35. Характеристика лазерних випромінювань і їх дія на людину.
35. Характеристика лазерных излучений и их действие на человека. Характеристика лазерных излучений
Лазерная техника за последние 10 – 15 лет сделал большой рывок как по частоте, так и по мощности излучений. В настоящее время выпускаются газовые лазеры частотой излучения 1020 Гц, рубиновые – 1018 Гц, химические лазеры мощностью до 100 кВт. При с фокусировании излучения в небольшое пятно плотность энергии в фокусе достигает до 1021 Вт/см2, а уже при плотности энергии излучение 109 – 1112 Вт/см2 все известные на земле вещества мгновенно испаряются.
В настоящее время лазерные установки нашли широкое применение в промышленности (больше чем в 200 отраслях) и науке. При проведении исследований в области субэлементарных частиц в физике измерение размеров величин и временных интервалов можно производить только с помощью излучения с частотой 1020 Гц и длиной волны излучения 10-15 м.
Лазерные установки по режиму работы подразделяются на прерывного (импульсные) и непрерывного действия.
Плотность потока мощности лазерного излучения на площади вычисляют по формуле
(2.1)
где Р0 – мощность источника излучения;
Д – диаметр объекта оптической системы;
λ – длина волн;
f– фокусное расстояние оптической системы.
Например: Р = 1 МВт, λ = 0,69 мкм, Д/f = 1,2; тогда Рs = 31014 Вт/см2, для сравнения – излучение на поверхности Солнца составляет 108 Вт/см2.
Лазерное излучение высокой мощности сопровождается высокой напряженностью электрической составляющей поля.
Значение Е в воздухе при Р = 1 МВт составляет 2,74 · 106В/м или 2,74 · 103 кВ/м.
При прохождении лазерного излучения через воздух, газы , а также при соприкосновении с поверхностью материалов проходит рассеивание и отражение излучения, которое подразделяют на диффузное и зеркальное.
Плотность энергии прямого излучения вычисляют по формуле
(2.2)
где I0 – энергия излучения лазера, Дж;
μ – угол расширения излучения;
R – расстояние от излучения до расчетной точки;
σ – коэффициент ослабления излучения средой.
Энергия лазерного излучения, отраженная от поверхности, определяется по формуле
(2.3)
где In – энергия излучения на отражающей поверхности, Дж;
К – коэффициент отражения поверхности;
β – угол между нормалью к поверхности и направлением наблюдения;
К1 – коэффициент, учитывающей размеры отражающего пятна;
R – расстояние до отражающей поверхности.
Воздействие лазерного излучения (ли) на организм человека
При воздействии ЛИ на организм в нем происходят структурные, функциональные и биохимические изменения. ЛИ воздействуют на весь организм: кожу, внутренние органы и особенно на глаза. Результат воздействия ЛИ зависит от физиологических особенностей тканей (отражающей и поглощающей способности, теплоемкости, акустических и механических свойств), а также от характеристики ЛИ (энергии в импульсе, мощности, длины волны, длительности действия, площади облучения). ЛИ действует избирательно на разные ткани и органы.
При воздействии ЛИ на организм человека выделяют два эффекта: термический и ударный.
Термический эффект. Поражение при ЛИ подобно термическому ожогу от инфракрасного излучения. Но при ЛИ – возникают резкие границы пораженных участков и большая глубина пораженных тканей.
На характер поражения сильно влияет пигментация, микроструктура и плотность ткани. Сильно поражаются ткани, в которых имеется меланин (пигмент кожи), хорошо поглощающий волны длиной 0,5 – 0,55 мкм.
Зависимость поражения от мощности ЛИ практически линейная. Для ЛИ с длиной волны 0,48 – 10,6 мкм допустимая (граничная) плотность лазерной энергии для биологической ткани равна 50 ДЖ/см2.
Ударный эффект. Причиной многих видов поражения ЛИ являются ударные волны. Резкое повышение давления вначале распространяется со сверхзвуковой скоростью, а потом снижается. Ударная волна может возникнуть как на поверхности тела, так и во внутренних органах. Распространение ударной волны в организме приводит к разрушению внутренних органов без каких – либо внешних проявлений. При взаимодействии с биологической тканью ЛИ, кроме ударной волны, приводит к появлению волн частотой 2104 – 1013 Гц, что вызывает кавитационные процессы, разрушающие ткани. Ударный эффект возникает в основном в импульсном режиме лазерных установок.
Воздействие ЛИ небольшой интенсивности приводит к различным функциональным нарушениям в сердечно-сосудистой системе, эндокринных железах, центральной нервной системе. Возникает быстрая утомляемость, большие скачки артериального давления, головные боли и т.п.
Особенно опасны ЛИ для зрительного аппарата. ЛИ – с длинами волны λ < 0,4 мкм и λ > 1,4 мкм поражают роговицу глаза и кожный покров, а при λ = 0,4 – 1,4 мкм – сетчатку глаза. Хрусталик глаза, как дополнительная фокусная оптика, повышает концентрацию энергии на сетчатке, это значительно (в 5 – 10 раз) снижает максимально допустимый уровень облучения глаза.