Принцип действия лазеров основан на использовании вынужденного электромагнитного излучения, возникающего в результате возбуждения квантовой системы. Лазерное излучение является электромагнитным излучением, генерируемым в диапазоне длин волн 0,2-1000мкм. В настоящее время чаще применяются лазеры с длиной волны 0,34;0,49-0,51;0,69;1,06 и 10,6 мкм.

Основные энергетические параметры лазерного излучения являются согласно ГОСТ 15093-75: энергия излучения Е, энергия импульса Еи, мощность излучения Р, плотность энергии излучения Wе. Излучение также характеризуется временными параметрами: длительностью импульса,частотой повторения f, длительностью воздействия излучения t, длиной волны.

При эксплуатации лазерных установок персонал может подвергаться воздействию ряда опасных и вредных факторов. Основную опасность представляет прямое, рассеянное и отраженное излучение. Из-за большой интенсивности прямого лазерного излучения и малой расходимости луча достигается высокая плотность излучения (1011 – 1014 Вт/см2), в то время как для испарения самых твёрдых материалов достаточно 109 Вт/см2.

При эксплуатации лазерных установок наблюдаются сопутствующие опасные и вредные факторы: световое излучение от импульсных ламп накачки, ионизирующее излучение; высокое напряжение в электрической цепи ламп накачки или газового разряда; шум и вибрация; электромагнитные ВИ и СВЧ поля; инфракрасное излучение; запыленность и загазованность воздуха продуктами взаимодействия лазерного луча с мишенью и молекулами воздуха.

Биологические эффекты воздействия лазерного излучения на организм человека зависит от энергетических и временных параметров т. е. от длины волны излучения, длительности импульса, времени воздействия на облучаемый участок, а также от биологических и физико-технических особенностей облучаемых тканей.

Интенсивное облучение кожи лазерным излучением может вызвать в ней различные изменения от легкого покраснения до поверхностного обугливания. Кроме того, возможны повреждения внутренних тканей и органов. Наиболее чувствительным органом к лазерному излучению являются глаза, поэтому даже при незначительных интенсивностях излучения попадание лазерного луча в глаза опасно.

Большое значение в предупреждении неблагоприятного воздействия лазерного излучения на организм человека имеет соблюдение мер лазерной безопасности и санитарных норм. В соответствии с "Санитарными нормами эксплуатации лазеров" установлены предельно допустимые нормы облучения роговицы, сетчатки глаз и кожи.

Предельно допустимые уровни облучения импульсного и непрерывного лазерного излучения выбирают из расчета наименьшей величины энергетической экспозиции, не вызывающей биологических изменений в организме человека с учетом длины волны и длительности излучения. Так для непрерывного лазерного излучения с = 0,3мкм при облучении глаз и кожи в течение рабочего дня предельный допустимый уровень Нпду = 10-4 Дж/см2.

При импульсном излучении, если длительность импульса менее 0,25с, предельно допустимый уровень облучения рассчитывается с учетом частоты повторения импульсов f и длительности воздействия t.

Способы защиты от лазерного излучения подразделяются на коллективные и индивидуальные. Коллективные средства защиты включают телевизионные средства наблюдения за ходом процесса; защитные экраны, системы блокировки и сигнализации, ограждение лазерной опасной зоны.

Для контроля лазерного излучения и определения границ лазерно-опасной зоны применяют ряд приборов, которые разделяют на калориметрические, болометрические, фотоэлектрические. Тепловые действия излучения на приемный элемент используется в калориметрических, болометрических приемниках излучения. Фотоэлектрические методы основаны на применении фотоприемников излучений, в которых поглощение фотонов сопровождается электрически регистрируемым процессом. Фотоэлектрические приборы имеют высокую чувствительность и используются в дозиметрических приборах типа ИЛД-Z.

Лазеры и излучение от них используется человечеством уже довольно давно. Помимо медицинской среды эксплуатации подобные устройства получили широкое применение в технических отраслях промышленности. Взяли их на вооружение специалисты из области декорирования и создания спецэффектов. Теперь ни одно масштабное шоу не обходится без сцены с лазерными лучами.

Чуть позже такое излучение перестало принимать только промышленные формы и стало встречаться в быту. Но не все знают, как отражается влияние лазерного излучения на организм человека при регулярном и периодическом облучении.

Что такое лазерное излучение?

Лазерное излучение рождается по принципу создания света. В обоих случаях используются атомы. Но в ситуации с лазерами присутствуют другие физические процессы, и прослеживается воздействие электромагнитного поля внешнего типа. Из-за этого ученые называют излучение от лазеров вынужденным или стимулированным.

