Лазерное излучение

ЛАЗЕРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ — вынужденное (посредством лазера) испускание атомами вещества порций-квантов электромагнитного излучения. Слово "лазер" — аббревиатура, образованная из начальных букв английской фразы Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (усиление света с помощью индуцированного излучения). Следовательно, лазер (оптический квантовый генератор) — это генератор электромагнитного излучения оптического диапазона, основанный на использовании вынужденного (стимулированного) излучения. Лазерная установка включает активную (лазерную) среду с оптическим резонатором, источник энергии ее возбуждения и, как правило, систему охлаждения. За счет монохроматичности лазерного луча и его малой расходимости (высокой степени коллиминированности) создаются исключительно высокие энергетические экспозиции, позволяющие получить локальный термоэффект. Это является основанием для использования лазерных установок при обработке материалов (резание, сверление, поверхностная закалка и др.), в хирургии и т. д.

Л. и. способно распространяться на значительные расстояния и отражаться от границы раздела двух сред, что позволяет применять это свойство для целей локации, навигации, связи и т. д. Путем подбора тех или иных веществ в качестве активной среды лазер может индуцировать излучение практически на всех длинах волн, начиная с ультрафиолетовых и кончая длинноволновыми инфракрасными. Наибольшее распространение в промышленности получили лазеры, генерирующие электромагнитные излучения с длиной волны 0,33; 0,49; 0,63; 0,69; 1,06; 10,6 мкм.

Основные физические величины, характеризующие Л. и.:

· длина волны, мкм;

· энергетическая освещенность (плотность мощности), Вт/см2, — отношение потока излучения, падающего на рассматриваемый небольшой участок поверхности, к площади этого участка;

· энергетическая экспозиция, Дж/см2, — отношение энергии излучения, определяемой на рассматриваемом участке поверхности, к площади этого участка;

· длительность импульса, с;

· длительность воздействия, с, — срок воздействия Л. и. на человека в течение рабочей смены;

· частота повторения импульсов, Гц, — количество импульсов за 1 с.

Воздействие на человека (при работе с лазерными установками) оказывают прямое (непосредственно из лазера), рассеянное и отраженное излучения. Степень неблагоприятного воздействия зависит от параметров Л. и., прежде всего от длины волны, мощности (энергии) излучения, длительности воздействия, частоты следования импульсов, а также от размеров облучаемой области ("размерный эффект") и анатомо-физиологических особенностей облучаемой ткани (глаза, кожа). Энергия Л. и., поглощенная тканями, преобразуется в др. виды энергии: тепловую, механическую, энергию фотохимических процессов, что может вызывать ряд эффектов: тепловой, ударный, светового давления и пр.

В настоящее время доказано, что на месте воздействия луча лазера возникает первичный биологический эффект — ожог с резким повышением температуры. Локальное повышение температуры приводит к вскипанию тканевой, межтканевой и клеточной жидкости, образованию пара и огромному давлению. Последующий взрыв и ударная волна распространяются на окружающие ткани, вызывая их гибель.

Л. и. представляет опасность для глаз. Могут быть поражены сетчатка, роговица, радужка, хрусталик. Короткие импульсы (0,1—10…14 с), которые генерируют лазеры, способны вызвать повреждения за значительно более короткий промежуток времени, чем тот, который необходим для срабатывания защитных физиологических механизмов (мигательный рефлекс 0,1 с). Отражающая способность кожного покрова в видимой области спектра высокая. Л. и. дальней инфракрасной области начинает сильно поглощаться кожей, возникает опасность ожогов. Данные исследований свидетельствуют о том, что Л. и. видимой области спектра вызывает сдвиги в функционировании эндокринной и иммунной систем, центральной и периферической нервной системы, белкового, углеводного и липидного обмена. Длительное хроническое действие Л. и. длиной волны 1,06 мкм вызывает вегетативно-сосудистые нарушения. Практически все исследователи, изучавшие состояние здоровья лиц, обслуживающих лазеры, подчеркивают более высокую частоту обнаружения у них астенических и вегетативно-сосудистых расстройств. Наиболее характерными у работающих с лазерами являются астения и вегето-сосудистая дистония.

