Radiația laser și impactul acesteia asupra oamenilor. Impactul radiațiilor laser asupra oamenilor

Laserele devin instrumente de cercetare din ce în ce mai importante în medicină, fizică, chimie, geologie, biologie și inginerie. Dacă sunt utilizate necorespunzător, acestea pot cauza orbire și răni (inclusiv arsuri și șocuri electrice) operatorilor și altui personal, inclusiv vizitatorilor ocazionali ai laboratorului și pot provoca daune materiale semnificative. Utilizatorii acestor dispozitive trebuie să înțeleagă pe deplin și să aplice măsurile de siguranță necesare atunci când le manipulează.

Ce este un laser?

Cuvântul „laser” (ing. LASER, Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) este o abreviere care înseamnă „amplificarea luminii prin emisie stimulată”. Frecvența radiației generate de un laser este în sau aproape de partea vizibilă a spectrului electromagnetic. Energia este amplificată până la o stare de intensitate extrem de mare printr-un proces numit „radiație laser indusă”.

Termenul „radiație” este adesea înțeles greșit deoarece este folosit și pentru a-l descrie.În acest context, înseamnă transfer de energie. Energia este transferată dintr-un loc în altul prin conducție, convecție și radiație.

Există multe tipuri diferite de lasere care funcționează în medii diferite. Ca mediu de lucru se folosesc gaze (de exemplu, argon sau un amestec de heliu și neon), cristale solide (de exemplu, rubin) sau coloranți lichizi. Când energie este furnizată mediului de lucru, acesta intră într-o stare excitată și eliberează energie sub formă de particule de lumină (fotoni).

O pereche de oglinzi la fiecare capăt al tubului sigilat fie reflectă, fie transmite lumina într-un flux concentrat numit fascicul laser. Fiecare mediu de lucru produce un fascicul de lungime de undă și culoare unice.

Culoarea luminii laser este de obicei exprimată în termeni de lungime de undă. Este neionizant și include partea ultravioletă (100-400 nm), vizibilă (400-700 nm) și infraroșu (700 nm - 1 mm) a spectrului.

spectru electromagnetic

Fiecare undă electromagnetică are o frecvență și o lungime unice asociate acestui parametru. Așa cum lumina roșie are propria frecvență și lungime de undă, toate celelalte culori - portocaliu, galben, verde și albastru - au frecvențe și lungimi de undă unice. Oamenii sunt capabili să perceapă aceste unde electromagnetice, dar nu pot vedea restul spectrului.

Ultravioletele au, de asemenea, cea mai mare frecvență. Infraroșul, radiația cu microunde și undele radio ocupă frecvențele inferioare ale spectrului. Lumina vizibilă se află într-un interval foarte îngust între ele.

impact uman

Laserul produce un fascicul de lumină intens direcționat. Dacă este direcționat, reflectat sau focalizat asupra unui obiect, fasciculul va fi parțial absorbit, ridicând suprafața și temperaturile interioare ale obiectului, ceea ce poate determina modificarea sau deformarea materialului. Aceste calități, care și-au găsit utilizare în chirurgia cu laser și prelucrarea materialelor, pot fi periculoase pentru țesutul uman.

Pe lângă radiații, care au un efect termic asupra țesuturilor, radiațiile laser, care produc un efect fotochimic, sunt periculoase. Starea sa este suficient de scurtă, adică partea ultravioletă sau albastră a spectrului. Dispozitivele moderne produc radiații laser, impactul asupra unei persoane este minimizat. Energia laserelor de putere redusă nu este suficientă pentru a provoca vătămări și nu reprezintă un pericol.

Țesuturile umane sunt sensibile la energie și, în anumite circumstanțe, radiațiile electromagnetice, inclusiv radiațiile laser, pot provoca leziuni ochilor și pielii. Au fost efectuate studii asupra nivelurilor de prag ale radiațiilor traumatice.

Pericol pentru ochi

Ochiul uman este mai susceptibil la răni decât pielea. Corneea (suprafața frontală exterioară transparentă a ochiului), spre deosebire de dermă, nu are un strat exterior de celule moarte care să protejeze împotriva influențelor mediului. Laser și este absorbit de corneea ochiului, ceea ce îl poate dăuna. Leziunea este însoțită de edem al epiteliului și eroziune, iar în leziunile severe - tulburarea camerei anterioare.

Lentila ochiului poate fi, de asemenea, predispusă la răni atunci când este expusă la diferite radiații laser - infraroșii și ultraviolete.

Cel mai mare pericol este însă impactul laserului asupra retinei în partea vizibilă a spectrului optic - de la 400 nm (violet) la 1400 nm (infraroșu apropiat). În această regiune a spectrului, fasciculele colimate se concentrează pe zone foarte mici ale retinei. Cea mai nefavorabilă variantă de expunere apare atunci când ochiul privește în depărtare și un fascicul direct sau reflectat intră în el. În acest caz, concentrația sa pe retină ajunge la 100.000 de ori.

Astfel, un fascicul vizibil cu o putere de 10 mW/cm 2 afectează retina cu o putere de 1000 W/cm 2 . Acest lucru este mai mult decât suficient pentru a provoca daune. Dacă ochiul nu privește în depărtare sau dacă fasciculul este reflectat de o suprafață difuză, fără oglindă, radiația mult mai puternică duce la răni. Efectul laser asupra pielii este lipsit de efectul de focalizare, deci este mult mai puțin predispus la răniri la aceste lungimi de undă.

raze X

Unele sisteme de înaltă tensiune cu tensiuni peste 15 kV pot genera raze X de putere semnificativă: radiații laser, ale căror surse sunt surse puternice pompate cu electroni, precum și sisteme cu plasmă și surse de ioni. Aceste dispozitive trebuie verificate inclusiv pentru a asigura o ecranare adecvată.

Clasificare

În funcție de puterea sau energia fasciculului și de lungimea de undă a radiației, laserele sunt împărțite în mai multe clase. Clasificarea se bazează pe potențialul dispozitivului de a provoca vătămări imediate la ochi, piele sau incendiu atunci când este expus direct la fascicul sau când este reflectat de suprafețele reflectorizante difuze. Toate laserele comerciale sunt supuse identificării prin marcaje aplicate acestora. Dacă dispozitivul a fost făcut în casă sau nu este marcat în alt mod, ar trebui să se solicite sfaturi cu privire la clasificarea și etichetarea corespunzătoare. Laserele se disting prin putere, lungime de undă și timp de expunere.