В терминологии физики лазерным излучением называют электромагнитные волны, которые распространяются почти параллельно по отношению друг к другу. Из-за этого лазерный луч отличается острой направленностью. Кроме этого такой луч обладает небольшим углом рассеивания совместно с огромной интенсивностью влияния на поверхность, которую облучают.

Главным отличием лазера от стандартной лампы накаливания считается спектральный диапазон. Лампа числится рукотворным источником света, который излучает электромагнитные волны. Спектр освещения у классической лампы составляет почти 360 градусов.

Воздействие лазерного облучения на все живое

Вопреки стереотипам, влияние лазерного излучения на организм человека не всегда подразумевает что-то негативное. Из-за повсеместного использования квантовых генераторов в разных жизненных сферах ученые решили задействовать возможности узконаправленного луча в медицине.

В ходе многочисленных исследований стало понятно, что лазерное облучение имеет несколько характерных свойств:

• Повреждения от лазера могут производиться не только в процессе прямого воздействия на организм из аппарата. Нанести ущерб может даже рассеянное облучение или отраженные лучи.
• Между степенью поражения и основными параметрами электромагнитной волны прослеживается прямая связь. Также на тяжесть поражения влияет расположение облученной ткани.
• Негативный эффект при поглощении тканями энергии может выражаться в тепловом или световом воздействии.

Но вот последовательность при поражении лазером всегда предусматривает идентичный биологический принцип:

• повышение температуры, которое сопровождается ожогом;
• закипание межтканевой и клеточной жидкостей;
• образование пара, создающего весомое давление;
• взрыв и ударная волна, разрушающие все ткани поблизости.

Зачастую неправильно использованный лазерный излучатель несет, в первую очередь, угрозу для кожных покровов. Если влияние было особенно сильным, то кожа будет выглядеть отечной, со следами многочисленных кровоизлияний. Также на теле будут встречаться большие участки омертвевших клеток.

Задевает такое облучение и внутренние ткани. Но при масштабных внутренних поражениях рассеянное воздействие лучами не столько сильно, как прямое или отраженное зеркально. Подобные повреждения будут гарантировать патологические изменения в функционировании различных систем организма.

Кожный покров, который страдает больше всего, является защитой внутренних органов каждого человека. Из-за этого он берет большую часть негативного воздействия на себя. В зависимости от разных степеней поражения на коже будут проявляться покраснения или прослеживаться некроз.

Исследователи пришли к выводу, что люди с темной кожей менее восприимчивы к глубинным поражениям из-за лазерного облучения.

Схематически все ожоги можно разделить на четыре степени вне зависимости от пигментации:

• I степень. Подразумевает стандартные ожоги эпидермиса.
• II степень. Включает ожоги дермы, что выражается в образовании характерных пузырей поверхностного слоя кожи.
• III степень. Основывается на глубинных ожогах дермы.
• IV степень. Самая опасная степень, которая отличается деструкцией всей толщины кожи. Поражение охватывает подкожную клетчатку, а также соседствующие к ней слои.

Лазерные поражения глаз

На втором месте в негласном рейтинге возможного отрицательного влияния лазера на организм человека находятся поражения органов зрения. Короткие лазерные импульсы способны за небольшой промежуток времени вывести из строя:

• сетчатку,
• роговицу,
• радужную оболочку,
• хрусталик.

Причин для подобного воздействия существует несколько. Основными из них выступают:

• Невозможность вовремя среагировать. Из-за того что длительность импульса составляет не более 0,1 секунды, человек не успевает моргнуть. Из-за этого глаз остается незащищенным.
• Легкая уязвимость. По своим особенностям хрусталик и роговица считаются сами по себе уязвимыми органами.
• Оптическая глазная система. Из-за фокусировки лазерного излучения на глазном дне, точка облучения при попадании на сосуд сетчатки способна закупорить его. Так как там нет болевых рецепторов, то повреждение обнаружить мгновенно не получится. Только после того как выжженная территория становится больше, человек замечает отсутствие части изображения.

Чтобы быстрее сориентироваться при потенциальном поражении, эксперты советуют прислушиваться к таким симптомам:

• спазмы век,
• отек век,
• болевые ощущения,
• кровоизлияние в сетчатке,
• помутнение.

Опасности добавляет тот факт, то поврежденные лазером клетки сетчатки теряют возможность восстановиться. Так как интенсивность облучения, влияющего на органы зрения ниже, чем идентичный порог для кожи, врачи призывают к осторожности.

Следует остерегаться инфракрасных лазеров разного типа, а также приборов, которые генерируют излучение с мощностью свыше 5 мвт. Распространяется правило на технику, выдающую лучи видимого спектра.

Взаимосвязь между лазерной волной и ее сферой применения

Каждая из областей применения лазерного излучения ориентируется на строго определенный показатель длины волны.