Нормирование. Действующие правила устанавливают:

· предельно допустимые уровни (ПДУ) Л. и. в диапазоне волн 180—106 нм при различных условиях воздействия на человека;

· классификацию лазеров по степени опасности генерируемого ими излучения;

· требования к производственным помещениям, размещению оборудования и организации рабочих мест;

· требования к персоналу;

· контроль за состоянием производственной среды;

· требования к применению средств защиты;

· требования к медицинскому контролю.

Дозиметрия Л. и. — комплекс методов определения значений параметров Л. и. в заданной точке пространства с целью выявления степени опасности и вредности его для организма человека. Различаются: расчетная (теоретическая) дозиметрия, рассматривающая методы расчета параметров Л. и. в зоне возможного нахождения операторов и приемы вычисления степени его опасности; экспериментальная дозиметрия, рассматривающая методы и средства непосредственного измерения параметров Л. и. в заданной точке пространства. Методы дозиметрического контроля установлены в Методических указаниях для органов и учреждений санитарно-эпидемиологических служб по проведению дозиметрического контроля и гигиенической оценке лазерного излучения (№ 5309—90).

При гигиенической оценке лазерных установок требуется измерять не параметры излучения на выходе лазеров, а интенсивность облучения критических органов человека (глаза, кожа), влияющую на степень биологического действия. Эти измерения проводят в конкретных точках (зонах), в которых программой работы лазерной установки определено наличие обслуживающего персонала и в которых уровни отраженного или рассеянного Л. и. невозможно снизить до нуля. Лазерный дозиметр ИЛД-2М (ИЛД-2) обеспечивает измерение параметров Л. и. в спектральных диапазонах 0,49—1,15 мкм и 2,0—11,0 мкм, позволяет измерять энергию и энергетическую экспозицию от моноимпульсного и импульсно-периодического излучения, мощность и облученность от непрерывного Л. и. Наличие др. вредных и опасных производственных факторов в значительной степени определяется классом опасности лазера.

Защита от Л. и. осуществляется организационно-техническими, санитарно-гигиеническими и лечебно-профилактическими методами.

Организационно-технические методы:

· выбор, планировка и внутренняя отделка помещений;

· рациональное размещение лазерных установок и порядок их обслуживания;

· использование минимального уровня излучения для достижения поставленной цели;

· организация рабочего места;

· применение средств защиты;

· ограничение времени воздействия излучения;

· назначение и инструктаж лиц, ответственных за организацию и проведение работ;

· ограничение допуска к проведению работ;

· организация надзора за режимом работ;

· четкая организация противоаварийных работ и регламентация порядка ведения работ в аварийных условиях;

· обучение персонала.

Санитарно-гигиенические и лечебно-профилактические методы:

· контроль за уровнями вредных и опасных факторов на рабочих местах;

· контроль за прохождением персоналом предварительных и периодических медицинских осмотров.

Средства защиты от Л. и. должны обеспечивать предотвращение воздействия излучения или снижение его величины до уровня, не превышающего допустимого. К СКЗ от Л. и. относятся: ограждения, защитные экраны, блокировки и автоматические затворы, кожухи и др. СИЗ от Л. и. включают: защитные очки, щитки, маски и др. СКЗ должны предусматриваться на стадии проектирования и монтажа лазеров, при организации рабочих мест, при выборе эксплуатационных параметров. Выбор средств защиты должен производиться в зависимости от класса лазера, интенсивности излучения в рабочей зоне, характера выполняемой работы. Показатели защитных свойств средств защиты не должны снижаться под воздействием др. вредных и опасных факторов (вибрации, температуры и т. д.). Конструкция средств защиты должна обеспечивать возможность смены основных элементов (светофильтров, экранов, смотровых стекол и пр.). СИЗ глаз и лица (защитные очки и щитки), снижающие интенсивность Л. и. до ПДУ, должны применяться только в тех случаях (пусконаладочные, ремонтные и экспериментальные работы), когда СКЗ не обеспечивают безопасность персонала.