Свойства лазерного излучения и его воздействие на организм. Влияние лазерного излучения на организм человека Лазерное излучение относится к

Лазерное излучение представляет собой особый вид электромагнитного излучения, генерируемого в диапазоне длин волн 0,1...1000 мкм. Лазеры широко применяются в самых различных областях человеческой деятельности благодаря таким уникальным свойствам, как высокая степень когерентности и монохроматичности излучения, малая расходимость луча, острая фокусировка излучения и возможность получения огромной плотности мощности излучения.

Лазерные системы помимо широкого научно-технического и промышленного использования имеют разнообразное применение в медицине, биологии, биотехнологии, генной инженерии и т.п.

По виду лазерное излучение подразделяют на прямое; рассеянное; зеркально-отраженное; диффузное.

Свойства лазерного излучения. Интенсивность излучения. В отличие от всех известных оптических источников излучение лазеров обладает чрезвычайно высокой интенсивностью. Мощность твердотельного оптического квантового генератора (ОКГ) может достигать 10 12 Вт. При фокусировке это излучение можно сконцентрировать в малом пятне. Плотность мощности лазерного излучения может достигать высоких значений - порядка 10 17 Вт см -2 и более. При воздействии такого излучения на вещество развиваются высокие температуры порядка 10 6 К. и выше. Естественно, что никакой тугоплавкий материал не выдержит такой плотности излучения. Время воздействия таких плотностей в случае импульсного действия гораздо меньше времени установления стационарного процесса, при этом происходит взаимодействие интенсивного излучения с веществом в локальном объеме, т.е. в области облучения, не затрагивая соседние области.

Ширина линии излучения и когерентность. Монохроматическая волна имеет строго определенную частоту колебаний:

Е = E 0 cos[(ωt - kх) + φ], (5.29)

где Е 0 - амплитуда вектора электрической напряженности поля; к - волновое число; x - координата оси распространения волны; φ - фаза (E 0 , ω, k, φ - не зависят от t).

При распространении в пространстве двух волн одинаковой частоты, но с разными фазами (φ 1 , φ 2), в любой момент времени разность фаз Δφ = (φ 1 -φ 2) будет оставаться постоянной. Две волны когерентны, если амплитуда, частота, фаза, поляризация и направление распространения этих волн остаются постоянными или изменяются по определенному закону. Идеальных монохроматических колебаний в природе не существует, так как каждый энергетический уровень имеет конечную ширину, связанную с временем жизни уровня. Из соотношения неопределенности (соотношение Гейзенберга) следует, что неопределенность значения верхнего уровня Δε при излучении связана с неопределенностью времени жизни этого уровня Δt соотношением

Длительность процесса излучения τ и естественная ширина линии излучения Δω = 2πΔν связаны выражением

(5.31)

Учитывая, что в лазере имеется оптический резонатор, в котором существуют собственные частоты (моды колебаний шириной Δν ρ), путем соответствующего выбора размеров резонатора и условий работы лазера можно получить высокую степень монохроматичности. В газовых лазерах сравнительно легко получить Δν ρ /ν 0 = 10 -10 (где v 0 - резонансная частота перехода) и даже меньше. Это выполняется в том случае, если в интервале Δν л на резонансной частоте ν 0 находится одна мода Δν м колебания резонатора (одномодовый режим). У твердотельных ОКГ монохроматичность хуже монохроматичности газовых лазеров. Высокая степень монохроматичности лазерных источников облегчает получение меньшего пятна r s при фокусировке. При этом хроматическая аберрация оптических линз практически не играет роли. Это свойство лазерных источников способствует получению значительных интенсивностей.

Лазерное излучение обладает высокой степенью временной и пространственной когерентности. Это свойство лазерного излучения способствует получению больших значений W s , так как малая расходимость лазерного потока способствует получению меньших значений r s . Понятие когерентности играет большое значение при использовании лазерного излучения в оптической локации.

Напряженность электрического поля. 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 водорода Н определяется выражением

где е - заряд электрона; r 0 - радиус электронной орбиты.

При го = 10 -8 см величина Е н, = 10 9 В/см. Для других веществ это значение составляет 107...108 В/см.

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

где ε 0 - диэлектрическая проницаемость вакуума; с - скорость света.

При интенсивностях, например, 10 14 Вт · см -2 величина Е составляет примерно 10 8 В см -1 .

Лазерное излучение дает возможность относительно просто варьировать мощность лучевого потока, изменять направление его распространения при помощи фокусирующих линз, внешних коллиматоров, отражающих зеркал или специальных устройств.

Яркость. Свойства лазеров позволяют получить необычайно высокое значение яркости излучения. В табл. 5.10 представлены сравнительные значения яркости некоторых оптических источников, из которой видно, что яркость лазерного источника на много порядков превышает яркость Солнца и мощность искусственных источников спонтанного оптического излучения.

