканями электромагнитной энергии, а также электрическим и фотохимическим эффектами.

В характере действия лазерного излучения на организм человека можно выделить два эффекта: первичный и вторичный.

Первичные эффекты возникают в виде органических изменений в облучаемых тканях (глаз, кожа). Попадая в глаз, энергия лазера абсорбируется пигментным эпителием и в течение очень короткого времени повышает в нем температуру до высоких уровней, вызывая термокоагуляцию прилегающих тканей - хориоретинальный ожог.

Термические нарушения сопровождаются повреждениями сетчатой оболочки глаза. Особенно опасны повреждения центральной ямки области сетчатки как более важной в функциональном отношении. Повреждение этой области могут привести к глубоким и стойким нарушениям центрального зрения. Излучение может поглощаться и другими элементами глаза, в частности сосудистой оболочкой, но в меньшей степени.

Лазерное излучение может вызвать повреждение кожи. степень воздействия определяется как параметрами излучения лазера, так и пигментацией кожи, состоянием кровообращения. Пигментированная кожа поглощает значительно больше лазерных лучей, чем светлая кожа. Однако отсутствие пигментации способствует более глубокому проникновению лучей лазера в кожу и под кожу, вследствие чего поражения могут носить более выраженный характер. Повреждения кожи напоминают термический ожог, который имеет четкие границы, окруженные небольшой зоной покраснения.

12.2. Нормирование лазерного излучения

Все вопросы санитарного надзора регламентированы в Санитарных нормах и правилах устройства и эксплуатации лазеров (1982г.).

за предельно допустимые уровни лазерного излучения (ДУ) принимают энергетические экспозиции облучаемых тканей. ПДУ охватывают диапазон спектра от 0,2 до 20 мкм и регламентируются применительно к действию радиации на роговицу, сетчатку глаза и кожу.

Под ПДУ понимают такие уровни, которые исключают возникновение первичных биологических эффектов для всего спектрального состава и вторичных эффектов для видимой области спектра.

Величина ПДУ зависит от длины волны l (мкм), длительности импульса (с), частоты повторения импульсов (Гц) и длительности воздействия (с). кроме того, в диапазоне 0,4 - 1,4 мкм ПДУ дополнительно зависит от углового размера источника излучения или от диаметра пятна на сетчатке (см), диаметра зрачка глаза (см), а в диапазоне 0,4 - 0,75 мкм уровень ПДУ зависит также от фоновой освещенности роговицы.

Санитарные нормы и правила предусматривают ПДУ как при моноимпульсном и непрерывном лазерном излучении, так и при импульсно-периодическом лазерном излучении. В каждом из этих видов излучений предусмотрено ПДУ в зависимости от спектра и объекта облучения.

ПДУ при импульсном и непрерывном лазерном излучении.

1. ПДУ лазерного излучения ультрафиолетовой области спектра. Для данного лазерного излучения длиной волны от 0,2 до 0,4 мкм нормируется энергетическая экспозиция Нуф на роговице глаза и коже за общее время облучения в течение рабочего дня.

2. ПДУ лазерного излучения видимой области спектра для глаз. ПДУ лазерного излучения с длиной волны 0,4 - 0,75 мкм, не вызывающего первичных Нп и вторичных Нв биологических эффектов, регламентируется для роговицы глаза и определяется по формулам.

Для первичных эффектов Нп = Н1 К1, где Н1 - энергетическая экспозиция на роговице глаза в зависимости от длительности воздействия (ч) и углового размера источника излучения (И) при максимальном диаметре зрачка глаз, определяется по специально разработанной таблице (Санитарные нормы и правила устройства и эксплуатации лазеров, 1882); К1 - поправочный коэффициент на длину волны лазерного излучения и диаметр зрачка глаза.

Для вторичных эффектов Нв = 10 -1 Н2 Фр, где Н2 - энергетическая экспозиция на роговице глаза в зависимости от длины волны излучения и диаметра зрачка глаза (табл. СН); Фр - фоновая освещенность роговицы глаза.

Диаметр зрачка в зависимости от фоновой освещенности роговицы Фр определяется по табл СН.

При определении ПДУ по формулам в качестве ПДУ выбирают наименьшее значение.

    1. ПДУ лазерного излучения ближней инфракрасной области спектра глаз. ПДУ лазерного излучения с длиной волны 0,75 - 1,4 мкм рассчитывают по формуле для первичных эффектов (Нп = Н1 К1).

    2. ПДУ лазерного излучения (Н) с длиной волны 1,4 - 4,2 мкм на роговице глаза и коже определяют по таблице СН.

ПДУ при импульсно-периодическом лазерном излучении.

  1. ПДУ лазерного излучения ультрафиолетовой области спектра. Для лазерного излучения с длиной волны от 0,2 до 0,4 мкм нормируют энергетическую экспозицию (Нуф.имп) от каждого импульса на роговице и коже.
  2. ПДУ лазерного излучения видимой области спектра с длиной волны 0,4 - 0,75 мкм регламентируется действием на роговицу глаз.
  3. ПДУ лазерного излучения инфракрасной области спектра с длиной волны 0,4 - 20,0 мкм регламентируется действием на кожу.

При одновременном воздействии лазерного излучения с различными параметрами на один и тот же участок тела человека биологический эффект суммируется.

При наличии дозиметров, позволяющих определить энергетические экспозиции непосредственно на сетчатке глаз в диапазоне 0.4 - 1,4 мкм, ПДУ для первичных эффектов в зависимости от длительности воздействия и диаметра пятна засветки на сетчатке глаза определяют по табл. СН.

12.3. Меры и средства защиты

Предупреждение поражений лазерным излучением включает систему мер инженерно-технического, планировочного, организационного, санитарно-гигиенического характера.

При использовании лазеров II - III классов для исключения облучения персонала необходимо либо ограждение лазерной зоны, либо экранирование пучка излучения.

Лазеры IV класса опасности размещают в отдельных изолированных помещениях и обеспечивают дистанционным управлением их работой.

К индивидуальным средствам защиты, обеспечивающим безопасные условия труда при работе с лазерами, относятся специальные огни, щитки, маски, снижающие облучение глаз до ПДУ.

Работающим с лазерами необходимы предварительные м и периодические (1 раз в год) медицинские осмотры терапевта, невропатолога, окулиста.

Безопасность жизнедеятельности


*****
© Банк лекций Siblec.ru
Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.