Dispozitive sigure

Dispozitivele de primă clasă generează radiații laser de intensitate scăzută. Nu poate atinge niveluri periculoase, astfel încât sursele sunt scutite de majoritatea controalelor sau a altor forme de supraveghere. Exemplu: imprimante laser și CD playere.

Dispozitive sigure condiționat

Laserele din clasa a doua emit în partea vizibilă a spectrului. Aceasta este radiația laser, ale cărei surse determină o persoană să aibă o reacție normală de respingere a luminii prea strălucitoare (reflex de clipire). Când este expus la fascicul, ochiul uman clipește după 0,25 secunde, ceea ce oferă o protecție suficientă. Cu toate acestea, radiația laser în domeniul vizibil poate deteriora ochiul la expunere constantă. Exemple: pointere laser, lasere geodezice.

Laserele din clasa 2a sunt dispozitive speciale cu o putere de ieșire mai mică de 1 mW. Aceste dispozitive provoacă daune numai atunci când sunt expuse direct mai mult de 1000 de secunde într-o zi de lucru de 8 ore. Exemplu: cititoare de coduri de bare.

Laseruri periculoase

Clasa 3a se referă la dispozitivele care nu rănesc cu expunerea pe termen scurt la ochiul neprotejat. Poate fi periculos atunci când utilizați optica de focalizare, cum ar fi telescoape, microscoape sau binoclu. Exemple: laser He-Ne de 1-5 mW, niște indicatori laser și niveluri de clădire.

Un fascicul laser de clasa 3b poate provoca vătămări dacă este expus direct sau dacă este în oglindă. Exemplu: laser He-Ne de 5-500 mW, multe lasere de cercetare și terapeutice.

Clasa 4 include dispozitive cu niveluri de putere mai mari de 500 mW. Sunt periculoase pentru ochi, piele și sunt, de asemenea, un pericol de incendiu. Expunerea la fascicul, reflexiile sale speculare sau difuze pot provoca leziuni ale ochilor și ale pielii. Trebuie luate toate măsurile de securitate. Exemplu: lasere Nd:YAG, afișaje, intervenții chirurgicale, tăiere metal.

Radiația laser: protecție

Fiecare laborator trebuie să asigure o protecție adecvată persoanelor care lucrează cu lasere. Ferestrele din încăperile prin care radiațiile de la dispozitivele din clasa 2, 3 sau 4 pot trece, provocând daune în zone necontrolate, trebuie acoperite sau protejate în alt mod în timpul funcționării unui astfel de dispozitiv. Pentru o protecție maximă a ochilor, se recomandă următoarele.

Fasciculul trebuie să fie închis într-un recipient nereflectorizant și neinflamabil pentru a minimiza riscul de expunere accidentală sau de incendiu. Pentru a alinia fasciculul, utilizați ecrane fluorescente sau obiective secundare; evitați expunerea directă la ochi.
Utilizați cea mai mică putere pentru procedura de aliniere a fasciculului. Dacă este posibil, utilizați dispozitive low-end pentru procedurile preliminare de aliniere. Evitați prezența obiectelor reflectorizante inutile în zona laserului.
Limitați trecerea fasciculului în zona periculoasă în timpul orelor de lucru, folosind obloane și alte bariere. Nu folosiți pereții camerei pentru a alinia fasciculul laserelor de clasa 3b și 4.
Folosiți instrumente nereflectorizante. Unele inventare care nu reflectă lumina vizibilă devin speculare în regiunea invizibilă a spectrului.
Nu purtați bijuterii reflectorizante. Bijuteriile din metal cresc, de asemenea, riscul de electrocutare.

Ochelari de protectie

Trebuie purtați ochelari de protecție atunci când lucrați cu lasere de clasa 4 cu o zonă periculoasă deschisă sau unde există riscul de reflexie. Tipul lor depinde de tipul de radiație. Ochelarii trebuie aleși pentru a proteja împotriva reflexiilor, în special a reflexelor difuze, și pentru a oferi protecție la un nivel în care reflexul natural de protecție poate preveni rănirea ochilor. Astfel de dispozitive optice vor păstra o oarecare vizibilitate a fasciculului, vor preveni arsurile pielii și vor reduce posibilitatea altor accidente.

Factori de luat în considerare atunci când alegeți ochelari de protecție:

lungimea de undă sau regiunea spectrului de radiații;
densitate optică la o anumită lungime de undă;
iluminare maximă (W / cm 2) sau puterea fasciculului (W);
tip de sistem laser;
modul de putere - radiație laser pulsată sau modul continuu;
posibilitatea de reflexie - oglinda si difuza;
linia de vedere;
prezența lentilelor corective sau dimensiuni suficiente pentru a permite purtarea ochelarilor pentru corectarea vederii;
confort;
prezența orificiilor de ventilație care împiedică aburirea;
efect asupra vederii culorilor;
rezistența la impact;
capacitatea de a îndeplini sarcinile necesare.

Deoarece ochelarii de protecție sunt supuși deteriorării și uzării, programul de siguranță al laboratorului ar trebui să includă verificări periodice ale acestor elemente de siguranță.

Radiația laser este un tip special de radiație electromagnetică generată în intervalul de lungimi de undă de 0,1...1000 µm. Laserele sunt utilizate pe scară largă în diverse domenii ale activității umane datorită proprietăților unice precum gradul ridicat de coerență și monocromaticitatea radiației, divergența fasciculului mic, focalizarea ascuțită a radiației și posibilitatea de a obține o densitate uriașă a puterii radiației.

Sistemele laser, pe lângă utilizarea largă științifică, tehnică și industrială, au o varietate de aplicații în medicină, biologie, biotehnologie, inginerie genetică etc.

După tip, radiația laser este împărțită în directe; împrăștiate; reflectată în oglindă; difuz.

