2.5.2. Лазерные излучения

Лазер - аббревиатура, состоящая из начальных букв английской фразы: Light Amplification by stimulated Emission of Radiation, что в переводе означает усиление света за счет создания стимулированного излучения. Лазерами называют устройства, основанные на принципе вынужденного индуцированного излучения атомов и молекул. В основе работы лазера лежит усиление светового излучения за счет энергии, накопленной атомами и молекулами лазерной среды в процессе накачки. Накачкой называют создание избытка атомов, находящихся в возбужденном состоянии. Способы накачки могут быть различными: оптическими, электрическими, электронными, химическими.

Лазерные установки нашли широкое применение во всех отраслях промышленности: в машиностроении для резки, сварки и упрочения металлов, в приборостроении - для обработки твердых и сверхтвердых сплавов, в радиоэлектронике - для точечной сварки, для производства печатных схем, микросварки, в текстильной промышленности - для раскроя тканей, в часовой промышленности - для прошивки отверстий в камнях и т.д. Растет применение лазеров в медицине: в офтальмохирургии, нейрохирургии. Большие перспективы открывает использование лазеров в области связи, в качестве источников света, для контроля за химическими процессами.

Общая и гигиеническая характеристика лазеров. Основными параметрами, характеризующими лазерные излучения с гигиенической точки зрения, являются: длина волны - , мкм; энергетическая освещенность – W_u, Вт/см²; длительность импульса - _н,с; частота повторения импульсов – f_u, Гц; длительность воздействия - t, с.

Согласно "ГОСТ 12.1.040-83 Лазерная безопасность. Общие положения" все лазеры по степени опасности генерируемого излучения подразделяют на 4 класса. Лазеры 1 класса - выходное излучение их не представляет опасности для глаз и кожи.

Лазеры 2 класса - выходное излучение опасно для глаз при облучении прямым или зеркально отраженным излучением.

Лазеры 3 класса - их выходное излучение представляет опасность при облучении глаз прямым, зеркально отраженным, а также диффузно отраженным излучением на расстоянии 10 см от диффузно отражающей поверхности и при облучении кожи прямым и зеркально отраженным излучением.

Лазеры 4 класса - выходное излучение их представляет опасность при облучении кожи диффузно отраженным излучением на расстоянии 10 см от диффузно отражающей поверхности.

Зеркально отраженным называют лазерное излучение, отраженное под углом, равным углу падения. Диффузно отраженное лазерное излучение - излучение, отраженное от поверхности, соизмеримой с длиной волны по всевозможным направлениям в пределах полусферы.

В зависимости от режима излучения различают два типа лазеров: непрерывного и импульсного действия.

По активному элементу, в котором энергия накачки преобразуется в излучение, различают лазеры газовые, жидкостные, полупроводниковые, твердотельные. По способу отвода тепла лазеры могут быть с естественным охлаждением и с принудительным воздушным или жидкостным.

При эксплуатации лазерных установок могут возникнуть следующие вредные и опасные факторы:

- лазерные излучения;

- повышенное значение напряжения в источниках электропитания лазеров;

- повышенная запыленность и загазованность воздуха рабочей зоны;

- повышенный уровень ультрафиолетовой радиации;

- повышенная яркость света;

- повышенный уровень шума и вибрации на рабочем месте;

- повышенный уровень электромагнитного излучения;

- повышенный уровень инфракрасной радиации;

- повышенная температура поверхности оборудования;

- взрывоопасность в системах накачки лазеров.

Действие лазерных излучений на организм человека. Биологическое действие лазерных излучений зависит от мощности излучения, длины волны, характера импульса, частоты следования, продолжительности облучения, величины облучаемой поверхности и от анатомических и функциональных особенностей облучаемых тканей.

Для непрерывного лазерного излучения характерен тепловой механизм действия, следствием которого является коагуляция (свертывание) белка, а при больших мощностях - испарение биоткани.

При действии импульсного лазерного излучения с длительностью импульсов менее 10^-2 с происходит преобразование энергии излучения в энергию механических колебаний, в частности, ударной волны.

Облучение брюшной стенки таким излучением может привести к повреж- дению печени, кишечника и других органов брюшной полости, а облучение головы - к внутриклеточным и внутримозговым кровоизлияниям.

Большую опасность представляют лазерные излучения для глаз и кожи. Наиболее уязвимым органом являются глаза. Хотя чувствительность тканей глаза мало отличается от чувствительности других тканей, но фокусирующая способность оптической системы глаза резко увеличивает плотность энергии лазерного излучения и поэтому глаза, особенно сетчатая оболочка, рассматриваются как критический орган по отношению к лазерным излучениям. Степень поглощения лазерной энергии зависит от пигментации глазного дна: большему воздействию подвержены голубые и зеленые глаза, меньшему - карие. Попадая в глаз, энергия лазера абсорбируется пигментным слоем и повышает температуру, вызывая ожог.

Лазерные излучения вызывают также повреждения кожи от покраснения до поверхностного обугливания. Степень воздействия при этом определяется как параметрами излучения лазера, так и пигментацией кожи, состоянием кровообращения. Пигментированная кожа поглощает значительно больше лазерных лучей, чем светлая кожа.

Кроме этого, под воздействием лазерных излучений возможны функ-циональные расстройства в деятельности центральной нервной системы, сердечно-сосудистой системы, снижение работоспособности, быстрая утомляемость, нарушение мозгового кровообращения.

Гигиеническое нормирование лазерных излучений. Предельно допустимые уровни (ПДУ) лазерного излучения устанавливаются в соответствии с требованиями "Санитарных норм и правил устройства и эксплуатации лазеров" № 2392-81. ПДУ лазерных излучений для конкретных условий воздействия рассчитываются с помощью соответствующих формул с учетом длины волны , длительности воздействия , энергетической экспозиции Н, диаметра зрачка глаза d₃, фоновой освещенности роговицы, а также ряда поправочных коэффициентов на частоту повторения импульсов, длительность воздействия серии импульсов.

Рассчитанные для различных биологических эффектов величины ПДУ сравниваются между собой и в качестве определяющего принимается наимень- шее значение ПДУ.

При одновременном воздействии лазерных излучений различных параметров, но обладающих сходством биологического действия должно соблюдаться следующее условие:

 1,

где Н_(1,2...) - энергетические экспозиции, создаваемые различными источниками лазерного излучения; Н_ПДУ - ПДУ энергетической экспозиции для соответствующего источника излучения.

Защита от лазерных излучений. При разработке защитных мер руководствуются классом опасности лазеров. Все меры защиты могут быть разделены на организационные, технические и лечебно-профилактические.

Лазеры 3 и 4 классов опасности должны применяться только в установках закрытого типа, в которых зона взаимодействия лазерного излучения с мишенью и луч лазера на всем его протяжении изолированы от работающих. Помещения, где эксплуатируются лазерные установки, должны удовлетворять требованиям санитарных норм. Стены помещений должны иметь матовую поверхность, обеспечивающую максимальное рассеяние излучения. Для окраски стен рекомендуется использовать клеевые краски на основе мела.

В зависимости от длины волны излучения выбирают методы защиты:

- снижение времени контакта с излучением;

- увеличение расстояния до источника излучения;

- ослабление излучения с помощью светофильтров.

Марки стекол, используемые в средствах защиты от лазерного излучения, выбирают с учетом типа лазера и длины волны.