Данный показатель напрямую зависит от природы. Вернее, от электронного строения рабочего тела. Это означает, что ответственной за длину волны выступает среда, где происходит генерация ее излучения.

В мире имеются разные виды твердотельных и газовых лазеров. Задействованные лучи должны принадлежать к одному из трех наиболее распространенных типов:

• видимый,
• ультрафиолетовый,
• инфракрасный.

При этом рабочий диапазон облучения может колебаться от 180 нм до 30 мнм.

Особенности влияния лазера на человеческий организм базируются на длине волны. Так, например, человек быстрее реагирует на зеленый лазер, чем на красный. Последний не отличается безопасностью для всего живого. Причина кроется в том, что наше зрение почти в 30 раз луче воспринимает зеленый, нежели красный цвет.

Как защититься от лазера?

В большинстве случаев защита от лазерного излучения нужна тем людям, чья работа тесно связана с его постоянным использованием. Если предприятие имеет на своем балансе любой тип квантового генератора, то его руководители обязательно производят инструктаж своих сотрудников.

Эксперты разработали отдельную сводку правил поведения и безопасности, которые позволят защитить сотрудника от возможных последствий излучения. Главным правилом выступает наличие средств индивидуальной защиты. Причем подобные средства могут разительно отличаться в зависимости от прогнозируемой степени опасности.

Всего в международной классификации предусмотрено разделение на четыре класса опасности. Соответствующую маркировку должен указать изготовитель. Только первый класс считается относительно безопасным даже для органов зрения.

Ко второму классу принадлежат излучения прямого типа, которые поражают органы глаз. Также к представленной категории причислено зеркальное отражение.

Гораздо опаснее излучение третьего класса. Его прямое воздействие угрожает глазам. Не менее опасно отраженное излучение диффузного типа на расстоянии 10 см от поверхности. Кожные поражения будут происходить не только при прямом воздействии, но и при зеркально отраженном.

При четвертом классе страдает и кожа, и глаза при различных форматах воздействия.

К коллективным защитным мерам на производстве причисляют:

• специальные кожухи,
• защитные экраны,
• световоды,
• инновационные методы слежения,
• сигнализации,
• блокировки.

Из относительно примитивных, но действенных способов выделяют ограждение зоны, где производится облучение. Это позволит защитить работников от случайного облучения по неосторожности.

Также на особо опасных предприятиях обязательно использовать средства индивидуальной защиты сотрудников. Они подразумевают под собой особый комплект спецодежды. Не обойтись во время работы и без ношения очков, предусматривающих защитное покрытие.

Лазерные гаджеты и их излучение

Многие не подозревают о том, насколько серьезными могут быть последствия бесконтрольной эксплуатации самодельных устройств с лазерным принципом. Касается это самодельных конструкций вроде лазерных:

• светильников,
• указок,
• фонариков.

Особенно это касается старшеклассников, которые стремятся провести ряд опытов, не имея представления о правилах безопасности при их конструировании.

Использовать лазеры домашнего производства в помещениях, где присутствуют люди, недопустимо. Также нельзя направлять лучи на стекла, металлические пряжки и прочие предметы, которые могут давать отблески.

Даже если луч отличается небольшой интенсивностью, он может привести к трагедии. Если навести лазер на глаза водителя во время активного движения, то он может ослепнуть и не справиться с управлением.

Ни при каких обстоятельствах нельзя заглядывать в объектив лазерного источника излучения. Отдельно стоит учитывать то, что очки для работы с лазером должны быть рассчитаны на ту длину волны, которую будут генерировать выбранные аппараты.

Чтобы не допустить серьезной трагедии доктора просят прислушаться к этим рекомендациям и следовать им всегда.

Лазерное излучение и защита от него на производстве

Лазерное излучение — это электромагнитные излучения с длиной волны 0,2...1000 мкм: от 0,2 до 0,4 мкм — ультрафиолетовая область; свыше 0,4 до 0,75 мкм — видимая область; свыше 0,75 до 1 мкм — ближняя инфракрасная область; свыше 1,4 мкм — дальняя инфракрасная область.

Источниками лазерного излучения являются оптические квантовые генераторы — лазеры, которые нашли широкое применение в науке, технике, технологии (связи, локации, измерительной технике, голографии, разделении изотопов, термоядерном синтезе, сварке, резке металлов и т.п.).

Лазерное излучение характеризуется исключительно высоким уровнем концентрации энергии: плотность энергии — 1010...1012 Дж/см3; плотность мощности — 1020..1022 Вт/см3. По виду излучения оно разделяется на прямое (заключенное в ограниченном телесном угле); рассеянное (рассеянное от вещества, находящегося в составе среды, сквозь которую проходит лазерный луч); зеркально отраженное (отраженное от поверхности под углом, равным углу падения луча); на диффузно отраженное (отражается от поверхности по всевозможным направлениям).

