Лазерное излучение

     К химическим факторам относятся:

• Загрязнение воздуха рабочей зоны продуктами взаимодействия лазерного излучения с мишенью и радиолиза воздуха (озон, окислы азота и др);
• Токсические газы и пары от лазерных систем с прокачкой хладагентов и др.

       Психофизиологические факторы – это:

• Монотония, гипокинезия, эмоциональная напряженность, психологический дискомфорт;
• Локальные нагрузки на мышцы и кисти предплечья; напряженность анализаторных функций (зрение, слух).

 
 
 
 
 
 

     Таблица 1

    

Класс лазера	Выходные излучения  лазера
I	Не представляет опасности для глаз и кожи
II	Представляет  опасность при облучении глаз прямым или зеркальным отражением излучения
III	Представляет  опасность при облучении глаз прямым, зеркальным отражением излучения, а также диффузно отраженным излучением на расстоянии 10 см от диффузно отражающей поверхности и (или) при облучении кожи прямым или зеркальным отражением излучения
IV	Представляет  опасность при облучении кожи диффузно отраженным излучением на расстоянии 10 см от диффузно отражающей поверхности

 

       Наличие опасных и вредных  факторов в зависимости от  класса лазера (классы лазеров  приведены в табл. 1) приведено  в табл. 2.

     Таблица 2

    

Опасные и вредные производственные факторы	классы  лазера
	I	II	III	IV
Лазерное  излучение Прямое, зеркальное отраженное Диффузно  отраженное	- -	+ -	+ +	+ +
Повышенная  напряженность электрического поля	-(+)	+	+	+
Повышенная  запыленность и загазованность воздуха  рабочей зона	-	-	-(+)	+
Повышенный  уровень ультрафиолетовой радиации	-	-	-(+)	+
Повышенная  яркость света	-	-	-(+)	+
Повышенные  уровни шума и вибрации	-	-	-(+)	+
Повышенный  уровень ионизирующих излучений	-	-	-	+
Повышенный  уровень электромагнитных излучений  ВЧ – и СВЧ – диапазонов	-	-	-	-(+)
Повышенный  уровень инфракрасной радиации	-	-	-(+)	+
Повышенная  температура поверхностей оборудования	-	-	-(+)	+
Химические  опасные и вредные производственные факторы	При работе с токсичными веществами

 
 

Лазерное  излучение в медицине. Медицинское применение Л. и. обусловлено как термическими, так и нетермическими эффектами. В хирургии Л. и. используют в качестве «светового скальпеля». Его преимущества — стерильность и бескровность операции, а также возможность варьирования ширины разреза. Бескровность операции связана с коагуляцией белковых молекул и закупоркой сосудов по ходу луча. Этот эффект отмечается даже при операциях на таких органах, как печень, селезёнка, почки и др. По мнению ряда исследователей, послеоперационное заживление при лазерной хирургии идёт скорее, чем после применения электрокоагуляторов. К недостаткам лазерной хирургии следует отнести некоторую ограниченность движений хирурга в операционном поле даже при использовании светопроводов различной конструкции. В качестве «светового скальпеля» наиболее широко применяют СО₂-лазеры с длиной волны 10 590 Å и мощностью от нескольких вт до нескольких десятков вт.        

 В офтальмологии  с помощью лазерного луча лечат  отслоение сетчатки, разрушают внутриглазные  опухоли, формируют зрачок. На  основе рубинового лазера сконструирован офтальмокоагулятор.        

 При использовании  Л. и. в онкологии для удаления  поверхностных опухолей (до глубины  3—4 см) чаще применяют импульсные лазеры или лазеры на стекле с примесью Nd с мощностью импульса до 1500 вт. Разрушение опухоли происходит почти мгновенно и сопровождается интенсивным парообразованием и выбросом ткани из области облучения в виде султана. Чтобы предупредить разбрасывание злокачественных клеток в результате «взрывного» эффекта, применяют воздушные отсосы. Операции с применением Л. и. обеспечивают хороший косметический эффект. Перспективы использования лазерного «скальпеля» в нейрохирургии связаны с операциями на обнажённом мозге.        

 Терапия Л.  и. основана преимущественно на  нетермических эффектах и представляет  собой светотерапию с использованием в качестве источников монохроматического излучения гелий-неоновых лазеров с длиной волны 6328 Å Терапевтическое воздействие на организм осуществляется Л. и. с плотностью облучения в несколько мвт/см², что полностью исключает возможность проявления теплового эффекта. На пораженный орган или участок тела воздействуют как местно, так и через соответствующие рефлексогенные зоны и точки Л. и. применяют при лечении длительно незаживающих язв и ран; изучается возможность его применения и при др. заболеваниях (ревматоидный полиартрит, бронхиальная астма, некоторые гинекологические заболевания и т.д.). Соединение лазера с волоконной оптикой позволяет резко расширить возможности его применения в медицине. По гибкому светопроводу Л. и. достигает полостей и органов, что позволяет провести голографическое исследование   а при необходимости и облучение пораженного участка. Исследуется возможность просвечивания и фотографирования с помощью Л. и. структуры зубов, состояния сосудов и др. тканей.        

