4.3. Лазерное излучение

Лазер - это оптический квантовый генератор, обеспечивающий усиление света в результате вынужденного излучения и характеризующийся высокой направленностью и большой плотностью энергии. Лазерная установка представляет собой генератор электромагнитного излучения оптического диапазона (λ=7,4*10^-5—4*10^-5см) и широко применяются для сварки сложнейших деталей, выполненных из различных материалов, обработки алмазных инструментов, в медицине, а также в новейших технологиях швейного производства, меховой, кожно-галантерейной промышленности. Лазерное излучение охватывает почти весь оптический диапазон электромагнитных волн от ультрафиолетового до инфракрасной области спектра. Световой пучок лазерного излучения имеет высокую плотность потока электромагнитной мощности (10¹¹-10¹⁴ вт/см²). В качестве внешних источников энергии в лазерах используется газоразрядные импульсные лампы, лампы непрерывного горения, СВЧ, которые характеризуются разными эксплуатационным опасностями.

Характер и степень вредного воздействия на организм человека лучей лазера зависит от направленности луча, длины волны, мощности излучения, характера импульсов, их частоты. Энергия излучения лазера поглощается тканями организма, от чего в них возникает тепло. Поскольку глаза не имеют жировых прослоек, то облучение для них представляет наибольшую опасность. Облучение лучами лазера может нарушить деятельность центральной нервной системы и сердечно- сосудистой системы, повредить кожу глаза. Облучение может стать причиной свертывания или распада крови, повышенной утомляемости, головной боли, расстройством сна.

За основную характеристику предельно-допустимого уровня (ПДУ) лазерного излучения принимается энергетическая экспозиция облучаемых тканей в спектральном диапазоне от 0,2 до 20 мкм, которые регламентируются отдельно для роговицы, сетчатки глаза и кожи (Санитарные нормы и правила устройства и эксплуатации лазеров СН 2392-81)

Лазерное излучение, согласно ГОСТ 12.1.040-83 нормируется по плотности мощности в (Вт/см²). Лазеры классифицируются на 4 класса опасности. Наиболее опасны лазеры 4го класса.

Методы и средства защиты от лазерного излучения.

Помещения для установки лазеров должны быть отдельные и специально оборудованные. Установки размещаются так. Чтобы луч лазера был направлен на капитальную огнестойкую стену. Все поверхности в помещении должны иметь покрытия или окраску с малым коэффициентом отражения. Освещение должно быть с высоким уровнем освещенности, чтобы зрачок глаза имел минимальное расширение. Лазерные установки 4го класса должны иметь дистанционное управление, а установки 2 и 3-го классов — экранирование пучка излучений. В качестве индивидуальных средств защиты используются очки со светофильтрами, защитные щитки, халат и перчатки.

4.4 Ионизирующие излучения

Радиоактивность – это самопроизвольное превращение ядер одних атомов в ядра других атомов, сопровождающиеся испусканием ионизирующих излучений.

Ионизирующее излучение – это любое излучение, вызывающее ионизацию среды, т. е. протекание электрических токов в среде (в том числе и в организме человека), что приводит к разрушению клеток, изменению состава крови, ожогам и другим тяжким последствиям.

Под термином «проникающая радиация» понимают поражающий фактор ионизационных излучений, возникающих, например, при взрыве атомного реактора.

Ионизирующие излучения разделяются на два вида: электромагнитные (γ – излучения, рентгеновское излучение) с очень малой длиной волны и корпускулярные (α, β излучения, нейтронное излучение).

γ – излучение обладает небольшой ионизирующей и большой проникающей способностью, они могут быть задержаны лишь толстой свинцовой или бетонной плитами. Это коротковолновое, высокочастотное электромагнитное излучение, распространяющееся со скоростью света, возникающее в процессе ядерных реакций или радиоактивного распада.

α – излучение обладает большой тонизирующей и малой проникающей способностью (не проходит через внешний слой кожи). Они не представляют опасности до тех пор, пока радиоактивные вещества, испускающие α – частицы, не попадут внутрь организма через рану с пищей, с вдыхаемым воздухом. Тогда они становятся чрезвычайно опасными.

β – частицы могут проникать в ткани организма на глубину 1–2 см, поэтому они одинаково опасны как при непосредственном прикосновении к излучаемому веществу, так и на расстоянии.

Различают естественную (природную) радиоактивность и искусственную (у элементов, получаемых искусственным путем).

Степень воздействия ионизирующих излучений на живой организм зависит от мощности дозы облучения, продолжительности этого воздействия и вида излучения и радионуклида, попавшего в организм.

Экспозиционная доза – это энергетическая характеристика γ – излучения и рентгеновского излучения в сухом атмосферном воздухе. Единица измерения – Кулон на килограмм (Кл/кг). 1 Кл/кг – это экспозиционная доза излучения, при которой сумма электрических зарядов ионов одного знака, образовавшихся в 1 кг воздуха, равна 1 кулону.

Внесистемная единица – рентген (Р). 1Р = 2,85 ^. 10^-4 Кл/кг.

Биологическое действие ионизирующих излучений на живой организм зависит от поглощения дозы. Это – количество энергии излучения, поглощенное единицей массы облучаемого тела (тканям организма).

Поглощенная энергия измеряется в греях (1 Гр = 1 дж/кг) в системе СИ. Внесистемная единица – рад (1 рад = 0,01 Гр). Однако эта единица не учитывает того, что α-излучение гораздо опаснее γ- и β-излучений (при одинаковой поглощенной дозе).

