7. Лазерное и уф излучение. Действие на организм и гигиеническое нормирование.
Оптические квантовые генераторы (ОКГ) или лазеры находят все большее применение. Лазером называется генератор электромагнитного излучения оптического диапазона, основанный на использовании вынужденного излучения.
Область применения лазеров: обработка материалов (резка, пайка, точечная сварка, сверление отверстий в металлах, в сверхтвердых материалах, в кристаллах); применяется ОКГ при дефектоскопии материалов, в строительстве, в медицине, измеряют расстояния от Земли до небесных тел, реставрируют картины и др.
Принцип действия лазера: физиков долгое время озадачивал вопрос: почему, например, кварцевое стекло, поглощая ультрафиолетовые лучи, остается холодным, а при пропускании инфракрасных лучей тоже кварцевое стекло нагревается. Или другой пример: сколько бы энергии не накачивалось в отдельные химические элементы, они продолжают испускать только один какой-либо свет.
Решила все квантовая механика. Принцип действия лазера основан на свойстве атома излучать фотоны (кванты) при переходе из возбужденного состояния в основное энергетическое состояние, т.е. если на возбужденный атом подействовать квантом света, то это заставит его испускать собственный квант света. Получается уже 2 кванта, они заставляют излучать другие атомы и образуется лавина электронов. Лавинообразный переход атомов за очень короткое время из возбужденного состояния в основное приводит к возникновению лазерного излучения.
Лазер - это усиление света путем вынужденного излучения. Основной особенностью лазерного излучения является его острая направленность (малая расходимость пучка излучения). А это позволяет на сравнительно малой площади получать большие значения плотности энергии. Но луч прожектора - это ничтожный источник светового излучения по сравнению с лазером. Луч лазера имеет ярко выраженное “цветовое лицо” - красное, зеленое ..., т.е. лазер дает высокую монохроматичность излучения.
Первый лазер на рубиновом кристалле был построен в 1960 году, а через 2 года их были сотни. Затем родился газовый лазер.
Медики-хирурги с 60-х годов начинают операции на наружных тканях, а затем с помощью оптических волокон-световодов стали входить внутрь организма (“склеивать” живую ткань). Поочередно лазером можно “сшить” каждый слой живой ткани, произвести стерилизацию и ликвидировать опухоли особенно головного и спинного мозга. Есть и такой опыт: в опухоль вводится фоточувствительные химические соединения, которые при действии света образуют фотохимическую реакцию, та создает в ткани опухоли токсические вещества, разрушающие раковые клетки. При помощи лазера совершают чудеса в глазной хирургии: “приваривают” отслоившуюся сетчатку, чинят мельчайшие сосуды, лечат глаукому (при помощи 20 световых уколов и происходит отток жидкости скопившейся в глазном дне), проводят лечение зубов и многое другое.
По характеру подачи (генерации) излучения лазеры подразделяют на импульсные (длительность - 0,25 с) и на лазеры непрерывного действия (длительность более 0,25 с).
Лазеры с точки зрения биологического действия подразделяют на 4 области: ультрафиолетовую (от 0,2 до 0,4 мкм); видимую (от 0,4 до 0,75 мкм), ближнюю инфракрасную (от 0,75 до 1,4 мкм); дальнюю инфракрасную (свыше 1,4 мкм).
Энергетически параметры зависят от их вида:
генераторы непрерывного излучения характеризуются выходной мощностью, выраженной в ваттах (Вт);
импульсные лазеры характеризуются энергией, выражаемой в джоулях (Дж).
Нормируемыми величинами соответственно являются - отношение мощности излучения к площади поверхности Вт/см2 или плотность энергии на единицу поверхности (Дж/см2).
Воздействие лазерного излучения на организм человека:
1. Непосредственное действие: термическое и нетермическое.
Поражающее действие зависит от:
1) мощности (плотности энергии);
2) длины волны излучения (особенно активны Уф-лучи);
3) длительности импульса;
4) частоты повторения импульса;
5) продолжительность;
6) физико-химические свойства тканей и органов.