В процессе эксплуатации лазерных установок обслуживающий персонал может подвергнуться воздействию большой группы физических и химических факторов опасного и вредного воздействия. Наиболее характерными при обслуживании лазерной установки являются следующие факторы: а) лазерное излучение (прямое, рассеянное или отраженное); б) ультрафиолетовое излучение, источником которого являются импульсивные лампы накачки или кварцевые газоразрядные трубки; в) яркость света, излучаемого импульсивными лампами или материалом мишени под воздействием лазерного излучения; г) электромагнитные излучения диапазона ВЧ и СВЧ; д) инфракрасное излучение; ж) температура поверхностей оборудования; з) электрический ток цепей управления и источника питания; и) шум и вибрации; к) разрушение систем накачки лазера в результате взрыва; л) запыленность и загазованность воздуха, происходящие в результате воздействия лазерного излучения на мишень и радиолиза воздуха (выделяются озон, окислы азота и другие газы).

Одновременность воздействия этих факторов и степень их проявления зависят от конструкции, характеристики установки и особенностей выполняемых с ее помощью технологических операций. В зависимости от потенциальной опасности обслуживания лазерных установок они подразделены на четыре класса. Чем выше класс установки, тем выше опасность воздействия излучения на персонал и тем большее число факторов опасного и вредного воздействия проявляется одновременно.

Если для 1-го класса опасности лазерной установки обычно характерна лишь опасность воздействия электрического поля, то для 2-го класса характерна еще и опасность прямого и зеркального отраженного излучения; для 3-го класса — еще и опасность диффузного отражения, ультрафиолетового и инфракрасного излучения, яркости света, высокой температуры, шума, вибраций, запыленности и загазованности воздуха рабочей зоны.

Лазерная установка 4-го класса опасности характеризуется полным наличием потенциальных опасностей, перечисленных выше.

В качестве основных критериев для нормирования лазерных излучений избрана степень изменения, происходящего под их влиянием в органах зрения и кожи человека. Безопасность при работе с лазерами оценивается вероятностью достижения того или иного патологического эффекта, определяемой:

Рбез = 1 - Рпат (3.47)

где Рбез — вероятность безопасности работы с лазером в конкретных условиях; РПат — фактический патологический эффект, измеренный при воздействии лазерного излучения.

В настоящее время доказано, что при воздействии лазерного излучения (особенно при разовом) существует однозначная связь между количественным показателем интенсивности воздействия поля и производимым им эффектом.

В целях обеспечения безопасных условий труда персонала установлены предельно допустимые уровни (ПДУ) лазерного излучения, которые при ежедневном воздействии на человека не вызывают в процессе работы или в отдаленные сроки отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами медицинских исследований.

1 — лазер, 2 — бленда, 3 — линза, 4 — диафрагма, 5 — мишень

Биологические эффекты воздействия лазерного излучения зависят не только от энергетической экспозиции, поэтому ПДУ лазерного излучения установлены с учетом длины волны излучения, длительности импульсов, частоты их повторения, времени воздействия и площади облучаемых участков, а также от биологических и физико-химических особенностей облучаемых тканей и органов.

Контроль уровней опасных и вредных факторов при эксплуатации лазеров проводится периодически (не реже одного раза в год), при приеме новых установок, при изменении конструкции лазерной установки или средств защиты, при организации новых рабочих мест.

В зависимости от класса лазерной установки используются различные защитные средства, включающие порядок эксплуатации установки, определенные «Санитарными нормами и правилами устройства и эксплуатации лазеров».

Комплекс мер, обеспечивающих безопасность работы с лазером, включает технические, санитарно-гигиенические и организационные мероприятия и направлен на предотвращение облучения персонала уровнями, превышающими ПДУ.

Достигается это обеспечением лазеров приспособлениями, исключающими воздействие прямого и отраженного излучения (экраны); использованием средств дистанционного управления, сигнализации и автоматического отключения; созданием специальных помещений для работ с лазером, их правильной компоновкой с обеспечением необходимого свободного пространства, систем контроля уровней облучения; оборудованием рабочих мест местной вытяжной вентиляцией.

В качестве экранирующих устройств от прямого и отраженного излучения на пути луча устанавливают бленды, а возле облучаемого объекта — диафрагмы.

К обслуживанию лазеров допускаются лица не моложе 18 лет, не имеющие медицинских противопоказаний, прошедшие инструктаж и обученные безопасным методам работы (имеют соответствующую квалификационную группу по технике безопасности).

В процессе эксплуатации установок на администрацию возложены обязанности контроля за безопасным ведением работ, а также предотвращение использования запрещенных приемов работ.

К средствам индивидуальной защиты от лазерного излучения, используемым только в комплексе со средствами коллективной защиты, относятся защитные очки и маски со светофильтрами.

Их выбор в каждом конкретном случае осуществляется с учетом длины волны генерируемого излучения.

Лазерное излучение – это вынужденное (посредством лазера) испускание атомами вещества порций-квантов электромагнитного излучения. Само слово «лазер» происходит от английского laser – аббревиатура словосочетания «усиление света с помощью вынужденного излучения». Следовательно, лазер (оптический квантовый генератор) это генератор электромагнитного излучения оптического диапазона, основанный на использовании вынужденного (стимулированного) излучения.

Лазерная установка включает активную (лазерную) среду с опти­ческим резонатором, источник энергии ее возбуждения и, как правило, систему охлаждения.

Лазерные установки используются при обработке металлов (резание, сверление, поверхностная закалка и др.), в хирургии, для целей локации, навигации, связи и пр. Наибольшее распространение в промышленности получили лазеры, генерирующие электромагнитные излучения с /ушной волны 0,33; 0,49; 0,63; 0,69; 1,06; 10,6 мкм (микро­метр).

Лазерное излучение характеризуют основные физические вели­чины:

• длина волны,мкм;
• энергетическая освещенность (плотность мощности), Вт/см2, – отношение потока излучения, падающего на рассматриваемый небольшой участок поверхности, к площади этого участка;
• энергетическая экспозиция, Дж/см2, – отношение энергии излучения, определяемой на рассматриваемом участке поверхности, к площади этого участка;
• длительность импульса, с;
• длительность воздействия, с, – срок воздействия лазерного излучения на человека в течение рабочей смены;
• частота повторения импульсов, Гц, – количество импульсов за 1 с.

Лазеры классифицированы по 4 классам опасности . Наиболее опасны лазеры четвертого класса.

При работе с лазерными установками на работника оказывает воз­действие прямое (непосредственно от лазера), рассеянное и отраженное лазерное излучение. Степень неблагоприятного воздействия зависит от параметров лазерного излучения, которое может привести к поражению глаз (сетчатки, роговицы, радужки, хрусталика), ожогам кожи, астеническим и вегетативно-сосудистым расстройствам.

Защита работников от лазерного излучения

Основными нормативными документами в области лазерной без­опасности, к которым относятся СанПиН 5804-91 «Санитарные нормы и правила устройства и эксплуатации лазеров», ГОСТ 12.1.040-83 «ССБТ. Лазерная безопасность. Общие требования», ГОСТ 12.1.031-81 «ССБТ. Лазеры. Методы дозиметрического контроля лазерного излучения», установлены методы и средства зашиты от поражения лазерным излучением.

Защита работников от лазерного излучения осуществляется организационно-техническими, санитарно-гигиеническими и лечебно-профилактическими методами и средствами:

К организационно-техническим методам защиты работников от лазерного излучения относятся:

• выбор, планировка и внутренняя отделка помещений;
• рациональное размещение лазерных установок и порядок их обслуживания;
• организация рабочего места;
• применение средств защиты (ограждения, защитные экраны, блокировки, автоматические затворы, кожухи, защитные очки, щитки, маски и другие средства коллективной и индивидуальной защиты);
• ограничение времени воздействия излучения;
• назначение и инструктаж лиц, ответственных за организацию и проведение работ на лазерных установках;
• ограничение допуска к проведению работ;
• организация надзора за режимом работ;
• обучение обслуживающего персонала безопасным методам и приемам выполнения работ с лазерными установками;
• четкая организация противоаварийных работ и регламентация порядка ведения работ в аварийных ситуациях;
• установка зоны лазерной безопасности.

Санитарно-гигиеническими и лечебно-профилактическими методами и средствами защиты работников от лазерного излучения являются:

• контроль за уровнями вредных и опасных факторов на рабочих местах (периодический дозиметрический контроль лазерного излучения);
• контроль за прохождением персоналом предварительных и периодических медицинских осмотров.

Этот вопрос нашел отражение в следующих нормативных документах:

1)«Санитарные нормы и правила устройства и эксплуатации лазеров» № 5804-91.

2)ГОСТ 12.1.040-83* ССБТ. Лазерная безопасность.

3)ГОСТ Р 50723-94 Лазерная безопасность. Общие требования безопасности при разработке и эксплуатации лазерных изделий

Биологическое действие лазерного излучения:

Под биологическим действием лазерного излучения понимают совокупность структурных, функциональных и биохимических изменений, возникающих в живом организме в результате облучения монохроматическими когерентными лучами.

Лазерное излучение не встречается в природе, а потому является для живого организма непривычным внешним раздражителем. Лазерное излучение может быть: прямое, отраженное, рассеянное.

Результат воздействия лазерного излучения на ткани определяется как характеристиками самого излучения (интенсивность, длина волны, режим: непрерывный или импульсный), так и характеристиками ткани (отражающей и поглощающей способностью, теплоемкостью, теплопроводностью, скрытой удельной теплотой парообразования, акустическими и механическими свойствами). Одной из особенностей воздействия лазерного излучения на живые ткани является избирательность этого воздействия, что обусловлено монохроматичностью и когерентностью излучения. Дело в том, что каждый вид живых клеток имеет свои характеристики поглощения и отражения потоков излучения. Это свойство позволило применять лазеры в медицине, однако неконтролируемое воздействие лазерного излучения приводит к неприятным для организма последствиям. Ниже приведены и подробно описаны основные биологические эффекты, вызываемые лазерным излучением.

Термический эффект. Высоко сконцентрированная энергия излучения может поглощаться тканями организма, переходя в энергию тепловую. При высоком коэффициенте поглощения тканей может происходить их ожог, сходный по характеру с ожогом от воздействия высокочастотного тока. Из элементов клеток к излучению наиболее чувствительны ферменты, отвечающие за процесс обмена веществ в клетке. При лазерном воздействии ферменты разрушаются, и клетка неизбежно гибнет.

Ударный эффект проявляется в способности фотонов излучения вышибать микрочастицы из органических соединений, то есть, воздействовать на ткань на молекулярном уровне. Ударный эффект сопровождается появлением в биологических тканях распределенного давления, при этом возникает испарение и извержение частиц ткани с облучаемой поверхности в сторону распространения луча. Одновременно в облученном участке в результате резкого подъема температуры возникает тепловое объемное расширение, причем тепло не успевает распространиться путем конвекции. Все это приводит к появлению ударной волны, распространяющейся преимущественно вглубь такни и имеющей в начальный момент сверхзвуковую скорость. Сила ее невелика, однако ее следствием могут быть повреждения внутренних тканей без внешних признаков, имеющие такие опасные последствия, как злокачественная опухоль.

Эффект светового давления и электрострикции. Под электрострикцией понимают деформацию тел во внешнем электрическом поле, пропорциональную квадрату его напряженности. Этим электрострикция похожа на обратный пьезоэлектрический эффект в некоторых кристаллах, при котором деформация пропорциональна напряженности электрического поля в первой степени. Он возможен при наличии в ткани нескомпенсированных магнитных моментов, обусловленных взаимодействием неспаренных электронов под влиянием магнитного поля. Молекулу, содержащую неспаренный электрон, называют свободным радикалом. Это воздействие отрицательное. Развивается теория, согласно которой они являются причиной биологического старения организма. С воздействием свободных радикалов связывают возникновение онкологических заболеваний и мутации. При воздействии лазерного излучения каждый фотон поглощается только одной молекулой, при этом его энергия преобразуется в энергию движения этой молекулы, что приводит к образованию свободных радикалов или других форм энергии. В результате происходит целая цепь сложнейших изменений в структуре клетки, что может привести к ее гибели. Это явление носит название эффекта светового давления. В данном случае также проявляется избирательность воздействия лазерного излучения определенной длины на различные ткани организма.

Эффект воздействия сверхвысокочастотного поля. Волны СВЧ (дециметровые, сантиметровые и миллиметровые) возникают при работе (разряде) ламп накачки лазеров, особенно мощных. Воздействие СВЧ поля на организм давно изучено и описано во всевозможных изданиях. Основной симптом - хронические головные боли, раздражительность, нервозность, беспричинное беспокойство. При длительном воздействии - облысение, бесплодие, общее ухудшение состояния здоровья. При соблюдении норм и правил техники безопасности при работе с лазерами или приборами СВЧ отрицательное воздействие на организм поля СВЧ минимально и существенного вреда здоровью не причиняет.

Действие ядовитых продуктов тканевого обмена и нелинейные оптические эффекты. В первом случае ядовитые вещества интенсивно вырабатываются в тканях организма под воздействием лазерного облучения, и происходит аутоинтоксикация, или отравление организма собственными тканевыми ядами. Нелинейные оптические эффекты проявляются в тканях в силу когерентности излучения и значительной напряженности электрического поля. Таким эффектом является интенсивное монофотонное нелинейное поглощение излучения молекулами ткани. При этом на ткань воздействует не только излучение оптической частоты самого лазера, но и гармоник этой частоты, которые лежат уже в диапазоне радиоактивного излучения. Действие радиации на организм хорошо изучено, и давно известно, что оно губительно для воспроизводства клеток организма. Последние два описанных эффекта - аутоинтоксикация и нелинейное поглощение, усиливают отрицательное воздействие эффектов, описанных выше - теплового, ударного, электрострикционного и эффекта светового давления.

