За режимом роботи лазери підрозділяються на безупинної дії й імпульсні. Зараз отримано лазерне випромінювання в діапазоні від 0,6 мм (субміліметрові) до 1 мкм, що входить в області ІЧ, видиму УФ. Уже з’явилися повідомлення про створення лазерів у діапазоні рентгенівського (6 нм – 0,01 нм) і ведуться роботи зі створення лазерів в області гамма-випромінювання (0,01–0,0005 нм). Лазерне випромінювання в цих діапазонах крім монохроматичності, когерентності, гострої спрямованості і високої густини потужності буде мати і високу проникаючу здатність.
Випромінювання
Влив лазерного випромінювання на організм людини. Під біологічною дією розуміють сукупність структурних, функціональних і біохімічних змін, що виникають у живому організмі. ЛВ впливають на весь організм – шкіру, внутрішні органи, але особливо небезпечне для зору. Результат впливу ЛВ визначається як фізіологічними властивостями окремих тканин (відбиваючою і поглинаючою здатністю, теплоємністю, акустичними і механічними властивостями), так і характеристиками ЛВ (енергія в імпульсі, щільність потужності, довжина хвилі, тривалість дії, площа опромінювання). Тому що біологічні тканини мають різні характеристики поглинання, ЛВ діє вибірково на різні органи.
При дії лазерного випромінювання на біологічні об’єкті розрізняють термічний та ударний ефекти.
Термічний ефект. Ураження ЛВ подібне до теплового опіку: відбувається омертвляння тканин у результаті опіку. Для ЛВ характерні різкі границі уражених ділянок і можливість концентрації енергії в глибоких шарах тканини. На характер ушкодження сильно впливає ступінь природного пофарбування (пігментації), мікроструктура і щільність тканин. Максимальному ураженню піддаються тканини, що містять безбарвну речовину – меланин (пігмент шкіри), який поглинає λmax= 0,5 – 0,55 мкм, тобто в діапазоні випромінювань найбільш розповсюджених ЛВ. Специфічне фарбування печінки і селезінки призводить до того, що їх λmax = 0,48 і 0,51 мкм – характерні частоти аргонових ЛВ (синьо-зелене забарвлення). Залежність ступеня ураження від потужності випромінювання близька до лінійного. Для ЛВ із λ = 0,48–10,6 мкм гранична щільність лазерної енергії для біологічної тканини дорівнює 50 Дж/см2.
Прояв теплової дії: від опікових міхурів і випаровування поверхневих шарів до ураження внутрішніх органів. Ступінь ураження поверхні тіла залежить від того, сфокусоване чи не сфокусоване випромінювання. Для внутрішніх органів фокусування ЛВ має менше значення.
Тепловий ефект ЛВ характерний у випадку безупинного режиму роботи.
Ударний ефект. Причиною багатьох видів ураження ЛВ є ударні хвилі. Різке підвищення тиску поширюється спочатку з надзвуковою швидкістю, а потім сповільнюється. Ударна хвиля може виникнути як на поверхні тіла, так і у внутрішніх органах. Поширення ударної хвилі в організмі призводить до руйнування внутрішніх органів без будь-яких зовнішніх проявів. Взаємодія ЛВ з біологічною тканиною, крім ударної хвилі, призводить до появи УЗ хвиль (2 · 104 – 1013 Гц), що викликають кавітаційні процеси і руйнування тканин. Ударний ефект характерний для імпульсного режиму роботи ОКГ.
Вплив ЛВ невеликої інтенсивності призводить до різних функціональних зрушень у серцево-судинній системі, ендокринних залозах, центральній нервовій системі. З’являється стомлюваність, великі стрибки артеріального тиску, головні болі та ін.
З локальних дій найбільше небезпечне ЛВ для очей. Для λ < 0,4 мкм і λ > 1,4 мкм ЛВ являє небезпеку для рогівки очей і шкіри, а у значеннях λ = 0,4 – 1,4 мкм – для сітківки ока. Кришталик ока діє, як додаткова фокусуюча оптика, що підвищує концентрацію енергії на сітківці. Це значно (у 5–10 разів) знижує максимально припустимий рівень опромінювання для зіниці ока.