Proprietățile radiației laser. Intensitatea radiației. Spre deosebire de toate sursele optice cunoscute, radiația laser are o intensitate extrem de mare. Puterea unui generator cuantic optic în stare solidă (OSG) poate ajunge la 10 12 W. La focalizare, această radiație poate fi concentrată într-un loc mic. Densitatea de putere a radiației laser poate atinge valori ridicate - aproximativ 10 17 W cm -2 și mai mult. Sub influența unei astfel de radiații asupra unei substanțe se dezvoltă temperaturi ridicate de ordinul a 10 6 K. și mai mari. Desigur, niciun material refractar nu poate rezista la o astfel de densitate de radiație. Timpul de expunere a unor astfel de densități în cazul acțiunii impulsive este mult mai scurt decât timpul de stabilire a unui proces staționar; în acest caz, radiația intensă interacționează cu materia într-un volum local, adică. în zona de expunere fără a afecta zonele învecinate.

Lățimea liniei de emisie și coerență. O undă monocromatică are o frecvență de oscilație strict definită:

Е = E 0 cos[(ωt - kx) + φ], (5.29)

unde E 0 este amplitudinea vectorului intensității câmpului electric; k - numărul de undă; x este coordonata axei de propagare a undei; φ - faza (E 0 , ω, k, φ - nu depind de t).

La propagarea în spațiu a două unde de aceeași frecvență, dar cu faze diferite (φ 1, φ 2), în orice moment diferența de fază Δφ = (φ 1 -φ 2) va rămâne constantă. Două unde sunt coerente dacă amplitudinea, frecvența, faza, polarizarea și direcția de propagare a acestor unde rămân constante sau se modifică conform unei anumite legi. Oscilațiile monocromatice ideale nu există în natură, deoarece fiecare nivel de energie are o lățime finită asociată cu durata de viață a nivelului. Din relația de incertitudine (relația Heisenberg) rezultă că incertitudinea valorii nivelului superior Δε în timpul radiației este legată de incertitudinea duratei de viață a acestui nivel Δt prin relația

Durata procesului de radiație τ și lățimea naturală a liniei de radiație Δω = 2πΔν sunt legate prin expresia

(5.31)

Ținând cont de faptul că laserul are un rezonator optic în care există frecvențe naturale (moduri de oscilație de lățime Δν ρ), se poate obține un grad ridicat de monocromaticitate printr-o alegere adecvată a dimensiunilor rezonatorului și a condițiilor de funcționare a laserului. La laserele cu gaz, este relativ ușor să se obțină Δν ρ /ν 0 = 10 -10 (unde v 0 este frecvența de tranziție rezonantă) și chiar mai puțin. Acest lucru se face dacă în intervalul Δν l la frecvența de rezonanță ν 0 există un mod Δν m de oscilație a rezonatorului (mod single-mode). Pentru laserele cu stare solidă, monocromaticitatea este mai slabă decât cea a laserelor cu gaz. Gradul ridicat de monocromaticitate al surselor laser facilitează obținerea unui spot r s mai mic la focalizare. În acest caz, aberația cromatică a lentilelor optice practic nu joacă un rol. Această proprietate a surselor laser contribuie la obținerea unor intensități semnificative.

Radiația laser are un grad ridicat de coerență temporală și spațială. Această proprietate a radiației laser contribuie la obținerea unor valori mari ale W s , întrucât divergența mică a fasciculului laser contribuie la obținerea unor valori mai mici ale r s . Conceptul de coerență este de mare importanță atunci când se utilizează radiația laser în măsurarea optică.

Intensitatea câmpului electric. Radiația laser, având o intensitate extrem de mare, face posibilă obținerea unor valori mari ale intensității electrice în flux. Aceste valori sunt comparabile cu câmpurile intraatomice. Valoarea maximă a cuplării electromagnetice a unui electron cu un proton de hidrogen H este determinată de expresie

unde e este sarcina electronilor; r 0 este raza orbitei electronilor.

La th = 10 -8 cm, valoarea lui E n, = 10 9 V / cm. Pentru alte substante aceasta valoare este 107...108 V/cm.

După cum se știe, intensitatea câmpului (densitatea de putere) este legată de intensitatea câmpului electric E prin relație

unde ε 0 - permittivitatea în vid; c este viteza luminii.

La intensități de, de exemplu, 10 14 W cm -2, valoarea lui E este de aproximativ 10 8 V cm -1 .

Radiația laser face posibilă variarea relativ simplă a puterii fluxului fasciculului, schimbarea direcției de propagare a acestuia folosind lentile de focalizare, colimatoare externe, oglinzi reflectorizante sau dispozitive speciale.

Luminozitate. Proprietățile laserelor fac posibilă obținerea unei valori neobișnuit de mare a luminozității radiației. În tabel. Figura 5.10 prezintă valori comparative ale luminozității unor surse optice, din care se poate observa că luminozitatea unei surse laser este cu multe ordine de mărime mai mare decât luminozitatea Soarelui și puterea surselor artificiale de radiație optică spontană. .

Tabelul 5.10. Valorile de luminozitate ale unor surse

Unghiul de divergență al fasciculului. Una dintre caracteristicile importante ale radiației laser este directivitatea (colimația) radiației. Importanța colimării constă în faptul că energia transportată de raza laser poate fi colectată (focalizată) pe o zonă mică.

Limitarea unghiului de divergență al fasciculului laser este impusă de difracție:

unde θ este unghiul de divergență; K este un coeficient numeric de ordinul unității (pentru un fascicul omogen, K = 1,22); λ - lungimea de undă; d este diametrul deschiderii de ieșire.

Clasificarea laserelor. Sursa principală de radiație laser este un generator cuantic optic (laser). Laserele sunt generatoare de unde electromagnetice în domeniul optic, care utilizează radiația electromagnetică stimulată a moleculelor unei substanțe active, aduse în stare excitată de o sursă de pompă. Tipurile de lasere diferă prin tipul de substanță activă și metoda de pompare.