От режима работы лазера зависит, какие именно из вышеописанных эффектов преобладают. При непрерывном режиме основной эффект - термический, а ударный существенной роли не играет. При импульсном режиме работы преобладает тот же термический эффект, но с еще большей силой. За пикосекунды ткани облучаемого участка нагреваются до 100С. Тепло не успевает отводиться путем конвекции, в результате чего жидкие составляющие клеток моментально вскипают. При режиме работы лазера с модулированной добротностью возрастает значение градиентов давления, ударных эффектов взрывного типа и электромагнитных полей. Кроме того, следует отметить, что преобладание того или иного фактора, а также взаимосвязь между ними зависит от рабочей длины волны лазера..

Воздействие на орган зрения:

Конечный результат воздействия лазерного излучения на орган зрения определяется рядом факторов, основные из которых - площадь пораженного участка и расположение его на сетчатке. Центральная ее часть - так называемое желтое пятно - наиболее чувствительна и, следовательно, уязвима. Большое значение имеет и частота излучения. При воздействии лучей ультрафиолетового лазера происходит разрушение молекул белка роговой оболочки и ожог слизистой глаза (конъюнктивит). Болевые ощущения возникают через секунды, поражение - через минуты, часы или даже дни. Поражение необратимое - слепота. При воздействии видимого излучения последствия могут быть разными - от обратимого поражения до слепоты. Основное поражение - ожог сетчатки. При воздействии излучения ближнего инфракрасного участка оно поглощается радужкой, хрусталиком и стекловидным телом. Богатая пигментом радужная оболочка нагревается, из-за чего сразу возникает мигательный рефлекс. Белки хрусталика свертываются. Поражение необратимое - слепота. Происходит через длительное время. Излучение дальней инфракрасной области малоопасно.

Еще один важный фактор - режим работы лазера. При работе в импульсном режиме преобладают механические и тепловые эффекты. Взрывной механический эффект обусловлен возникновением ударной волны от мгновенного прогрева клеточной жидкости. Температура на сетчатке повышается на 8-20, в результате чего образуется слабый ожог. Потеря зрения - временная. При непрерывном режиме работы преобладают термический, взрывной и электрострикционный эффекты. Вследствие термического эффекта разрушаются светочувствительные клетки и повреждается слепое пятно. Поражение необратимое - слепота

Нормирование уровней лазерного излучения:

Исходные данные:

Длина волны излучения: 850 нм

Средняя мощность излучения Pизл = 37.5 мВт

Излучение: модулированное, непрерывное

Для расчета используем Санитарные нормы и правила устройства и эксплуатации лазеров N 5804-91

Длина волны 850 нм находится во 2-м диапазоне длин волны: от 380нм до 1400нм. Для определения предельно допустимых уровней и при воздействии лазерного излучения на кожу усреднение производится по ограничивающей апертуре диаметром м (площадь апертуры м).

При оценке воздействия на глаза лазерного излучения в диапазоне II (3801400 нм) нормирование энергии и мощности лазерного излучения, прошедшего через ограничивающую апертуру диаметром м, является первостепенным.

Для определения воспользуемся таблицами 3.3 и 3.4 приложения к Санитарным нормам и правилам N 5804-91 За время воздействия в данном случае принимается 1 секунда, как наиболее вероятное время пребывания под облучением:

Pпду=3.0x10-4 Вт

2) ПДУ лазерного излучения в диапазоне 3801400 нм при хроническом воздействии на глаза

Для определения предельно допустимых значений и коллимированного или рассеянного лазерного излучения в диапазоне II (3801400 нм) при хроническом воздействии на глаза необходимо уменьшить в 10 раз соответствующие предельные значения для однократного воздействия, приведенные в п.2)

Pпду=3.0x10-5 Вт

3)ПДУ лазерного излучения в диапазоне 3801400 нм при однократном облучении кожи.

Соотношения для определения значений и, а также и при однократном воздействии на кожу коллимированного или рассеянного лазерного излучения в спектральном диапазоне 3801400 нм приведены в таблице 3.6 СНиП № 5804-91.

Eпду=5.0x103 Втм2

Pпду= Eпдух10-6=5х10-3Вт

4) ПДУ лазерного излучения в диапазоне 3801400 нм при хроническом облучении кожи

Для определения предельно допустимых значений, и, при хроническом воздействии на кожу коллимированного или рассеянного лазерного излучения в диапазоне II (3801400 нм) необходимо уменьшить в 10 раз соответствующие предельные значения, приведенные в п.3)

Pпду= 5х10-4Вт

Таким образом требуется применение специальных мер защиты, т.к мощность излучения лазера превышает предельно допустимые уровни.

