Безопасность жизнедеятельности (медико-биологические основы)

Если мощность дозы очень мала, то даже ежеднев­ ные облучения в течение всей жизни человека не смогут оказать заметно выраженного поражающего действия. Таким образом, фактор времени крайне значим в биоло­ гическом эффекте излучения. Это еще раз свидетельству­ ет о том, что организм обладает способностью восста­ навливать основную часть радиационного поражения. Многократное прерывистое (фракционированное) воздей­ ствие излучения также приводит к значительному сниже­ нию поражающего действия. Неравномерные лучевые воздействия, которые встречаются на практике в подав­ ляющем большинстве случаев, переносятся в целом зна­ чительно легче, чем «классические» общие равномерные облучения, рассмотренные нами ранее.

Внастоящее время разработаны эффективные меры

иправила защиты людей, работающих с источниками ионизирующих излучений. Профилактика радиационных поражений осуществляется путем проведения комплекса санитарно-гигиенических, санитарно-технических и спе­ циальных медицинских мероприятий.

Средства противохимической защиты (защитная одеж­ да, противогазы или респираторы и т.п.) оказывают из­ вестный защитный эффект от воздействия радиоактив­ ных веществ. В случаях, когда неизбежно облучение в дозах, превышающих ПДД, профилактика осуществля­ ется методом фармакохимической защиты.

Врезультате многочисленных радиобиологических ис­ следований обнаружены вещества, которые при введе­ нии в организм за определенное время до облучения сни­ жают в той или иной степени радиационное поражение. Такие вещества называются радиозащитными, или ра­ диопротекторами. Большинство изученных в настоящее рремя радиопротекторов оказывают положительный эф­ фект при введении их в организм за сравнительно корот-

Ее рождение можно отнести к 1954 г., когда впервые в научной печати одновременно и независимо появились сообщения о создании нового метода генерации и усиле­ ния радиоволн с помощью пучка активных молекул ам­ миака (Физический институт Академии наук СССР им. П. Н. Лебедева — Н. Г. Басов и А. М. Прохоров; Колумбийский университет США — Ч. Таунс с сотруд­ никами — впоследствии указанные авторы были удосто­ ены Нобелевской премии).

Идея молекулярного усиления электромагнитных волн в неравновесных газовых средах впервые была вы­ сказана В. А. Фабрикантом с сотрудниками.

В 1960 г. получено излучение квантового генератора на рубине в видимом диапазоне (Т. Мейман, США). В конце 1960 г. появился газовый оптический квантовый генератор на смеси He-Ne (А. Джаван, В. Беннет, Д. Эр- риот—США), а годом позже — первый полупроводни­ ковый оптический квантовый генератор (Н.Г. Басов —

СССР). Квантовая электроника появилась на стыке радиофизики, оптики, атомной физики, радиоэлектро­ ники и способствовала слиянию оптики с квантовой ра­ диофизикой.

Эта область современной физики объединяет процес­ сы и приборы, в которых электроны, атомы, молекулы рабочей среды взаимодействуют с вынужденным (инду­ цированным, стимулированным) излучением внешнего поля.

В отличие от вакуумных электронных приборов СВЧ, где электроны являются свободными и процессы их взаи­ модействия описываются классической механикой, кван­ товые приборы отличаются рядом особенностей от своих классических собратьев. Принцип действия квантовых приборов объясняется на основе положений квантовой ме­ ханики.

Оптические и микроволновые квантовые генераторы особенно в зарубежной литературе называются соответ­ ственно «лазерами» и «мазерами» (по первым буквам ан­ глийских названий):

«maser» — microwave

amplification by stimulated emission of radiation

«laser» — light

Следовательно, мазеры — квантовые усилители и ге­ нераторы, работающие в сантиметровом и миллиметро­ вом диапазонах длин волн, а лазеры — квантовые прибо­ ры, работающие в оптическом диапазоне от дальней об­ ласти инфракрасного излучения до вакуумного ультра­ фиолета, включая видимый диапазон. Принцип работы этих квантовых приборов одинаков, за исключением кон­ структивных особенностей * обусловленных различием техники, применяемой на отдельных участках электро­ магнитного спектра.

В отличие от всех известных оптических источников, излучение лазеров обладает чрезвычайно высокой интен­ сивностью. Мощность твердотельного оптического кван­ тового генератора (ОКГ) может достигать 1012 Вт. При фокусировке это излучение можно сконцентрировать в малом пятне. Из оптики известно, что минимальный радиус пятна rs при фокусировке пропорционален длине волны г. -Л,. Предположим, что Х=1 мкм. Учитывая, что на практике получить теоретический предел доволь­ но трудно из-за несовершенства оптических систем, при­ мем rs —10 мкм. Тогда интенсивность излучения Ws со­ ставит

Таким образом, плотность мощности лазерного из­ лучения может достигать чрезвычайно высоких значений порядка 1017 Вт/см'2 и более.