Laserele cu stare solidă folosesc ca substanță activă cristale de rubin, granat de ytriu-aluminiu (YAG) sau neodim (Nd) sau sticlă dopată cu erbiu. Lămpile cu xenon pulsate sunt folosite pentru a excita substanța activă. În modul de rulare liberă, laserele cu stare solidă generează impulsuri cu o durată de 0,1-1 ms, cu o energie de zeci de jouli și o putere de impuls de zeci sau sute de kilowați (10 9 ... 10 10 W). Unghiul de divergență al fasciculului la laserele cu stare solidă este de 20...30°.

În laserele cu gaz, substanța activă este un gaz sau un amestec de gaze, care sunt aduse într-o stare excitată printr-o descărcare de gaz. Laserele cu gaz se caracterizează printr-un unghi mic de divergență a fasciculului - doar 1...3°. Cele mai răspândite sunt laserele bazate pe un amestec de heliu (He) și neon (Ne) cu o lungime de undă de generație de 0,63 μm și laserele cu dioxid de carbon (CO 2) cu o lungime de undă de 10,6 μm. Puterea laserelor cu heliu-neon este mică și se ridică la zeci sau sute de miliwați. Laserele cu dioxid de carbon se caracterizează prin putere mare - sute de wați în modul continuu și eficiență ridicată - 20 ... 30%.

În laserele cu semiconductor, substanța activă este un cristal semiconductor. Excitarea laserului este realizată de un curent electric care trece prin cristal. Puterea maximă este de aproximativ 100 W în modul pulsat și câțiva wați în modul continuu. Are un unghi de divergență a fasciculului de câteva grade.

În laserele lichide, coloranții organici sunt de obicei folosiți ca substanțe active. Excitarea substanței active se realizează fie prin radiație coerentă de la un alt laser, fie prin radiație incoerentă de la lămpile blitz. În laserele lichide, cu o alegere adecvată a substanței active, se poate obține radiație coerentă cu lungimi de undă de la 0,34 la 11,75 μm. Energia radiației per impuls este de până la 10 J.

Impactul radiațiilor laser asupra unei persoane, a unui organism viu, a unei celule vii este cu mai multe părți și contradictoriu.

În prezent, radiația laser este folosită atât ca cuțit chirurgical pentru îndepărtarea tumorilor maligne și a altor formațiuni, cât și ca instrument subțire în microchirurgia oculară, cât și ca fascicul de vindecare pentru tratarea unei game largi de boli ale inimii, ficatului, sistemului vegetativ-vascular. , tubul digestiv etc.

Pe de altă parte, radiațiile laser prezintă un anumit pericol dacă sunt utilizate cu neglijență și inept. Chiar și lucrul cu un laser de putere redusă este periculos, mai ales pentru ochi.

Efectul biologic al radiației laser depinde de lungimea de undă și intensitatea radiației, astfel încât întregul interval de lungimi de undă este împărțit în zone: ultraviolete (0,2 ... 0,4 microni); vizibil (0,4...0,5 µm); infraroșu - aproape (0,75 ... 1) și departe (peste 1,0).

În funcție de gradul de pericol al radiației laser pentru corpul uman, toate instalațiile laser sunt împărțite în patru clase. Clasa I include laserele, a căror radiație nu prezintă un pericol pentru pielea și ochii unei persoane, la clasa II, a căror radiație este periculoasă pentru ochi sau piele atunci când este iradiată cu radiații directe sau reflectate specular.

Radiațiile laser de clasa III sunt periculoase pentru ochi și piele atunci când sunt expuse la radiații directe sau reflectate specular și periculoase pentru ochi atunci când sunt expuse la radiații reflectate difuz la o distanță de 10 cm de o suprafață reflectorizantă.

Clasa IV include lasere ale căror radiații sunt periculoase pentru piele și ochi atunci când sunt iradiate cu radiații reflectate difuz la o distanță de 10 cm de suprafața reflectorizante.

Împărțirea laserelor în clase vă permite să determinați măsurile pentru a asigura siguranța atunci când lucrați cu lasere de diferite tipuri.

Radiația laser este fluxuri de energie forțate direcționate îngust. Poate fi continuă, o singură putere sau pulsată, unde puterea atinge periodic un anumit vârf. Energia este generată folosind un generator cuantic - un laser. Fluxul de energie este unde electromagnetice care se propagă paralel între ele. Acest lucru creează un unghi minim de împrăștiere a luminii și o anumită direcționalitate precisă.

Domeniul de aplicare al radiației laser

Proprietățile radiației laser fac posibilă utilizarea acesteia în diferite sfere ale activității umane:

știință - cercetare, experimente, experimente, descoperiri;
industria militară de apărare și navigație spațială;
producție și sfera tehnică;
tratament termic local - sudare, tăiere, gravare, lipire;
uz casnic – cititoare de coduri de bare cu laser, cititoare de CD-uri, pointeri;
depunerea cu laser pentru a crește rezistența la uzură a metalului;
crearea de holograme;
îmbunătățirea dispozitivelor optice;
industria chimică – pornirea şi analizarea reacţiilor.

Utilizarea laserului în medicină

Radiațiile laser în medicină reprezintă un progres în tratamentul pacienților care necesită intervenție chirurgicală. Laserul este utilizat pentru producerea de instrumente chirurgicale.

Avantajele incontestabile ale tratamentului chirurgical cu bisturiu laser sunt evidente. Vă permite să faceți o incizie fără sânge a țesuturilor moi. Acest lucru este asigurat prin aderența instantanee a vaselor mici și a capilarelor. În timpul utilizării unui astfel de instrument, chirurgul vede pe deplin întregul câmp chirurgical. Fluxul de energie laser disecă la o anumită distanță, fără contact cu organele și vasele interne.

O prioritate importantă este asigurarea sterilității absolute. Directivitate strictă a grinzilor vă permite să efectuați operații cu traume minime. Perioada de reabilitare a pacienților este semnificativ redusă. Capacitatea unei persoane de a lucra revine mai repede. O trăsătură distinctivă a utilizării unui bisturiu cu laser este lipsa durerii în perioada postoperatorie.

Dezvoltarea tehnologiilor laser a făcut posibilă extinderea posibilităților de aplicare a acestuia. S-a descoperit că proprietățile radiațiilor laser influențează pozitiv starea pielii. Prin urmare, este utilizat în mod activ în cosmetologie și dermatologie.

În funcție de tipul său, pielea umană absoarbe razele și reacționează diferit la acestea. Dispozitivele cu radiații laser pot crea lungimea de undă dorită în fiecare caz specific.

Aplicație:

epilare - distrugerea foliculului de păr și îndepărtarea părului;
tratament pentru acnee;
îndepărtarea petelor de vârstă și a semnelor de naștere;
refacerea suprafeței pielii;
aplicarea pentru leziunile bacteriene ale epidermei (dezinfectează, ucide microflora patogenă), radiația laser previne răspândirea infecției.

Oftalmologia este prima ramură care utilizează radiația laser. Indicații de utilizare a laserului în microchirurgia oculară:

coagulare cu laser - utilizarea proprietăților termice pentru tratamentul bolilor vasculare ale ochiului (deteriorarea vaselor corneei, retinei);
fotodistrucție - disecția țesuturilor la vârful puterii laser (cataracta secundară și disecția acesteia);
fotoevaporare - expunere prelungită la căldură, utilizată în procesele inflamatorii ale nervului optic, cu conjunctivită;
fotoablația - îndepărtarea treptată a țesuturilor, folosită pentru a trata modificările degenerative ale corneei, elimină tulburarea acesteia, tratamentul chirurgical al glaucomului;
stimulare cu laser - are efect antiinflamator, de rezoluție, îmbunătățește trofismul ocular, este utilizat pentru tratarea scleritei, exsudației în camera oculară, hemoftalmiei.

Iradierea cu laser este utilizată în bolile oncologice ale pielii. Cel mai eficient laser pentru îndepărtarea melanoblastomului. Uneori metoda este folosită pentru a trata cancerul de esofag sau rect în stadiul 1-2. Cu o localizare profundă a tumorii și metastaze, laserul nu este eficient.

Ce pericol prezintă laserul pentru oameni?

Efectul radiațiilor laser asupra corpului uman poate fi negativ. Iradierea poate fi directă, difuză și reflectată. Impactul negativ este oferit de proprietățile luminoase și termice ale razelor. Gradul de deteriorare depinde de mai mulți factori - lungimea undei electromagnetice, locația impactului, capacitatea de absorbție a țesuturilor.

Ochii sunt cei mai afectați de energia laserului. Retina ochiului este foarte sensibilă, așa că deseori arde. Consecințe - pierderea parțială a vederii, orbire ireversibilă. Sursa radiației laser sunt dispozitivele cu infraroșu care emit lumină vizibilă.

Simptome de afectare a irisului, retinei, corneei, laserului cristalinului:

durere și spasme în ochi;
umflarea pleoapelor;
hemoragii;
cataractă.

La iradierea de intensitate medie apar arsuri termice ale pielii. În punctul de contact dintre laser și piele, temperatura crește brusc. Are loc fierberea și evaporarea lichidului intracelular și interstițial. Pielea devine roșie. Sub presiune, are loc ruperea structurilor tisulare. Pe piele apare edemul, în unele cazuri hemoragii intradermice. Ulterior, la locul arsurii apar zone necrotice (moarte). În cazurile severe, carbonizarea pielii are loc instantaneu.

O caracteristică distinctivă a unei arsuri cu laser este limitele clare ale leziunii cutanate, iar bulele se formează în epidermă și nu sub ea.

Cu o leziune difuză a pielii la locul leziunii, aceasta devine insensibilă, iar după câteva zile apare eritemul.

Radiația laser infraroșu poate pătrunde profund prin țesuturi și poate afecta organele interne. Caracteristica unei arsuri profunde este alternanța țesuturilor sănătoase și deteriorate. Inițial, atunci când este expus la raze, o persoană nu simte durere. Cel mai vulnerabil organ este ficatul.

Impactul radiațiilor asupra organismului în ansamblu provoacă tulburări funcționale ale sistemului nervos central, activitatea cardiovasculară.

Semne:

scăderea tensiunii arteriale;
transpirație crescută;
oboseală generală inexplicabilă;
iritabilitate.

Precauții și protecție împotriva radiațiilor laser

Persoanele ale căror activități sunt asociate cu utilizarea generatoarelor cuantice sunt cele mai expuse riscului de expunere.

În conformitate cu standardele sanitare, radiațiile laser sunt împărțite în patru clase de pericol. Pentru corpul uman, pericolul este clasa a doua, a treia, a patra.

Metode tehnice de protecție împotriva radiațiilor laser:

Planificarea corectă a spațiilor industriale, decorațiunile interioare trebuie să respecte reglementările de siguranță (razele laser nu trebuie să fie oglindite).
Amplasarea corespunzatoare a instalatiilor radiante.
Împrejmuirea zonei de posibilă expunere.
Ordinea și respectarea regulilor de întreținere și exploatare a echipamentelor.

O altă protecție laser este individuală. Include astfel de mijloace: ochelari împotriva radiațiilor laser, huse și ecrane de protecție, un set de salopete (paltoane și mănuși tehnologice), lentile și prisme care reflectă razele. Toți angajații trebuie să fie supuși periodic examinărilor medicale preventive.

Utilizarea unui laser în viața de zi cu zi poate fi, de asemenea, periculoasă pentru sănătate. Funcționarea incorectă a indicatoarelor de lumină, lanternele cu laser poate provoca vătămări ireparabile unei persoane. Protecția împotriva radiațiilor laser prevede reguli simple:

Nu îndreptați sursa de radiații spre sticlă și oglinzi.
Este strict interzis să direcționați laserul în ochii dvs. sau în ochii unei alte persoane.
Țineți gadgeturile cu radiații laser la îndemâna copiilor.

Acțiunea laserului, în funcție de modificarea emițătorului, este termică, energetică, fotochimică și mecanică. Cel mai mare pericol este un laser cu radiație directă, cu intensitate mare, directivitate a fasciculului îngust și limitat, densitate mare de radiație. Factorii periculoși care contribuie la expunere includ tensiunea mare de producție în rețea, poluarea aerului cu substanțe chimice, zgomotul intens, raze X. Efectele biologice ale radiației laser sunt împărțite în primare (arsura locală) și secundare (modificări nespecifice ca răspuns al întregului organism). Trebuie amintit că utilizarea necugetă a laserelor de casă, a indicatoarelor de lumină, a lămpilor, a lanternelor cu laser poate provoca daune ireparabile altora.