 Работа с  Л. и. требует строгого соблюдения  соответствующих правил техники  безопасности. Прежде всего необходима защита глаз. Эффективны, например, теневые защитные устройства. Следует оберегать от поражения Л. и. кожные покровы, особенно пигментированные участки. Для защиты от поражения отражённым Л. и. с возможного пути луча удаляют блестящие (зеркальные) поверхности. Предположения о возможности возникновения ионизирующего излучения при работе высокоинтенсивных лазеров не подтвердились.

Лазерное  излучение в биологии. Почти одновременно с созданием первых лазеров началось изучение биологического действия лазера и. Некоторые возможные биолого-медицинские аспекты его использования были намечены Ч. Таунсом (1962). В последующем оказалось, что возможная сфера применения Л. и. шире. Биолого-медицинские эффекты Л. и. связаны не только с высокой плотностью потока излучения и возможностью фокусировки луча на самых малых площадях, но, по-видимому, и с др. его характеристиками (монохроматичностью, длиной волны, когерентностью, степенью поляризации), а также с режимом излучения. Один из важных вопросов при использовании Л. и. в биологии и медицине — дозиметрия Л. и. Определение энергии, поглощённой единицей массы биообъекта, связано с большими трудностями. Различные ткани неодинаково поглощают и отражают Л. и. Кроме того, Л. и. в разных областях спектра оказывает не одинаковое, а подчас и антагонистическое действие на биообъект. Поэтому и невозможно ввести при оценке эффекта лазера и. коэффициент качества. Характер эффекта лазера. и. определяется прежде всего его интенсивностью, или плотностью потока излучения. В случае импульсных излучателей важны также длительность импульсов и частота их следования. Из-за избирательности поглощения Л. и. биологическая эффективность может не соответствовать энергетическим характеристикам Л. и. Условно различают термические и нетермические эффекты лазера. и.; переход от нетермических к термическим эффектам лежит в диапазоне 0,5—1 вт/см². При плотностях потока излучения, превышающих указанные, происходит поглощение Л. и. молекулами воды, что приводит к их испарению и последующей коагуляции молекул белка. Наблюдаемые при этом структурные изменения аналогичны результатам обычного термического воздействия. Однако Л. и. обеспечивает строгую локализацию поражения, чему способствует сильная обводнённость биообъекта и поглощение рассеивающейся энергии в пограничных областях, смежных с облучаемой. При импульсных термических воздействиях ввиду очень короткого времени воздействия и быстрого испарения воды наблюдается так называемый взрывной эффект: возникает султан выброса, состоящий из частиц ткани и паров воды; этому сопутствует возникновение ударной волны, воздействующей на организм в целом.         

 Л. и. с  меньшей плотностью потока излучения  вызывает в биообъекте изменения,  механизм которых не полностью  выяснен. Это сдвиг в активности  ферментов, структуре пигментов,  нуклеиновых кислот и др. важных  в биологическом отношении веществ.  Нетермические эффекты Л. и.  вызывают сложный комплекс вторичных  физиологических изменений в  организме, чему, возможно, способствуют  резонансные явления, протекающие  в биосубстрате на молекулярном уровне. Нетермические эффекты Л. и. сопровождаются реакциями со стороны нервной, кровеносной и др. систем организма. Избирательность поглощения Л. и. и возможность фокусирования луча на площадях порядка 1 мкм² особенно заинтересовали исследователей внутриклеточных структур и процессов, использующих Л. и. в качестве «скальпеля», позволяющего избирательно разрушать ядро, митохондрии или др. органеллы клетки без её гибели. Как при термических, так и при нетермических воздействиях Л. и. наиболее выраженной способностью к его поглощению обладают пигментированные ткани. Прижизненное окрашивание специфическими красителями позволяет разрушать и прозрачные для данного Л. и. структуры. В установках для внутриклеточных воздействий используют Л. и. с длиной волны как видимого спектра, так и ультрафиолетового и инфракрасного диапазонов, в непрерывном и импульсном режимах.        

 Фотографирование  биообъектов в Л. и. с целью  получения пространственного изображения  клеток и тканей стало возможным  с созданием лазерных голографических  установок для микрофотографирования.  В связи с возможностью концентрации  энергии Л. и. на очень малых  площадях открылись новые возможности  для спектрального ультрамикроанализа отдельных участков клетки, жизнедеятельность которой при этом временно сохраняется. С этой целью коротким импульсом лазера. и. вызывают испарение вещества с поверхности исследуемого объекта и в газообразном виде подвергают спектральному анализу. Масса образца при этом не превышает долей мкг.        

