Лазерные излучения, их роль в процессах жизнедеятельности

Лазерные излучения, их роль в процессах жизнедеятельности

В связи с широким применением  лазерных источников излучения в  научных исследованиях, промышленности, медицинский связи и др. возникает необходимость сохранения здоровья людей эксплуатирующих различные лазерные установки.

Лазер источник когерентного излучения, то есть согласованого во времени и пространстве движения фотонов в виде выделенного луча. Световая интенсивность лазерного луча в точке может быть больше, чем интенсивность Солнца. В соответствии с использованием различных материалов в качестве активной среды лазеры подразделяют на твердотелые, газовые, полупроводниковые, жидкостные на красителях, химические.

Действие излучения лазеров  представляет опасность больше всего  для органов зрения и кожного  покрова. Характер воздействия на зрительный аппарат и степень поражающего  действия лазера зависят от плотности  энергии излучения, длины волны  излучения (импульсное или непрерывное). Характер повреждения кожи зависит  от цвета кожи, например пигментированная кожа значительно сильнее поглощает лазерное излучение, чем не пигментированная. Светлая кожа отражает до 40 % падающего на нее излучения. При действии лазерного излучения обнаружен ряд нежелательных изменений со стороны органов дыхания, пищеварения, сердечнососудистой и эндокринной систем. В некоторых случаях эти общие клинические симптомы носят довольно стойкий характер, являясь результатом влияния на нервную систему.

Рассмотрим действие наиболее биологически опасных спектральных диапазонов лазерного облучения. В  инфракрасной области энергия наиболее «коротких» волн (0,7—1,3 мкм) может проникать  на сравнительно большую глубину  в кожу и прозрачные среды глаза. Глубина проникновения зависит  от длины волны падающего излучения. Участок высокой прозрачности на длинах волн от 0,75 до 1,3 мкм имеет  максимум прозрачности в районе 1,1 мкм. На этой длине волны 20 % энергии, падающей на поверхностный слой кожи, проникает  в кожу на глубину до 5 мм. При этом в сильно пигментированной коже глубина  проникновения может быть еще  больше. И тем не менее кожа человека достаточно хорошо противодействует инфракрасному излучению, так как она способна рассеивать тепло благодаря кровообращению и понижать температуру ткани вследствие испарения влаги с поверхности.

Значительно труднее от инфракрасного  облучения защитить глаза, в них  тепло практически не рассеивается, и хрусталик, фокусирующий излучение  на сетчатке, усиливает эффект биологического воздействия. Все это заставляет при работе с лазерами особое внимание обращать на защиту глаз. Роговая оболочка глаза прозрачна для излучения  в интервале длин волн 0,75—1,3 мкм  и становится практически непрозрачной только для длин волн более 2 мкм.

Степень теплового поражения  роговицы зависит от поглощенной  дозы облучения, причем травмируется главным  образом поверхностный, тонкий слой. Если в интервале волн 1,2—1,7 мкм  величина энергии облучения превышает  минимальную дозу облучения то может произойти полное разрушение защитного эпительного слоя. Ясно, что подобное перерождение тканей в области, положенной непосредственно за зрачком, серьезно сказывается на состоянии органа зрения.

Радужная оболочка, отличающаяся высокой степенью пигментации, поглощает  излучение практически всего  инфракрасного диапазона. Особенно сильно подвержена она действию излучения длиной волны 0,8—1,3 мкм, поскольку излучение почти не задерживается роговицей и водянистой жидкостью передней камеры глаза.

Минимальной величиной плотности  энергии облучения в интервале  волн 0,8—1,1 мкм, способной вызвать  поражение радужной оболочки, считают 4,2 Дж/см2. Одновременное поражение росовой и радужной оболочек всегда носит острый характер, а поэтому оно наиболее опасно.

Поглощение средами глаза  энергии излучения в инфракрасной области, падающей на роговую оболочку, растет с увеличением длины волны. При длинах волн 1,4—1,9 мкм роговица и передняя камера глаза поглощают  практически все падающее излучение, а при длинах волн выше 1,9 мкм роговица становится единственным поглотителем энергии излучения.

Развитие лазерной техники  заставило начать проводить исследования по определению предельно допустимых уровней облучения лазера.