Эквивалентная доза учитывает биологическую активность излучения и измеряется в зивертах (1 Зв = 1 дж/кг).

Зиверт представляет собой единицу поглощенной дозы, умноженную на коэффициент, учитывающий неодинаковую радиационную опасность для организма разных видов ионизирующего излучения.

Для оценки эквивалентной дозы применяется БЭР (биологический эквивалент рада). 1 БЭР = 0,01 Зв.

Эффективно-эквивалентная доза облучения. Разные части тела (органы, ткани) по-разному чувствительны к ионизационному излучению.

Международной комиссией по радиационной защите рекомендованы значения коэффициентов радиационного риска для определения эффективно-эквивалентной дозы: костный мозг – 0,12; костная ткань – 0,03; щитовидная железа – 0,03; молочная железа – 0,15, легкие – 0,12, гениталии – 0,25, другие ткани – 0,3 (сумма коэффициентов для организма в целом равна 1,0).

Поглощенная, эквивалентная и эффективно-эквивалентная дозы описывают индивидуально полученные дозы облучения.

Облучения, полученные группой людей, измеряются в человеко-зивертах и называются коллективной эффективно-эквивалентной дозой.

Поскольку многие радионуклиды распадаются очень медленно и остаются радиоактивными в отдаленном будущем, то для учета коллективной дозы, которую получат многие поколения людей от какого-либо радиоактивного источника за все время его существования, используют величину ожидаемой (полной) коллективной эффективной дозы.

Радиация по самой своей природе вредна для жизни. Малые дозы облучения могут провоцировать рак, генетические повреждения. При больших дозах радиация разрушает клетки, повреждает ткани органов и является причиной гибели организма. Повреждения, вызываемые большими дозами облучения, проявляются в течение нескольких часов или дней. Раковые заболевания проявляются спустя несколько лет (через 10–20 лет), а врожденные пороки развития и другие наследственные болезни, вызываемые повреждениями генетического аппарата, – в следующих поколениях. Любой человек, подвергшийся действию радиации, не обязательно заболеет раком или станет носителем наследственных заболеваний, однако риск увеличивается. И он тем выше, чем больше доза полученного облучения.

Механизм воздействия ионизирующего излучения на ткани живого организма. Заряженные γ, β частицы проникая в ткани организма, теряют энергию в ходе электрического взаимодействия с электронами тех атомов, близ которых они проходят.

Электрическое взаимодействие. За время 10^-8 секунд после проникновения излучения от атома в ткани организма отрывается электрон, заряженный отрицательно. Остальная часть атома становится положительно заряженной. Это – ионизация.

Физико-химические изменения. Как свободный электрон, так и ионизированный атом не могут долго пребывать в таком состоянии и в течение 10^-5 сек участвуют в сложной цепи реакций, в результате чего образуются новые молекулы, включая «свободные радикалы».

Химические изменения. В течение 10^-3 сек образовавшиеся свободные радикалы реагируют друг с другом, с другими молекулами и образуют химические модификации биологически важных молекул, необходимых для нормального функционирования клеток.

Биологические эффекты. Биологические изменения происходят как через несколько секунд, так и через десятилетия и являются причиной гибели клеток или долговременных проявлений. Если доза облучения достаточно велика, облученный человек погибает. Облучение дозой порядка 100 Гр вызывает настолько серьезное поражение нервной системы, что смерть, как правило, наступает в течение нескольких часов или дней. При дозах облучения от 10 до 50 Гр (при облучении всего тела) поражение центральной нервной системы может оказаться не настолько серьезным, чтобы привести к летальному исходу, однако облученный человек, возможно. умирает через одну-две недели от кровоизлияний в желудочно-кишечном тракте.

Ионизирующие излучения могут вызвать у человека проявление лучевой болезни. Лучевая болезнь различается по трем степеням: первая (легкая), вторая и третья (тяжелая).

Первая степень лучевой болезни сопровождается головными болями, слабостью, нарушением аппетита и сна. Эти симптомы усиливаются на второй стадии заболевания, но к ним присоединяются нарушения в сердечно-сосудистой деятельности, изменения обмена веществ, состава крови, расстройства пищеварительных органов.

Третья степень проявляется кровоизлиянием и выпадением волос, нарушениями деятельности центральной нервной системы и половых желез. Повышается вероятность развития злокачественных опухолей и заболеваний кроветворных органов.

Облучение организма большими дозами ионизирующих излучений за короткий период времени приводит к лучевой болезни в острой (тяжелой) форме.

Развитие легкой формы лучевой болезни возникает при эквивалентной дозе облучения в 1 Зв, тяжелая форма, при которой погибает 50% облученных, наступает при эквивалентной дозе облучения 4,5 Зв. 100%-й смертельный исход лучевой болезни соответствует эквивалентной дозе облучения 5,5 – 7,0 Зв.

Система защиты человека от вредного и опасного воздействия ионизирующего излучения включает в себя организационные, гигиенические, технические и лечебно-профилактические мероприятия.

Основные из них следующие:

• сокращение продолжительности работы в зоне излучения;

• увеличение расстояния между оператором и источником;

• экранирование источника изучения;

• использование манипуляторов и роботов;

• использование средств индивидуальной защиты и предупреждение знаком радиационной опасности;

• постоянный контроль за уровнем и дозами облучения персонала.