Лазерное излучение

Лазеры представляют собой устройства, которые генерируют оптическое излучение большой мощности в определённой узкой области длины волны, которое характеризуется высокой направленностью и большой плотностью энергии.

Главный элемент лазера, где формируется излучение, - активная среда, для образования которой используют: воздействие света нелазерных источников,

электрический разряд в газах, химические реакции, бомбардировку электрическим пучком и др. методы «накачки».

Лазеры получили широкое применение в научных исследованиях (физика, химия, биология и др.), в практической медицине ( хирургия, офтальмология и др.), а также в технике (связи, локации, измерительной технике, географии), при исследовании внутренней структуры вещества, разделении протонов, термоядерном синтезе, термообработке, сварке, резке, при изготовлении отверстий малого диаметра – микроотверстий и др. Области применения лазера определяются энергией используемого лазерного излучения (ЛИ). Существуют лазеры непрерывного и импульсного действия.

По степени опасности генерируемого ими излучения лазеры подразделяются на следующие классы:

0 – безопасные - лазеры, выходное излучение которых не представляет опасности для глаз и кожи;

I – малоопасные – лазеры, выходное излучение которых представляет опасность только для глаз при облучении их прямым или зеркально отражённым излучением;

II – средней опасности – лазеры, выходное излучение которых представляет опасность при облучении глаз прямым или зеркально отражённым излучением на расстоянии 10 см от диффузно отражающей поверхности и при облучении кожи прямым и зеркально отражённым излучением;

III – опасные – лазеры, выходное излучение которых представляет опасность при облучении глаз и кожи диффузно отражённым излучением на расстоянии 10 см от диффузно отражающей поверхности;

IV – высокой опасности – опасности, характерные для лазеров I – III классов, а также ионизирующее излучение с уровнем, превышающем установленные допустимые пределы.

Диапазон длин волн, характеризующих лазерное излучение, охватывает ряд областей: от 0,2 до 0,4 мкм – ультрафиолетовая область; свыше 0,4 до 0,75 мкм – видимая область; до 1,4 мкм – ближняя инфракрасная область; свыше 1,4 – дальняя инфракрасная область. Широкий диапазон длин волн излучения позволяет объяснить комплексное воздействие лазерного излучения на живой организм. Эффекты воздействия определяются механизмом взаимодействия ЛИ с тканями.

Термическое (тепловое) действие – при фокусировке лазерного излучения в небольшом объёме за короткий промежуток времени выделяется значительное количество теплоты. Отличительной чертой лазерного ожога является резкая ограниченность поражённой области от смежной с нею областью.

Энергетическое – определяется большим градиентом электрического поля, обусловленного высокой плотностью мощности; это действие может вызвать поляризацию молекул, резонансные и другие эффекты.

Фотохимическое действие – проявляется в выцветании ряда красителей.

Механическое действие – проявляется в возникновении колебаний типа ультразвуковых в облучаемом организме.

Электрострикция – деформация молекул в электрическом поле лазерного излучения.

Образование в пределах клетки микроволнового электромагнитного поля.

Под воздействием лазерного излучения происходит нарушение жизнедеятельности как отдельных органов, так и организма в целом. Лазерное излучение представляет опасность главным образом для тканей, которые непосредственно поглощают излучение. С позиций потенциальной опасности воздействия и возможности защиты от лазерного излучения рассматривают в основном глаза и кожу. Клетки сетчатки, как и клетки нервной системы, после повреждения не восстанавливаются.

Нормирование лазерного излучения основывается на «Санитарных нормах и правилах устройства и эксплуатации лазеров» (СН 5804-91) которые устанавливают предельно допустимый уровень (ПДУ) облучения в диапазоне длин волн от 0,2 до 20 мкм и регламентируют ПДУ на роговице, сетчатке и коже. В качестве ПДУ принимается энергетическая экспозиция, т.е. отношение энергии излучения, падающей на рассматриваемый участок поверхности, к площади этого участка, т.е. плотность энергетического воздействия (Дж/см²). По величине это такие уровни, которые исключают возникновение первичных биологических эффектов для видимой области спектра.

Предельно допустимые уровни зависят от следующих параметров: длины волны лазерного излучения l, мкм; длительности импульса t, с; частоты повторения импульсов f, Гц; длительности воздействия (облучения) t, с.

При одновременном воздействии лазерных излучений с различными параметрами на один и тот же участок тела человека и при условии суммирования биологических эффектов сумма отношений уровней лазерного излучения Н^{(1, 2…i)} к их ПДУ не должна превышать единицы:

(75)

Для измерения характеристик лазерного излучения применяются дозиметры типа ИЛД-2М и ЛДМ-2. Прибор ИЛД-2М обеспечивает измерение параметров лазерного излучения в диапазонах 0,49-1,15 и 2-11 мкм. Он даёт прямые показания измеряемых параметров при работе на длинах волн 0,53; 0,63; 0,69; 1,06 и 10,6 мкм. На остальных длинах волн дозиметр обеспечивает косвенные измерения.

Прибор ЛДМ-2 предназначен для определения параметров лазерного излучения в спектральных диапазонах 0,49-1,15 и 2-11 мкм. Прямые измерения прибор осуществляет на длинах волн 0,53; 0,63; 0,69; 0,91; 1,06 и 10,6 мкм.

Коллективными средствами защиты от лазерного излучения могут являться экраны, ограждения из огнестойких материалов с низкой отражающей способностью, блокировка, сигнализация и наличие дистанционного управления.

В качестве средств индивидуальной защиты применяют очки, светофильтры, маски, щитки и т.п. Для защиты от лазера обслуживающий персонал должен работать в технологических халатах, изготовленных из хлопчатобумажной или бязевой ткани светло-зелёного или голубого цвета. При выполнении работ с использованием лазерного луча необходимо: обозначить рабочее место, где применяется лазерный прибор, соответствующими знаками безопасности; в местах возможного прохода людей установить защитные экраны, исключающие распространение лазерного луча за пределы мест производства работ; не допускать установки зеркал и других отражающих свет предметов на пути прохождения луча лазера.