 Воздействие лазерного  излучения на кожу человека  является в основном тепловым. В качестве ориентировочной безопасной  дозы для кожи рекомендуется  считать плотность мощности 100 мВт/см2. Механизм теплового воздействия хорошо изучен. Несколько сложнее установить предельно допустимые уровни лазерного облучения глаз. Широкое использование лазеров с выходными параметрами, значительно отличающимися от параметров природных источников света, создает опасность для органа зрения человека.

При оценке допустимых уровней  лазерной энергии необходимо учитывать  суммарный эффект, производимый на прозрачные среды глаза, сетчатку и  сосудистую оболочку. Оценим действие лазерного излучения на сетчатую оболочку глаза.

Размер зрачка в значительной мере определяет количество энергии  излучения, попадающей в глаз и, следовательно, достигающей сетчатки. Для глаза, адаптированного к темноте, диаметр  зрачка колеблется от 2 до 8 мм; при дневном  свете — 2—3 мм, при взгляде на Солнце зрачок сужается до 1,6 мм в диаметре. Величина Поступающей внутрь световой энергии пропорциональна площади  зрачка. Следовательно, суженный зрачок пропускает свето» поток в 15—25 раз меньше, чем зрачок расширенный. Площадь изображения источника излучения на сетчатке зависит от его v Ь лового размера, определяемого в основном расстоянием до исто ника. Для большинства неточечных источников размер изображения на сетчатке вычисляется по законам геометрической оптики зная эффективное фокусное расстояние нормального расслабленного глаза , можно найти размер изображения источника лазерного излучения на сетчатке в том случае, если известны расстояние до источника и линейный размер источника излучения.

Прогнозируя возможность  опасности лазерного облучения, необходимо учитывать:

 • тип лазера и  опасность, которую могут представлять  его отдельные узлы;

 • атмосферные условия  (количество водяных паров в  воздухе, степень его чистоты);

 • наличие средств  защиты, а также индивидуальные  особенности человека, который может  подвергаться облучению.

Отметим, что только излучение  с длиной волны 0,4—1,4 мкм может  проникать через внешние слои глаза и достигать сетчатки.

Для защиты глаз от лазерного  излучения с низкой энергией предлагаются многослойные фильтры с пропусканием световой энергии порядка 105 Вт/см2 в зоне высокого отражения и более 0,8 Вт/см2 в прозрачной зоне. В настоящее время созданы защитные очки, представляющие собой набор фильтров с различными значениями коэффициентов поглощения. Величина коэффициента поглощения для данного фильтра выбирается с таким расчетом, чтобы не происходило его разрушение, и уровень прошедшего через него излучения оказывался таким, чтобы последующий фильтр также не разрушался.

Однако даже при резком возрастании мощности когерентного светового излучения, при котором  может произойти растрескивание первого фильтра, он продолжает эффективно поглощать световое излучение. Для  вывода каждого фильтра из строя  необходимо полное их разрушение.

Комбинируя наборы различных  фильтров, можно создавать защитные очки для разных длин волн. Наряду с  защитными очк ми (светофильтрами) обслуживающему персоналу рекомендуется применять специальные (диффузные) экраны. Для защиты рук рекомендуется использовать кожаные перчатки.

При работе с лазерами могут  быть три варианта поражения лазерным излучением, которые должны приниматься  во внимание при разработке мероприятий  по технике безопасности:

1) прямое воздействие  излучения, при этом уровни  плотности энергии, вызывающие  тяжелые последствия, сравнительно  невелики;

2) зеркальное отражение  луча, являющееся не менее опасным  для органа зрения;

3) диффузно рассеянное  отражение лазерного луча от  стен, поверхностей приборов и  т. д.

Значения плотностей энергии  лазерного излучения зависят  от отражающих свойств материалов объектов, которые могут находиться на пути лазерного луча. В повседневной работе с лазерами, особенно в закрытых помещениях, наибольшее значение приобретает  отраженное лазерное излучение. Плотность  энергии в этом случае может быть выше порога поражения сетчатки глаза  и превышать безопасные уровни на несколько порядков. При этом надо Иметь в виду, что зеркально отраженный луч может многократно Сражаться от разных объектов.

Опасность воздействия излучения  лазеров на глаза людей может быть уменьшена путем экранирования устройств квантовой электроники, рациональным расположением рабочих мест, мерами личной безопасности.

Для защиты обслуживающего персонала от лазерного излучения  проводят мероприятия по технике  безопасности, которые подразделяются на организационно-технические и индивидуальные.