Нормування лазерного випромінювання. Нормування лазерного випромінювання здійснюється згідно санітарних норм і правила СНиП 5804-91. За нормативами для проектування лазерної техніки має бути діючим принцип відсутності впливу на людину прямого, дзеркального та дифузного випромінювання.
Згідно нормативам лазерне устаткування за ступенем небезпеки розділяється на 4 класи:
1 клас – повністю безпечні лазери, які не мають шкідливої дії на очі та шкіру;
2 клас – мають небезпеку для очей та шкіри у випадку дії колімірованим (прямим), тобто замкнутим у малому куті розповсюдження пучком; однак, дзеркальне або дифузне випромінювання таких лазерів безпечне для людини;
3 клас – це лазери, які діють у видимій межі спектру і являють небезпеку як для очей (прямим і дзеркальним випромінюванням на відстані 10 см від відбиваючої поверхні), так і шкіри (тільки прямий пучок);
4 клас – найбільш потужні лазери, які небезпечні при дифузному випромінюванні для очей і шкіри на відстані 10 см від дифузно відбиваючої поверхні.
Згідно СНиП 5804-91 регламентуються гранично допустимі рівні (ГДР) для кожного режиму роботи лазера і його спектрального діапазону і встановлюється для двох умов – одночасного та хронічного (того, що систематично повторюється) опромінювання. Граничні значення щільність потоку нормується на шкірі, сітківці, рогівці. Наприклад, відповідно до санітарних норм, під час роботи з ОКГ ГДР випромінювання для очей є енергія W (Дж), яка нормується в залежності від довжини хвилі і тривалості впливу (таблиця 15).
Таблиця 15
Гранично допустимі дози у випадку однократного впливу
На очі колімірованого (прямого) лазерного випромінювання
|
Довжина хвилі λ, нм |
Тривалість впливу t, с |
WГДР, Дж |
|
380< λ <600 |
T≤2,3·10-11 |
|
|
2,3·10-11<t≤5·10-5 |
8·10-8 |
|
|
5·10-5<t≤1 |
5,9·10-5 |
|
|
600< λ <750 |
T≤6,5·10-11 |
|
|
6,5·10-11<t≤5·10-5 |
1,6·10-7 |
|
|
5·10-5<t≤1 |
1,2·10-4 |
|
|
750< λ <1000 |
T≤2,5·10-10 |
|
|
2,5·10-10<t≤5·10-5 |
4·10-7 |
|
|
5·10-5<t≤1 |
3·10-4 |
|
|
1000< λ <1400 |
T≤10-9 |
|
|
10-9<t≤5·10-5 |
10-6 |
|
|
5·10-5<t≤1 |
7,4·10-4 |
Примітки: 1. Тривалість впливу менше 1 с.
2. Діаметр обмежуючої апертура 7·10-3 м.
Захист від негативного впливу ЛВ. Крім дії лазерного променя (прямого, дзеркально та дифузно відбитого) експлуатація ОКГ супроводжується комплексом інших шкідливих та небезпечних факторів:
1 – висока напруга зарядних пристроїв, що живлять батарею конденсаторів великої ємності;
2 – забруднення повітряного середовища хімічними речовинами, що утворюються під час накачування (озон, оксид азоту) та під час випаровування матеріалу мішені (оксид вуглецю, оксиди металів і ін.);
3 – УФ випромінювання імпульсних ламп і газорозрядних трубок (супутнє випромінювання);
4 – світлове випромінювання під час роботи ламп розжарювання;
5 – рентгенівське випромінювання (супутнє вторинне);
6 – утворення часток високих енергій під час опромінення мішені ЛВ;
7 – іонізуюче випромінювання, використовуване для накачування;
8 – ЕМП, що утворюються під час роботи генераторів ВЧ, УВЧ;
9 – шуми при роботі механічних затворів, насосів, шум ударних хвиль;
10 – токсичні рідини (робоче тіло в рідинних ОКГ), наприклад, оксиди хлору, фосфору та ін.
Реферати :
Читати далі