Лазерное излучение

Лазерное излучение является электромагнитным из­лучением, генерируемым в диапазоне длин волн = 0,2-1000 мкм. Лазеры широко применяются в микроэлект­ронике, биологии, метрологии, медицине, геодезии, связи, спектроскопии, голографии, вычислительной тех­нике, в исследованиях по термоядерному синтезу и во многих других областях науки и техники.

Лазеры бывают импульсного и непрерывного излу­чения. Импульсное излучение — с длительностью не более 0,25 с, непрерывное излучение — с длительнос­тью 0,25 с или более.

Промышленностью выпускаются твердотельные, га­зовые и жидкостные лазеры.

Лазерное излучение характеризуется монохроматич­ностью, высокой когерентностью, чрезвычайно малой энергетической расходимостью луча и высокой энерге­тической освещенностью.

Энергетическая освещенность (облученность) (Вт/ см^-2) — это отношение мощности потока излучения, па­дающего на малый участок облучаемой поверхности, к площади этого участка.

Энергетическая экспозиция (Дж/см^-2) — это отно­шение энергии излучения, падающей на рассматривае­мый участок, к площади этого участка, иначе: это про­изведение энергетической освещенности (облученности) (Вт/см^-2) на длительность облучения (с).

Энергетическая освещенность лазерного луча дости­гает 10¹²-10¹³ Вт•см^-2 и более. Этой энергии оказыва­ется достаточно для плавления и даже испарения самых тугоплавких веществ. Для сравнения укажем, что на поверхности Солнца плотность мощности излучения рав­на 10⁸ Вт • см^-2.

Лазерное излучение сопровождается мощным элект­ромагнитным полем. Лазерное излучение, безусловно, пред­ставляет опасность для человека. Наиболее опасно оно для органов зрения. Практически на всех длинах волн лазерное излучение свободно проникает внутрь глаза. Лучи света, прежде чем достигнуть сетчатки глаза, про­ходят через несколько преломляющих сред: роговую обо­лочку, хрусталик и, наконец, стекловидное тело. Наи­более чувствительна к вредному воздействию лазерного облучения сетчатка. В результате фокусирования на малых участках сетчатки могут концентрироваться плот­ности энергии в сотни и тысячи раз больше той, кото­рая падает на переднюю поверхность роговицы глаза.

Энергия лазерного излучения, поглощенная внутри гла­за, преобразуется в тепловую энергию. Нагревание может вызвать различные повреждения и разрушения глаза.

Ткани живого организма при малых и средних интенсивностях облучения почти непроницаемы для ла­зерного излучения. Поэтому поверхностные (кожные) покровы оказываются наиболее подверженными его воз­действию. Степень этого воздействия определяется, с одной стороны, параметрами самого излучения: чем выше интенсивность излучения и чем длиннее его волна, тем сильнее воздействие; с другой стороны, на исход пора­жения кожи влияет степень ее пигментации. Пигмент кожи является как бы своеобразным экраном на пути излучения в расположенные под кожей ткани и органы. При больших интенсивностях лазерного облучения возможны повреждения не только кожи, но и внутрен­них тканей и органов. Эти повреждения имеют характер отеков, кровоизлияний, омертвения тканей, а также свер­тывания или распада крови. В таких случаях поврежде­ния кожи оказываются относительно менее выраженны­ми, чем изменения во внутренних тканях, а в жировых тканях вообще не отмечено каких-либо патологических изменений.

Рассмотренные возможные вредные последствия от воз­действия лазерного излучения относятся к случаям пря­мого облучения вследствие грубых нарушений правил бе­зопасного обслуживания лазерных установок. Рассеянно или тем более концентрированно отраженное излучение малой интенсивности воздействует значительно чаще, ре­зультатом могут быть различные функциональные нару­шения в организме — в первую очередь в нервной и сер­дечно-сосудистой системах. Эти нарушения проявляются в неустойчивости артериального давления крови, повы­шенной потливости, раздражительности и т. п. Лица, ра­ботающие в условиях воздействия лазерного отраженного излучения повышенной интенсивности, жалуются на го­ловные боли, повышенную утомляемость, неспокойный сон, чувство усталости и боли в глазах. Как правило, эти неприятные ощущения проходят без специального лече­ния после упорядочения режима труда и отдыха и приня­тия соответствующих защитных профилактических мер.

Нормирование лазерного излучения осуществляется по предельно допустимым уровням облучения (ПДУ). Это уровни лазерного облучения, которые при ежеднев­ной работе не вызывают у работающих заболеваний и отклонений в состоянии здоровья.

Согласно «Санитарным нормам и правилам устрой­ства и эксплуатации лазеров» ПДУ лазерного излучения определяются энергетической экспозицией облучаемых тканей (Дж см^-2).

Лазеры по степени опасности генерируемого ими из­лучения подразделяются на четыре класса:

1 класс — выходное излучение не представляет опас­ности для глаз и кожи;

2 класс — выходное излучение представляет опасность при облучении глаз прямым или зеркально отражен­ным излучением;

3 класс — выходное излучение представляет опасность при облучении глаз прямым, зеркально отраженным, а также диффузно отраженным излучением на рас­стоянии 10 см от диффузно отражающей поверхнос­ти и (или) при облучении кожи прямым и зеркально отраженным излучением;

4 класс — выходное излучение представляет опасность при облучении кожи диффузно отраженным излуче­нием на расстоянии 10 см от диффузно отражающей поверхности.

Работа лазерных установок может сопровождаться также возникновением и других опасных и вредных производственных факторов: шум, вибрация, аэрозоли, газы, электромагнитное и ионизирующее излучения.

Меры безопасности и защита. Лазеры 3-4 класса, генерирующие излучение в ви­димом диапазоне ( = 0,4-0,75 мкм), и лазеры 2-4 класса с генерацией в ультрафиолетовом ( = 0,2-0,4 мкм) и инфракрасном диапазонах длин волн ( = 0,75 мкм и выше) должны снабжаться сигнальными устройствами, работающими с момента начала генерации до ее оконча­ния. Конструкция лазеров 4 класса должна обеспечи­ваться возможностью дистанционного управления.

Для ограничения распространения прямого лазер­ного излучения за пределы области излучения лазеры 3-4 класса должны снабжаться экранами, изготовлен­ными из огнестойкого, неплавящегося светопоглощающего материала, препятствующими распространению из­лучения.

Лазеры 4 класса должны размещаться в отдельных помещениях. Внутренняя отделка стен и потолка поме­щений должны иметь матовую поверхность. Для умень­шения диаметра зрачков необходимо обеспечить высо­кую освещенность на рабочих местах (более 150 лк).

С целью исключения опасности облучения персонала для лазеров 2-3 класса необходимо либо ограждение всей опасной зоны, либо экранирование пучка излучения. Экраны и ограждения должны изготавливать­ся из материалов с наименьшим коэффициентом отраже­ния на длине волны генерации лазера, быть огнестойкими и не выделять токсических веществ при воздействии на них лазерного излучения.

В том случае, когда коллективные средства защиты не позволяют обеспечить достаточной защиты, применя­ются средства индивидуальной защиты (СИЗ) — противолазерные очки и защитные маски.

Конструкция противолазерных очков должна обес­печивать снижение интенсивности облучения глаз ла­зерным излучением до ПДУ в соответствии с требовани­ями ГОСТ 12.4.013-75.