Вопрос 16 Влияние лазерного излучения на человека

В отличие от вакуумных электронных приборов СВЧ, где электроны являются свободными и процессы их взаимодействия описываются классической механикой, квантовые приборы отличаются рядом особенностей от своих классических собратьев. Принцип действия квантовых приборов объясняется на основе положений квантовой механики. Оптические и микроволновые квантовые генераторы особенно в зарубежной литературе называются соответственно «лазерами» и «мазерами» (по первым буквам английских названий):

Следовательно, мазеры — квантовые усилители и генераторы, работающие в сантиметровом и миллиметровом диапазонах длин волн, а лазеры — квантовые приборы, работающие в оптическом диапазоне от дальней области инфракрасного излучения до вакуумного ультрафиолета, включая видимый диапазон. Принцип работы этих квантовых приборов одинаков, за исключением конструктивных особенностей, обусловленных различием. техники, применяемой на отдельных участках электромагнитного спектра.

В отличие от всех известных оптических источников, излучение лазеров обладает чрезвычайно высокой интенсивностью. Мощность твердотельного оптического квантового генератора (ОКГ) может достигать 10¹² Вт. При фокусировке это излучение можно сконцентрировать в малом пятне. Из оптики известно, что минимальный радиус пятна r_s при фокусировке пропорционален длине волныПредположим, что мкм. Учитывая,

что на практике получить теоретический предел довольно трудно из-за несовершенства оптических систем, примем Тогда интенсивность излучения составит

(3.1)

Таким образом, плотность мощности лазерного излучения может достигать чрезвычайно высоких значений порядка и более.

При воздействии такого излучения на вещество развиваются чрезвычайно высокие температуры порядка

К и выше.

Лазерное излучение, обладая чрезвычайно высокой интенсивностью, позволяет получать высокие значения электрической напряженности в потоке. Эти значения сравнимы с внутриатомными полями. Максимальное значение электромагнитной связи электрона с протоном было определено у водорода:

(3.2) где е — заряд электрона; — радиус электронной орбиты.

При см величина

Как известно, интенсивность поля (плотность мощности) связана с напряженностью электрического поля Е соотношением

(3.3)

где — диэлектрическая проницаемость вакуума; с — скорость света.

Лазерное излучение дает возможность относительно просто варьировать мощность лучевого потока, изменять направление его распространения с помощью фокусирующих линз, внешних коллиматоров, отражающих зеркал или специальных устройств. В настоящее время разработано значительное число методов и устройств, позволяющих производить модуляцию с использованием эффектов Фарадея, Керра, Покельса и других явлений.

Свойства лазеров позволяют получить необычайно высокое значение яркости излучения. Яркость лазерного ис-точника на много порядков превышает яркость Солнца и мощность искусственных источников спонтанного оптического излучения.

Лазерные системы, являясь продуктом созидательной деятельности человека, помимо широчайшего научно-технического и промышленного применения имеют чрезвычайно разнообразное применение в медицине, биологии, биотехнологии, генной инженерии и т.п. Воздействие лазерного излучения на человека, живой организм, живую клетку многолико и противоречиво. С одной стороны, осторожное, продуманное использование лазерного излучения дает возможность получить много нового, неожиданного, полезного. В настоящее время лазерное излучение используется и как хирургический нож для удаления злокачественных опухолей и других образований, и как тонкий инструмент в микрохирургии глаза, и как целительный луч для лечения самых разнообразных заболеваний сердца, печени, вегетативно-сосудистой системы, пищеварительного тракта и т. д.

С другой стороны, лазерное излучение представляет определенную опасность при неосторожном и неумелом его использовании. Даже работа с маломощным лазером представляет опасность прежде всего для глаз. При более мощном излучении могут быть получены долго незаживающие ожоги кожи. При соответствующих мерах безопасности и правильной оценке степени риска работа с лазерными источниками может быть сведена до такого же уровня, как работа с другим электротехническим оборудованием.

Человечество и все живое со дня своего рождения подвергается воздействию прежде всего электромагнитного излучения. Поэтому для человека излучения мазеров и лазеров не представляют принципиально нового вида из-

лучений, хотя и обладают рядом специфических свойств _по сравнению с другими некогерентными источниками видимого света, УФ-, инфракрасного и СВЧ-излучений. Лазерное излучение даже очень малой интенсивности при определенных условиях может сфокусироваться в глазной среде и представить опасность для сетчатки глаза, которая является светочувствительной поверхностью дна глазного яблока.