Utilizarea dispozitivelor laser este asociată cu un anumit pericol pentru oameni. În această lucrare, vor fi luate în considerare numai caracteristicile aplicării practice a dispozitivelor laser și metodele de protecție asociate cu posibilitatea de deteriorare a ochilor și a pielii unei persoane. În același timp, documentele fundamentale de reglementare sunt: publicația a 825-a a Comisiei Tehnice Internaționale (IEC) intitulată „Siguranța radiațiilor a produselor laser, clasificarea echipamentelor, cerințele și liniile directoare pentru consumatori” ca fiind cea mai competentă recomandare de clasă mondială; cea mai recentă dezvoltare internă a SNiP; GOS

Radiația laser de orice lungime de undă afectează direct o persoană; cu toate acestea, datorită caracteristicilor spectrale ale leziunilor de organ și a dozelor maxime admisibile semnificativ diferite de radiații, efectele asupra ochilor și pielii unei persoane sunt de obicei distinse.

Există două domenii de aplicare a laserelor și industriilor. Prima direcție este asociată cu un impact țintit asupra substanței prelucrate (microsudura, tratament termic, tăierea materialelor fragile și dure, ajustarea parametrilor microcircuitului etc.), a doua direcție - medicamentul - se dezvoltă din ce în ce mai mult.

Gama de lungimi de undă emise de lasere acoperă spectrul vizibil și se extinde în regiunile infraroșu și ultraviolete. Pentru fiecare mod de funcționare al laserului și domeniul spectral, se recomandă nivelurile maxime admisibile (MPL) corespunzătoare pentru energia (W) și puterea (P) a radiației care a trecut prin deschiderea limită d = 7 mm. Pentru domeniul vizibil sau d = 1,1 mm, pentru restul, expunerea la energie (H) și iradierea (E) mediate peste diafragma de limitare: H = W / Sa , E = P / Sa , unde Sa este deschiderea limitatoare.

LMR-urile cronice sunt de 5 până la 10 ori mai mici decât cele ale unei singure expuneri. Cu acțiunea simultană a LI a diferitelor game, acțiunea lor este însumată cu înmulțirea cu aportul de energie corespunzător.

Radiația laser este caracterizată de câteva caracteristici:

1 - spectrală largă (&=0,2..1 µm) și dinamică (120..200 dB);

2 - durata scurtă a impulsului (până la 0,1 ns);

3 - densitate mare de putere (până la 1e+9 W/cm^2) de energie;

4 - Măsurarea parametrilor energetici și a caracteristicilor radiației laser

Tipuri de acțiune a radiației laser

Cea mai periculoasă radiație laser cu o lungime de undă:

380¸1400 nm - pentru retină,
180¸380 nm și peste 1400 nm - pentru mediul anterioară a ochiului,
180¸105 nm (adică în întregul interval considerat) - pentru piele.

Principalul pericol în funcționarea laserului este radiația laser directă.

Gradul de pericol potențial al radiației laser depinde de puterea sursei, lungimea de undă, durata impulsului și puritatea urmăririi acestuia, condițiile de mediu, reflexia și împrăștierea radiației.

Efectele biologice care apar atunci când sunt expuse la radiații laser asupra corpului uman sunt împărțite în două grupe:

Efecte primare - modificări organice care apar direct în țesuturile iradiate;
Efecte secundare - modificări nespecifice care apar în organism ca răspuns la radiații.
Ochiul uman este cel mai susceptibil la deteriorarea radiațiilor laser. Un fascicul laser focalizat pe retină de către cristalinul ochiului va arăta ca un mic punct cu o concentrație de energie chiar mai densă decât radiația incidentă asupra ochiului. Prin urmare, introducerea radiațiilor laser în ochi este periculoasă și poate provoca leziuni ale retinei și coroidei cu tulburări de vedere. La densități scăzute de energie apare hemoragia, iar la densități mari de energie se produce o arsură, o ruptură a retinei și apariția bulelor oculare în corpul vitros.
Radiațiile laser pot provoca, de asemenea, leziuni ale pielii și organelor interne ale unei persoane. Deteriorarea pielii prin radiația laser este similară cu o arsură termică. Gradul de deteriorare este afectat atât de caracteristicile de intrare ale laserelor, cât și de culoarea și gradul de pigmentare a pielii. Intensitatea radiațiilor care provoacă leziuni ale pielii este mult mai mare decât intensitatea care provoacă leziuni ale ochiului.

Asigurarea sigurantei laserului

Metodele și mijloacele de protecție împotriva expunerii la radiații laser pot fi împărțite în echipamente organizatorice, de inginerie și de protecție personală. Protecția de încredere împotriva contactului accidental cu o persoană este ecranarea fasciculului cu un ghidaj luminos de-a lungul întregului traseu al acțiunii sale. Ca echipament de protecție personală, se folosesc ochelari speciali, ochelarii în care sunt selectați în conformitate cu GOST 9411-81E; halate si manusi tehnologice din bumbac verde deschis sau albastru.

Prezentarea lucrării prezintă indicatori ai nivelurilor permise de radiație laser, precum și material ilustrativ privind tipurile de efecte negative ale radiației laser asupra corpului uman și metodele de protecție.

Termenul „laser” („laser”) este compus din literele inițiale ale celor cinci cuvinte „Light amplification by stimulated emission of radiation”, care în engleză înseamnă „Amplification of light by its stimulated emission”. În esență, un laser este o sursă de lumină în care excitarea atomilor unei anumite substanțe este realizată prin iluminare externă. Și când acești atomi sub influența radiației electromagnetice externe revin la starea lor inițială, are loc o emisie forțată de lumină.