Термическое действие лазера имеет много общего с ожогом. На коже возникает ожог, а при энергии свыше 100 Дж сразу образуется кратерообразный участок некроза из-за разрушения и испарения биоткани. Характерна резкая ограниченность пораженной области.
Импульсное излучение - при длительности менее 10-3 с в облучаемой ткани энергия в тканях очень быстро превращается в теплоту, что приводит к мгновенному плазмо- и парообразованию, вызывающему механическое разрушение тканей.
Нетермическое действие лазера характеризуется теми же эффектами, как и ЭМП, т.е. они избирательно действуют на различные ткани.
Особенно чувствительны к воздействию лазерного излучения глаза человека. Повреждение глаз возникает от попадания прямого или отраженного луча лазера, даже если отражающая поверхность не является зеркальной. При большой плотности энергии можно ослепнуть или получить помутнение хрусталика.
Таблица 5
ПДУ энергетической экспозиции (Дж/см2) создаваемой импульсным и непрерывным лазерным излучением (l - 0,2 - 0,4 ультрафиолетовая область спектра) на роговице глаза или коже
l, мкм |
Дж/см2 |
l, мкм |
Дж/см2 |
0,200 - 0,210 |
1*10-8 |
0,290 - 0,300 |
10-5 |
0,210 - 0,215 |
1*10-7 |
0,300 - 0,370 |
10-4 |
0,215 - 0,290 |
1*10-6 |
0,370 и более |
2*10-3 |
Особенности лазерной безопасности зависят от класса лазера (IV класса) которые маркированы знаком опасности:
I класс - не представляет опасности для глаз и кожи;
II класс - представляет опасность при облучении глаз прямым или зеркально отраженным излучением;
III класс - при облучении глаз прямым, зеркальным, диффузным отраженным излучением на расстоянии равном 10 см от диффузной отраженной поверхности или при облучении кожи прямым или зеркально отраженным излучением;
IV класс - опасность для кожи диффузно отраженным излучением на расстоянии равном 10 см от диффузно отражающей поверхности.
Все лазеры маркированы знаком лазерной опасности.
желтый
черный
Осторожно!
Лаз. излучение
В комнатах должны быть указатели класса лазера. IV класс лазера должен находиться в отдельном помещении. Внутренняя сторона должна иметь матовую поверхность, не должно быть зеркальных поверхностей. В помещении должно быть свободно приблизительно 2 метра между пультами, 1 метр от дверей, панелей и т.д. Для IV класса дистанционное управление, а дверь блокировку.
Необходимо экранировать пучок излучения (лазерно-опасные зоны). Для экранов выбирать огнестойкие материалы, они не должны быть токсичными при действии лазера. Контроль - дозиметричный ( не реже 1 раза в год), при изменении конструкции или введении новых рабочих мест контроль проводить чаще. Применять индивидуальные средства защиты: очки, маски (оранжевые, сине-зеленые или бесцветные стекла).
УФ излучение (l=200-400 нм).
Источник - солнце, газоразрядные источники света, электрические дуги, лазеры и т.д. Энергетической характеристикой является плотность потока мощности (Вт/м2). Под воздействием УФ излучения через 48 часов возникает покраснение кожи (эритемное действие) или загар. Эритемный поток (1эр) - поток излучения с длиной волны равной 297нм и мощностью 1 Вт. Эритемная освещенность выражается в эр/м2, эритемная доза - (эр*r)/м2.
При длительном действии УФ излучения могут возникнуть следующие негативные последствия:
1) воспаление роговицы (кератит);
2) помутнение хрусталика;
3) рак кожи.
Индивидуальные дозы: 0,125 -0,75 эритемной дозы
10 -60 мэр*r/м2;
средняя максимальная - 7,5 мэр*r/м2;
суточная минимальная - 60 мэр*r/м2 при l=280 нм.
Защита от УФ излучения: установки (конструкции), противосолнечные экраны, покровные стекла, хлопчатобумажная одежда, стекла покрытые двуокисью свинца, побелка стен.