При воздействии такого излучения на вещество развиваются чрезвычайно высокие температуры порядка 10б К и выше.

Лазерное излучение, обладая чрезвычайно высокой интенсивностью, позволяет получать высокие значения электрической напряженности в потоке. Эти значения сравнимы с внутриатомными полями. Максимальное значение электромагнитной связи электрона с протоном

где е — заряд электрона; г0 —радиус электронной орбиты.

При г0«Ю'8 см величина Ен=109 В-см-1.

Как известно, интенсивность поля (плотность мощ­ ности) связана с напряженностью электрического поля Е соотношением

где е0— диэлектрическая проницаемость вакуума; с — скорость света.

Лазерное излучение дает возможность относительно просто варьировать мощность лучевого потока, изменять направление его распространения с помощью фокусиру­ ющих линз, внешних коллиматоров, отражающих зер­ кал или специальных устройств. В настоящее время раз­ работано значительное число методов и устройств, по­ зволяющих производить модуляцию с использованием эффектов Фарадея, Керра, Покельса и других явлений.

Свойства лазеров позволяют получить необычайно вы­ сокое значение яркости излучения. Яркость лазерного ис­

точника на много порядков превышает яркость Солнца и мощность искусственных источников спонтанного опти­ ческого излучения.

Лазерные системы, являясь продуктом созидательной деятельности человека, помимо широчайшего научно-тех­ нического и промышленного применения имеют чрезвы­ чайно разнообразное применение в медицине, биологии, биотехнологии, генной инженерии и т.п. Воздействие ла­ зерного излучения на человека, живой организм, живую клетку многолико и противоречиво. С одной стороны, осторожное, продуманное использование лазерного из­ лучения дает возможность получить много нового, неожи­ данного, полезного. В настоящее время лазерное излуче­ ние используется и как хирургический нож для удаления злокачественных опухолей и других образований, и как тонкий инструмент в микрохирургии глаза, и как цели­ тельный луч для лечения самых разнообразных заболе­ ваний сердца, печени, вегетативно-сосудистой системы, пищеварительного тракта и т. д.

С другой стороны, лазерное излучение представляет определенную опасность при неосторожном и неумелом его использовании. Даже работа с маломощным лазе-

.ром представляет опасность прежде всего для глаз. При более мощном излучении могут быть получены долго незаживающие ожоги кожи. При соответствующих ме­ рах безопасности и правильной оценке степени риска ра­ бота с лазерными источниками может быть сведена до такого же уровня, как работа с другим электротехничес­ ким оборудованием.

Человечество и все живое со дня своего рождения под­ вергается воздействию прежде всего электромагнитного излучения. Поэтому для человека излучения мазеров и лазеров не представляют принципиально нового вида из­

лучений, хотя и обладают рядом специфических свойств по сравнению с другими некогерентными источниками видимого света, УФ-, инфракрасного и СВЧ-излучений.

Лазерное излучение даже очень малой интенсивнос­ ти при определенных условиях может сфокусироваться в глазной среде и представить опасность для сетчатки гла­ за, которая является светочувствительной поверхностью дна глазного яблока.

Сетчатка глаза подвержена опасности воздействия ла­ зерного излучения в диапазоне длин волн от 0,4 мкм до 1,4 мкм. Вне этого участка падающее излучение погло­ щается роговой оболочкой, которая является передним прозрачным слоем глаза и может быть тоже поражена в указанном диапазоне длин волн.

Глазная линза обладает фокусирующими свойства­ ми и вследствие этого сетчатка становится наиболее чув­ ствительной и поражаемой областью глаза. Поток ла­ зерного излучения, падающего на глаз, может фокуси­ роваться на поверхности сетчатки в малое пятно, поэто­ му на площади фокального пятна интенсивность излу­ чения может оказаться значительно выше, чем на рого­ вой оболочке, т. е. на входе глаза. Например: отноше­ ние интенсивностей на входе глаза и на фокальном пят­ не сетчатки пропорционально (го/гп)2, где го, гп — соот­ ветственно радиусы зрачка глаза и фокального пятна. При характерных размерах го» 0,2 см и гп * 10 мкм, име­ ем (го/гп)2 =4-104. Отсюда видно, что благодаря фокуси­ рующим свойствам глаза интенсивность на сетчатке гла­ за может быть увеличена примерно на четыре порядка по сравнению с интенсивностью на входе глаза. Из это­ го следует, что для сетчатки может оказаться губитель­ ной та интенсивность, которая совершенно не опасна для других частей тела.