Principiul laserului

Principiul de funcționare al laserului este complex. Conform modelului planetar al structurii atomului, propus de fizicianul englez E. Rutherford (1871-1937), în atomii de diferite substanțe, electronii se mișcă în jurul nucleului pe anumite orbite energetice. Fiecărei orbite îi corespunde o anumită valoare a energiei electronilor. În starea normală, neexcitată, electronii unui atom ocupă niveluri de energie inferioare. Ele pot absorbi doar radiațiile care cad asupra lor. Ca rezultat al interacțiunii cu radiația, un atom dobândește o cantitate suplimentară de energie, iar apoi unul sau mai mulți electroni ai săi merg pe orbite departe de nucleu, adică la niveluri de energie mai înalte. În astfel de cazuri, se spune că atomul a intrat într-o stare excitată. Absorbția de energie are loc în porțiuni strict definite - cuante. Cantitatea în exces de energie primită de atom nu poate rămâne în el la infinit - atomul caută să scape de excesul de energie.

Un atom excitat în anumite condiții va oferi energiei primite în aceleași porțiuni strict definite, în acest proces, electronii săi revin la nivelurile lor de energie anterioare. În acest caz, se formează cuante de lumină (fotoni), a căror energie este egală cu diferența de energie dintre cele două niveluri. Are loc o emisie spontană sau spontană de energie. Atomii excitați sunt capabili să radieze nu numai pe cont propriu, ci și sub acțiunea radiației incidente asupra lor, în timp ce cuantumul emis și cel care l-a „produs” sunt similare între ele. Ca rezultat, indusul (cauzat) are aceeași lungime de undă ca și unda care a provocat-o. Probabilitatea de emisie indusă va crește odată cu creșterea numărului de electroni care au trecut la nivelurile superioare de energie. Există așa-numitele sisteme inverse de atomi, unde acumularea de electroni are loc în principal la niveluri de energie mai ridicate. În ele, procesele de emisie a cuantelor prevalează asupra proceselor de absorbție.

Sistemele inverse sunt folosite la crearea generatoarelor cuantice optice - lasere. Un astfel de mediu activ este plasat într-un rezonator optic format din două oglinzi paralele de înaltă calitate plasate pe ambele părți ale mediului activ. Quantele de radiație care au căzut în acest mediu, fiind reflectate în mod repetat de oglinzi, traversează mediul activ de nenumărate ori. În acest caz, fiecare cuantă provoacă apariția uneia sau mai multor cuante din aceeași cuante datorită emisiei de atomi aflați la niveluri superioare.

Să luăm în considerare principiul de funcționare a unui laser pe un cristal de rubin. Rubinul este un mineral natural cu o structură cristalină, excepțional de dur (aproape ca un diamant). Cristalele exterioare de rubin sunt foarte frumoase. Culoarea lor depinde de conținutul de crom și are diferite nuanțe: de la roz deschis la roșu închis. Conform structurii chimice, rubinul este oxid de aluminiu cu un amestec (0,5%) de crom. Atomii de crom sunt substanța activă a cristalului de rubin. Ele sunt amplificatoarele undelor de lumină vizibilă și sursa de radiație laser. Starea energetică posibilă a ionilor de crom poate fi reprezentată ca trei niveluri (I, II și III). Pentru a activa rubinul și a aduce atomii de crom într-o stare „de lucru”, o lampă spirală este înfășurată în jurul cristalului - o pompă care funcționează în modul pulsat și dă o emisie puternică de lumină verde. Aceste cuante „verzi” sunt absorbite imediat de electronii de crom la nivelul energetic inferior (I). Electronii excitați au suficientă energie absorbită pentru a trece la nivelul de energie superior (III). Electronii atomilor de crom pot reveni la starea fundamentală fie direct de la al treilea nivel la primul, fie printr-un nivel intermediar (II). Probabilitatea trecerii lor la al doilea nivel este mai mare decât la primul.

Cea mai mare parte a energiei absorbite trece la nivelul intermediar (II). În prezența unei radiații excitante intense suficiente, este posibil să se obțină mai mulți electroni în al doilea nivel decât sunt lăsați la nivelul solului. Dacă acum iluminăm cristalul de rubin activat cu lumină roșie slabă (acest foton corespunde tranziției de la starea fundamentală II la starea fundamentală I), atunci quanta „roșie” va împinge, așa cum ar fi, ionii de crom excitați și vor trece de la al doilea nivel de energie la primul. Rubinul va emite lumină roșie. Deoarece un cristal de rubin este o tijă, ale cărei suprafețe de capăt sunt realizate sub forma a două oglinzi reflectorizante, apoi reflectate de la capetele rubinului, valul „roșu” va trece din nou prin cristal și pe drum va de fiecare dată implică în procesul de radiație un număr tot mai mare de noi particule situate la al doilea nivel energetic. Astfel, într-un cristal de rubin, se acumulează continuu energia luminoasă, care iese prin granițele sale printr-una dintre suprafețele de capăt translucide ale oglinzii sub forma unui fascicul roșu sfârâit, care este de un milion de ori mai strălucitor decât fasciculul Soarelui.

Pe lângă rubin, vor fi folosite și alte cristale ca substanță activă, de exemplu, lasere cu stare solidă pe medii solide luminiscente (cristale dielectrice și ochelari), lasere cu gaz (substanța activă este un gaz - un amestec de argon și oxigen , heliu și neon, monoxid de carbon), lasere pe bază de coloranți, lasere chimice, lasere semiconductoare.

În funcție de dispozitivul laserului, radiația acestuia poate apărea sub formă de impulsuri individuale rapide fulgerătoare („împușcări”) sau continuu. Prin urmare, se face o distincție între laserele pulsate și cele continue. Laserele rubin aparțin primelor, iar laserele cu gaz celor din urmă. Laserele cu semiconductori pot funcționa atât în modul pulsat, cât și în modul continuu.

Radiația laser are propriile sale caracteristici. Acestea sunt coerența, monocromaticitatea și directivitatea.

Monocromatic -înseamnă o singură culoare. Datorită acestei proprietăți, fasciculul laser este o vibrație de o lungime de undă, de exemplu, lumina soarelui obișnuită este un spectru larg de radiații, constând din unde de diferite lungimi de undă și culori diferite. Laserele au propria lor lungime de undă strict definită. Radiația unui laser heliu-neon este roșie, argon - verde, heliu-cadmiu - albastru, neodim - invizibil (infraroșu).