 Установлено,  что ряд физиологических изменений  происходит в организме животных  под действием излучения гелий-неоновых  лазеров малой мощности. При этом  отмечаются стимуляция кроветворения,  регенерация соединительной ткани,  сдвиги артериального давления, изменения проводимости нервного  волокна и др. Как при непосредственном  облучении гелий-неоновыми лазерами  растительных тканей, так и при  предпосевном облучении семян  выявлено стимулирующее влияние лазеров. и. на ряд биохимических процессов, рост и развитие растений. Лазеры применяются в голографии для создания самих голограмм и получения гологафического объёмного изображения. В астрономических телескопах, снабженных адаптивной оптической системой коррекции атмосферных искажений, лазер применяют для создания искусственных опорных звезд в верхних слоях атмосферы. Сверхкороткие импульсы лазерного излучения используются в лазерной химии для запуска и анализа химических реакций. Здесь лазерное излучение позволяет обеспечить точную локализацию, дозированность, абсолютную стерильность и высокую скорость ввода энергии в систему. В настоящее время разрабатываются различные системы лазерного охлаждения, рассматриваются возможности осуществления с помощью лазеров управляемого термоядерного синтеза(самым подходящим лазером для исследований в области термоядерных реакций, был бы лазер, использующий длины волн, лежащие в голубой части видимого спектра). Лазеры используются и в военных целях, например, в качестве средств наведения и прицеливания. Рассматриваются варианты создания на основе мощных лазеров боевых систем защиты воздушного, морского и наземного базирования. В настоящее время бурно развивается так называемая лазерная связь. Известно, что чем выше несущая частота канала связи, тем больше его пропускная способность. Поэтому радиосвязь стремится переходить на всё более короткие длины волн. Длина световой волны в среднем на шесть порядков меньше длины волны радиодиапазона, поэтому посредством лазерного излучения возможна передача гораздо большего объёма информации. Лазерная связь осуществляется как по открытым, так и по закрытым световодным структурам, например, по оптическому волокну. Свет за счёт явления полного внутреннего отражения может распространяться по нему на большие расстояния, практически не ослабевая.

Особенности лазерного излучения 

Лазерные источники  света обладают рядом существенных преимуществ по сравнению с другими  источниками света: 

1. Лазеры способны  создавать пучки света с очень  малым углом расхождения (около  10^-5 рад).  

2. Свет лазера  обладает исключительной монохроматичностью. В отличие от   обычных источников света, атомы которых излучают свет независимо друг от  друга, в лазерах атомы излучают свет согласованно. Поэтому фаза волны не  испытывает нерегулярных изменений.

3. Лазеры являются  самыми мощными источниками света.  В узком интервале спектра кратковременно (в течение промежутка времени  продолжительностью порядка 10^-13 с) у некоторых типов лазеров достигается мощность излучения 10¹⁷ Вт/см² 

     Нормирование  лазерного излучения

     Основными нормативными правовыми актами при  оценке условий труда являются:"Санитарные нормы и правила устройства и эксплуатации лазеров" № 2392-81; методические рекомендации "Гигиена труда при работе с лазерами", утвержденные МЗ РСФСР 27.04.81 г.;

     ГОСТ 24713-81 "Методы измерений параметров лазерного излучения. Классификация"; ГОСТ 24714-81 "Лазеры. Методы измерения  параметров излучения. Общие положения"; ГОСТ 12.1.040-83 "Лазерная безопасность. Общие положения"; ГОСТ 12.1.031 -81 "Лазеры. Методы дозиметрического контроля лазерного излучения".

     Предупреждение  поражений лазерным излучением включает систему мер инженерно-технического, планировочного, организационного, санитарно-гигиенического характера.

     При использовании лазеров II-III классов  в целях исключения облучения  персонала необходимо либо ограждение лазерной зоны, либо экранирование  пучка излучения. Экраны и ограждения должны изготавливаться из материалов с наименьшим коэффициентом отражения, быть огнестойкими и не выделять токсических веществ при воздействии на них лазерного излучения.

     Лазеры IV класса опасности размещаются  в отдельных изолированных помещениях и обеспечиваются дистанционным  управлением их работой.

Газовые лазеры

Гелий-неоновые лазеры (HeNe) (543 нм, 632,8 нм, 1,15 нм, 3,39 нм)

Аргоновые лазеры (458 нм, 488 нм или 514,5 нм)

Лазеры  на углекислом газе (9,6 мкм и 10,6 мкм) используются в промышленности для  резки и сварки материалов, имеют  мощность до 100 кВт