Для оценки биологического воздействия лазерных из­ лучений на сетчатку вводятся пороговые значения мощ­ ности на единицу поверхности сетчатки, вызывающие об­ наруживаемые повреждения на ее поверхности. Значения этих пороговых мощностей зависят от размеров пятна, дли­ тельности импульса, длины волны падающего лазерного излучения, режимов работы лазера, угла падения лучей, расстояния до источника и других факторов.

Лазерное излучение голубой области видимого све­ та опаснее для сетчатки, чем излучение в красной обла­ сти при равенстве мощности облучения. Это объясняет­ ся дополнительным фотохимическим действием корот­ коволнового участка видимого диапазона. При работе с когерентными источниками УФ-диапазона следует про­ являть особую осторожность, так как излучения с дли­ ной волны менее 0,32 мкм даже при низких уровнях мощности приводят к фотоофтальмии (солнечному «ожогу»). Излучение в этой области спектра обладает кумулятивным эффектом и сразу после облучения не вызывает ощущения «песка в глазу». Болевое ощуще­ ние проявляется спустя некоторое время (несколько ча­ сов после облучения).

Излучение С 02-лазера (Х= 10,6 мкм) вызывает по­ вреждение эпителия роговой оболочки. Механизм по­ вреждения в этом случае имеет тепловую природу в от­ личие от фотохимического действия УФ-излучения.

Определенную опасность для зрения представляют спонтанные излучения ламп оптической накачки, теп­ ловое излучение поглотителей, используемых при ра­ боте мощных лазеров, газоразрядных трубок. Эти уст­ ройства необходимо учитывать с целью уменьшения влияния вредных и опасных факторов, возникающих при работе с ними.

Все аспекты воздействия лазерных излучений на зре­ ние в настоящее время до конца не изучены и требуют дальнейших исследований.

При рассмотрении процессов воздействия лазерного излучения на кожный покров прежде всего необходимо учитывать длину волны и мощность падающего излу­ чения и пигментацию кожи. Чем выше пигментация кожи в видимом диапазоне, тем меньше ее отражательная спо­ собность. Однако при больших уровнях мощности и дли­ нах волн более 2 мкм и менее 0,3 мкм пигментация кожи большой роли не играет. В средней и дальней областях инфракрасного диапазона кожный покров сильно погло­ щает излучение, так как клетки кожного покрова содер­ жат более 60% воды, которая является широкополосным поглотителем.

Особую опасность для кожного покрова представляет излучение С 02-лазеров по следующим причинам:

•на длине волны 10,6 мкм коэффициент поглоще­ ния кожного покрова очень высок и падающее из­ лучение почти целиком поглощается в очень тон­ ком слое, что усиливает эффект ожога;

•излучение на этой длине волны невидимое (без спе-* циальных мер визуализации), что усиливает сте­ пень риска при работе;

•этот тип лазеров очень распространен и имеет зна­ чительные мощности, что требует особых мер бе­ зопасности.

При воздействии мощных коротких импульсов на кож­ ный покров могут возникать ударные волны, вызываю­ щие смещение и повреждение-органов.

Проблема безопасности при работе с квантовыми при­ борами не ограничивается только самим лазерным пото­

ком, но и связана с другими факторами, сопровождаю­ щими эксплуатацию этих устройств. К ним относятся:

•повышенные напряжения блоков электропитания (часто сильноточных, с большими накопителями электрической энергии);

•наличие вредных и агрессивных веществ, приме­ няемых в качестве компонент рабочих сред и во

вспомогательных устройствах (модуляторах, затво­ рах и т. п.). К ним относятся, например, F+H 2, H +F2, Н + С12, СО, HF, пары свинца и других ме­ таллов, SeOCl2, СН3ОН, углеводороды, галогеноводороды, кислоты и многие другие;

•наличие вредных и опасных продуктов лазерной де­ струкции, образующихся при термохимическом воз­ действии мощного лазерного излучения на различ­ ные мишени.

Для безопасной работы с лазерами необходимо:

•избегать попадания прямых, отраженных и диф­ фузно отраженных лазерных потоков на тело, осо­ бенно в глаза;

•применять оградительные поглощающие барьеры (экраны) по пути распространения лазерного пото­ ка и электромеханических блокировок;

•применять индивидуальные меры защиты, в осо­ бенности защитные очки (щитки);

•размещать облучаемую лазерным потоком мишень в локальных вытяжных боксах;

•ограничить доступ к мощным лазерным системам;

•обеспечить помещения, где размещаются мощные лазеры, специальными световыми табло, плаката­ ми, дверями, заблокированными с блоками пита­ ния лазеров;

•обучение персонала правилам безопасной работы и т.д.