Monocromaticitatea luminii laser îi conferă o proprietate unică. Este derutant faptul că un fascicul laser cu o anumită energie poate pătrunde într-o placă de oțel, dar aproape că nu lasă nicio urmă pe pielea umană. Acest lucru se datorează selectivității acțiunii radiației laser. Culoarea laserului provoacă modificări numai în mediul care o absoarbe, iar gradul de absorbție depinde de proprietățile optice ale materialului. De obicei, fiecare material absoarbe maxim radiația de doar o anumită lungime de undă.

Efectul selectiv al fasciculelor laser este demonstrat în mod clar de experimentul cu balonul dublu. Dacă puneți un balon de cauciuc verde în interiorul unui balon de cauciuc incolor, obțineți un balon dublu. Când împușcați cu un laser rubin, numai carcasa interioară (verde) a mingii este ruptă, ceea ce absoarbe bine radiația laser roșu. Bila exterioară transparentă rămâne intactă.

Lumina roșie a laserului rubin este absorbită intens de plantele verzi, distrugându-le țesuturile. Dimpotrivă, radiația verde a unui laser cu argon este slab absorbită de frunzele plantei, dar este absorbită activ de celulele roșii din sânge (eritrocite) și le deteriorează rapid.

A doua trăsătură distinctivă a radiației laser este ea coerenţă. Coerență, tradus din engleză (coerență), înseamnă conexiune, consecvență. Și asta înseamnă că în diferite puncte din spațiu în același timp sau în același punct în diferite perioade de timp, vibrațiile luminoase sunt coordonate între ele. În sursele obișnuite de lumină, cuantele de lumină sunt eliberate aleatoriu, haotic, inconsecvent, adică incoerent. Într-un laser, radiația este forțată în natură, astfel încât generarea de fotoni are loc într-o manieră coordonată atât în direcție, cât și în fază. Coerența radiației laser determină directivitatea sa strictă - propagarea fluxului de lumină printr-un fascicul îngust într-un unghi foarte mic. Pentru lumina laser, unghiul de divergență poate fi mai mic de 0,01 minute, ceea ce înseamnă că fasciculele laser se propagă aproape paralel. Dacă un fascicul laser albastru-verde este îndreptat către suprafața Lunii, care este situată la o distanță de 400.000 km. De la Pământ, diametrul punctului de lumină de pe Lună nu va fi mai mare de 3 km. Adica la o distanta de 130 km. Raza laser diverge cu mai puțin de 1 m. Folosind telescoape, raza laser a putut fi văzută la o distanță de 0,1 an lumină (1 an lumină = 10 până la al 13-lea km).

Dacă încercăm să concentrăm lumina unui bec obișnuit cu ajutorul unei lentile convergente. Nu vom putea obține un punct punctat. Acest lucru se datorează faptului că puterea de refracție a undelor de lungimi diferite care alcătuiesc lumina este diferită, iar razele undelor cu aceeași lungime sunt colectate într-un focar separat. Prin urmare, locul este neclar. Proprietatea unică a radiației laser (monocromaticitate și divergență scăzută) face posibilă focalizarea acesteia pe o zonă foarte mică folosind un sistem de lentile. Această zonă poate fi redusă astfel încât să fie egală ca mărime cu lungimea de undă a luminii focalizate. Astfel, pentru un laser rubin, cel mai mic diametru al spotului luminos este de aproximativ 0,7 μm. În acest fel, se poate genera o densitate de radiație extrem de mare. Adică să concentrăm energia cât mai mult posibil. Un laser cu o energie de 100 de jouli dă aceleași fulgere ca un bec electric de 100 de wați atunci când este ars pentru o zi. Cu toate acestea, blițul laser durează milioane de secunde și, în consecință, aceeași energie este comprimată de un milion de ori. De aceea, într-un interval spectral îngust, luminozitatea unui fulger de lasere puternice poate depăși luminozitatea Soarelui cu un factor de miliarde. Cu ajutorul laserelor, este posibil să se obțină o densitate de energie de radiație de aproximativ 10 până la a 15-a putere de wați pe metru pătrat, în timp ce densitatea de radiație a Soarelui este de doar aproximativ 10 până la a 7-a putere de wați pe metru pătrat. Datorită unei densități atât de uriașe de energie în punctul de focalizare a fasciculului, orice substanță se evaporă instantaneu.

În procesul de fabricație, testare și exploatare a produselor laser, factorii fizici, chimici și psihofiziologici periculoși și nocivi pot afecta personalul de exploatare.

Factorii fizici includ:

· Radiația laser (directă, împrăștiată, speculară sau reflectată difuz);
· Tensiune ridicată în circuitele de comandă și sursele de alimentare ale laserului (instalații laser);
· Nivel crescut de radiație ultravioletă de la lămpile cu pompă în impulsuri sau tuburile cu descărcare de cuarț în zona de lucru;
· Strălucire crescută a luminii de la lămpile cu pompă cu impulsuri și zona de interacțiune a radiației laser cu materialul țintă;
· Zgomot și vibrații crescute la locul de muncă, rezultate din funcționarea laserului (unitatea laser);
· Nivel crescut de radiație ionizantă cu raze X din tuburile cu descărcare în gaz și alte elemente care funcționează la o tensiune anodică mai mare de 5 kV;
· Nivel crescut de radiație electromagnetică a intervalelor de HF și microunde în zona de lucru;
· Nivel crescut de radiații infraroșii în zona de lucru;
· Creșterea temperaturii suprafețelor echipamentelor;
· Explozivitatea în sistemele de pompare cu laser;
· Posibilitatea de explozii și incendii atunci când radiația laser lovește materiale combustibile.

Factorii chimici includ:

· Poluarea aerului din zona de lucru prin produse ale interacțiunii radiațiilor laser cu ținta și radioliza aerului (ozon, oxizi de azot etc.);
· Gaze și vapori toxici din sistemele laser cu pompare a agentului frigorific etc.

Factorii psihofiziologici sunt:

Monotonie, hipokinezie, tensiune emoțională, disconfort psihologic;
Sarcini locale pe mușchii și mâinile antebrațului; intensitatea funcțiilor analizorului (viziunea, auzul).