Определим классификацию лазера по степени опасности генеруремого излучения:

К лазерам III класса относятся такие лазеры, выходное излучение которых представляет опасность при облучении глаз не только коллимированным, но и диффузно отраженным излучением на расстоянии 10 см от отражающей поверхности и (или) при облучении кожи коллимированным излучением. Диффузно отраженное излучение не представляет опасности для кожи. Этот класс распространяется только на лазеры, генерирующие излучение в спектральном диапазоне II.

Рисунок 9.1 Допустимые пределы излучения для лазерных изделий класса 3

Pдоп=0.5Вт < Pизл

Техника безопасности при работе с лазером. Средства защиты от лазерного излучения:

Основные положения правил техники безопасности при работе с лазерами приведены ниже.

Необходим контроль распространения лазерного излучения. При работе с мощными лазерами следует избегать прямого попадания излучения на открытые участки кожи и в глаза. Использовать средства индивидуальной защиты. Опасно не только прямое излучение, но также зеркально отраженное и в случае мощных лазеров диффузно отраженное. Лазер должен быть полностью исправен, включая кожух. Механизмы оптической юстировки должны обязательно иметь светофильтры.

Велика опасность поражения персонала электрическим током от источников высоковольтного напряжения питания лазеров (тысячи вольт). Меры защиты и предосторожности стандартны для всех электрических цепей с повышенной опасностью (ГОСТ 12.1.019-79, 12.1.038-82).

Помимо лазерного излучения, опасно для зрения излучение, создаваемое лампами накачки лазера. Во-первых, оно чрезмерно яркое, во-вторых, часть его спектра находится в ультрафиолетовой области, вредной для глаз. Поэтому следует использовать экраны и индивидуальные средства защиты.

В мощных лазерах при разряде изменяется ионный состав воздуха. В течение 15-20 с в прилегающем к лазеру воздухе сохраняется повышенная концентрация легких ионов. Кроме того, в результате разряда может образовываться озон во вредных для организма концентрациях. Мерами предосторожности в этом случае могут служить экраны и вентиляция воздуха.

В процессе работы лазера возле него создается сверхвысокочастотное электромагнитное поле. При использовании мощных лазеров с достаточно высокой напряженностью электрического и магнитного поля могут возникнуть поражения, характерные для электромагнитных волн сантиметрового и миллиметрового диапазона.

При работе мощных твердотельных импульсных, газодинамических, электродинамических, химических лазеров создаются повышенные до 80 дБ уровни шума. При разряде создается звук, похожий на выстрел. С учетом того, что в импульсном режиме разряды следуют со определенной частотой, общий уровень шума в помещении высок и иногда выше допустимого порога. Меры предосторожности - стандартные (ГОСТ 12.1.003-83). Мероприятия по технике безопасности при работе с лазерными установками можно классифицировать следующим образом

Рисунок 9.2 Мероприятия по технике безопасности

В левом столбце отмечены мероприятия, которые следует провести руководящему персоналу, в правом - мероприятия для рядовых работников.

Организационно-технические мероприятия предусматривают разработку письменных инструкций и правил, соответствующих профилю данного предприятия. В них учитываются специфические условия предприятия, определяется степень ответственности должностных лиц.

Мероприятия по индивидуальной защите предусматривают использование специальных средств, предохраняющих от лазерного излучения, рентгеновского излучения, вредных газов, высоковольтного напряжения и т. д. Меры безопасности при работе с лазерами складываются на использовании коллективных и индивидуальных средств защиты и выполнения общих и индивидуальных мер предосторожности.

В качестве коллективных средств защиты от излучения используются экраны, светофильтры и закрытые лучепроводы. В качестве индивидуальных средств защиты кожи от поражения лазерным излучением используется спецодежда, созданная из плотной ткани, пропускающей весьма малую часть излучения. Для защиты глаз используют различные очки. Из требований, предъявляемых к помещениям, где работают с лазерами, главным является исключение возможности поражения работающего, из чего вытекает необходимость тщательного планирования размещения установок и вспомогательного оборудования. Элементы помещения и оборудования не должны иметь отражающих поверхностей и должны быть окрашены в темные матовые тона. Рабочие места и проходы не должны совмещаться с пространствами для открывания дверей помещения и оборудования, с площадками для размещения переносной измерительной аппаратуры, цеховой тары и других приспособлений, а также с зоной прохождения лазерного луча. Обязательно должно присутствовать естественное освещение и затемненные шторы на окнах на время работы лазера. Кроме того, необходимо присутствие искусственного освещения и вентиляции, соответствующих нормативным документам.