Сетчатка глаза подвержена опасности воздействия лазерного излучения в диапазоне длин волн от 0,4 мкм до 1,4 мкм. Вне этого участка падающее излучение поглощается роговой оболочкой, которая является передним прозрачным слоем глаза и может быть тоже поражена в указанном диапазоне длин волн.

Глазная линза обладает фокусирующими свойствами и вследствие этого сетчатка становится наиболее чувствительной и поражаемой областью глаза. Поток лазерного излучения, падающего на глаз, может фокусироваться на поверхности сетчатки в малое пятно, поэтому на площади фокального пятна интенсивность излучения может оказаться значительно выше, чем на роговой оболочке, т. е. на входе глаза. Например: отношение интенсивностей на входе глаза и на фокальном пятне сетчатки пропорционально , где — соответственно радиусы зрачка глаза и фокального пятна. При характерных размерах г_о«0,2 см и г_п «10 мкм, имеем . Отсюда видно, что благодаря фокусирующим свойствам глаза интенсивность на сетчатке глаза может быть увеличена примерно на четыре порядка по сравнению с интенсивностью на входе глаза. Из этого следует, что для сетчатки может оказаться губительной та интенсивность, которая совершенно не опасна для Других частей тела. Для оценки биологического воздействия лазерных излучений на сетчатку вводятся пороговые значения мощности на единицу поверхности сетчатки, вызывающие обнаруживаемые повреждения на ее поверхности. Значения этих пороговых мощностей зависят от размеров пятна, длительности импульса, длины волны падающего лазерного излучения, режимов работы лазера, угла падения лучей, расстояния до источника и других факторов.

Лазерное излучение голубой области видимого света опаснее для сетчатки, чем излучение в красной области при равенстве мощности облучения. Это объясняется дополнительным фотохимическим действием коротковолнового участка видимого диапазона. При работе с когерентными источниками УФ-диапазона следует проявлять особую осторожность, так как излучения с длиной волны менее 0,32 мкм даже при низких уровнях мощности приводят к фотоофтальмии (солнечному «ожогу»). Излучение в этой области спектра обладает кумулятивным эффектом и сразу после облучения не вызывает ощущения «песка в глазу». Болевое ощущение проявляется спустя некоторое время (несколько часов после облучения).

Излучение вызывает по-

вреждение эпителия роговой оболочки. Механизм повреждения в этом случае имеет тепловую природу в отличие от фотохимического действия УФ-излучения.

Определенную опасность для зрения представляют спонтанные излучения ламп оптической накачки, тепловое излучение поглотителей, используемых при работе мощных лазеров, газоразрядных трубок. Эти устройства необходимо учитывать с целью уменьшения влияния вредных и опасных факторов, возникающих при работе с ними.

Все аспекты воздействия лазерных излучений на зрение в настоящее время до конца не изучены и требуют дальнейших исследований.

При рассмотрении процессов воздействия лазерного излучения на кожный покров прежде всего необходимо учитывать длину волны и мощность падающего излучения и пигментацию кожи. Чем выше пигментация кожи в видимом диапазоне, тем меньше ее отражательная способность. Однако при больших уровнях мощности и длинах волн более 2 мкм и менее 0,3 мкм пигментация кожи большой роли не играет. В средней и дальней областях инфракрасного диапазона кожный покров сильно поглощает излучение, так как клетки кожного покрова содержат более 60% воды, которая является широкополосным поглотителем.

Особую опасность для кожного покрова представляет излучение СО₂-лазеров по следующим причинам:

• на длине волны 10,6 мкм коэффициент поглощения кожного покрова очень высок и падающее излучение почти целиком поглощается в очень тонком слое, что усиливает эффект ожога;

• излучение на этой длине волны невидимое (без специальных мер визуализации), что усиливает степень риска при работе;

• этот тип лазеров очень распространен и имеет значительные мощности, что требует особых мер безопасности.

При воздействии мощных коротких импульсов на кожный покров могут возникать ударные волны, вызывающие смещение и повреждение органов.

Поиск по сайту: