4.3. Лазерное излучение. Методы и средства защиты от лазерного излучения

Все более широкое использование в различных отраслях производства, науке и медицине находят оптические квантовые генераторы или лазеры. Слово «лазер» – аббревиатура слов английского выражения «Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation» – усиление света вынужденным излучением.

Лазером называют генератор электромагнитного излучения оптического диапазона, основанный на использовании вынужденного (стимулированного) излучения.

Лазеры благодаря своим уникальным свойствам (острая направленность и малая расходимость луча, когерентность, монохроматичность) находят широкое применение в различных отраслях промышленности, науки, техники, медицине, биологии и др. Эти свойства позволяют с помощью лазера на сравнительно малой площади получать большие плотности энергии. Именно благодаря этому лазеры используются для обработки материалов – резание, сверление отверстий в металлах, сверхтвердых материалах, кристаллах, пайка и др. Лазеры применяются при дефектоскопии материалов.

Принцип действия лазера основан на свойстве излучать фотоны при переходе атома из возбужденного состояния в основное. При нормальном состоянии большинство атомов находится на основном уровне, а в возбужденном состоянии – небольшое их количество. С помощью специальных приемов и подачи на рабочее тело (жидкость, газ, кристалл) энергии накачки (свет, ВЧ электромагнитное поле и др.) добиваются того, что число атомов, находящихся в возбужденном состоянии, становится значительно больше числа атомов, находящихся на основном уровне энергии. Лавинообразный переход атомов за очень короткое время из возбужденного состояния в основное приводит к возникновению лазерного излучения.

По характеру генерируемого излучения лазеры подразделяются:

• на импульсные (длительность излучения 0,25 с);

• непрерывного действия (длительность излучения 0,25 с и более).

Лазеры генерируют электромагнитное излучение с длиной волны от 0,2 до 1000 мкм. Этот диапазон с точки зрения биологического воздействия подразделяют на четыре области:

1. ультрафиолетовую (0,2 – 0,4 мкм);

2. видимую (свыше 0,4 – 0,75 мкм);

3. ближнюю инфракрасную (свыше 0,75 – 1,4 мкм);

4. дальнюю инфракрасную (свыше 1,4 мкм).

Воздействие лазерного излучения на организм человека носит сложный характер и обусловлено как непосредственно действием излучения на облучаемые ткани, так и вторичными явлениями, выражающимися в различных изменениях, возникающих в организме в результате облучения.

Различают действие лазерных излучений:

• термическое;

• нетермическое.

Поражающее действие лазерного излучения зависит от его мощности (или плотности энергии), длины волны излучения, длительности времени воздействия, биологических и физико-химических особенностей облучаемых тканей и органов.

Термическое действие лазерного излучения непрерывного действия имеет много общего с обычным нагревом. На коже образуется ожог, а при большей энергии образуется кратерообразный участок некроза из-за разрушения и испарения биологической ткани. Характерной особенностью лазерного ожога является резкая ограниченность пораженной области.

Воздействие импульсного излучения более сложно. В облучаемых тканях энергия импульсного излучения быстро преобразуется в теплоту, что приводит к мгновенному плазмо- и парообразованию, вызывающим механические разрушения ткани.

Нетермическое действие лазерного излучения обусловлено процессами, возникающими в результате избирательного поглощения тканями электромагнитной энергии, а также электрическими и фотоэлектрическими эффектами.

Кроме лазерного излучения (прямого, отраженного и рассеянного), на работающих в зависимости от конструкции и условий эксплуатации лазера воздействуют и другие опасные и вредные производственные факторы, сопровождающие его работу (шум и вибрация, возникающие при работе лазера, ионизирующие излучения, электромагнитные поля ВЧ и СВЧ диапазонов от генераторов накачки и др.).

Лица, длительно работающие с лазерами, иногда жалуются на повышенную утомляемость, головные боли, повышенную возбудимость, нарушение сна и т.п.

Особенно чувствительны к воздействию лазерного излучения глаза человека. Повреждение глаза возникает как от попадания прямого, так и отраженного лазерного луча, даже если отражающая поверхность не является зеркальной. Характер поражения существенно зависит от длины волны излучения. В ультрафиолетовой области прежде всего возникает разрушение белка роговой оболочки и ожог слизистой оболочки. При больших плотностях энергии это ведет к полной и необратимой слепоте. В видимой области излучение воздействует главным образом на светочувствительные клетки сетчатки, вызывая или временную слепоту, или ожог с последующей потерей зрения в данной области зрительного пространства. В ближней и средней инфракрасных областях также возможна необратимая слепота из-за помутнения хрусталика.