Таблица 5.10. Значения яркости некоторых источников

Угол расходимости пучка. Одной из важных характеристик лазерного излучения является направленность (коллимация) излучения. Важность коллимации заключается в том, что энергия, переносимая лазерным потоком, может быть собрана (сфокусирована) на малой площади.

Ограничение на угол расходимости лазерного потока накладывается дифракцией:

где θ - угол расходимости; К - числовой коэффициент порядка единицы (для однородного пучка К =1,22); λ - длина волны; d - диаметр выходной апертуры.

Классификация лазеров. Основной источник лазерного излучения - оптический квантовый генератор (лазер). Лазеры являются генераторами электромагнитных волн оптического диапазона, в которых используется вынужденное электромагнитное излучение молекул активного вещества, приводимого в возбужденное состояние источником накачки. Типы лазеров различаются видом активного вещества и способом накачки.

В твердотельных лазерах в качестве активного вещества используются кристаллы рубина, иттриево-алюминиевый гранат (АИГ) или стекло, активированное неодимом (Nd) или эрбием. Для возбуждения активного вещества применяют импульсные ксеноновые лампы. В режиме свободной генерации твердотельные лазеры генерируют импульсы длительностью 0,1-1 мс, с энергией десятки джоулей и мощностью в импульсе десятки или сотни киловатт (10 9 ...10 10 Вт). Угол расходимости луча в твердотельных лазерах составляет 20...30°.

В газовых лазерах активным веществом является газ или смесь газов, которые приводятся в возбужденное состояние газовым разрядом. Газовые лазеры характеризуются малым углом расхождения луча - всего 1...3°. Наибольшее распространение получили лазеры на смеси гелия (Не) и неона (Ne) с длиной волны генерации 0,63 мкм и лазеры на углекислом газе (СО 2) с длиной волны 10,6 мкм. Мощность гелий-неоновых лазеров невелика и составляет десятки или сотни милливатт. Лазеры на углекислом газе характеризуются большой мощностью - сотни ватт в непрерывном режиме и высоким КПД - 20...30%.

В полупроводниковых лазерах активным веществом является полупроводниковый кристалл. Возбуждение лазера осуществляется электрическим током, проходящим через кристалл. Максимальная мощность составляет около 100 Вт в импульсном режиме и несколько ватт - в непрерывном. Обладает углом расходимости луча в несколько градусов.

В жидкостных лазерах в качестве активного вещества используют обычно органические красители. Возбуждение активного вещества осуществляется или когерентным излучением другого лазера, или некогерентным излучением импульсных ламп. В жидкостных лазерах при соответствующем выборе активного вещества можно получить когерентное излучение с длинами волн от 0,34 до 11,75 мкм. Энергия излучения в импульсе составляет до 10 Дж.

Воздействие лазерного излучения на человека, живой организм, живую клетку многолико и противоречиво.

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.

Биологическое действие лазерного излучения зависит от длины волны и интенсивности излучения, поэтому весь диапазон длин волн делится на области: ультрафиолетовая (0,2...0,4 мкм); видимая (0,4...0,5 мкм); инфракрасная - ближняя (0,75...1) и дальняя (свыше 1,0).

По степени опасности лазерного излучения для организма человека все лазерные установки подразделяются на четыре класса. К классу I относятся лазеры, излучение которых не представляет опасности для кожи и глаз человека, к классу II - излучение которых представляет опасность для глаз или кожи при облучении прямым или зеркально отраженным излучением.

Излучение лазеров класса III представляет опасность для глаз и кожи при облучении прямым или зеркально отраженным излучением и опасность для глаз при облучении диффузно отраженным излучением на расстоянии 10 см от отражающей поверхности.

К классу IV относятся лазеры, излучение которых представляет опасность для кожи и глаз при облучении диффузно отраженным излучением на расстоянии 10 см от отражающей поверхности.

Деление лазеров на классы позволяет определить мероприятия по обеспечению безопасности при работе с лазерами различных типов.

Свойства лазерного излучения позволяют применять его в разных сферах жизни человека. В медицине и косметологии лазером лечат большое количество заболеваний и эстетических недостатков.

С помощью скальпеля лазерного типа врач создает бескровные разрезы, что обеспечивается моментальным спаиванием капилляров и кровеносных сосудов. Кроме того, пользуясь подобным инструментарием у специалиста есть возможность видеть всю рабочую зону. Лазерный пучок рассекает кожный покров удаленно, не имея прямого контакта с сосудами и органами.

При этом достигается стерильность. Высокая концентрация лазера дает возможность производить хирургические вмешательства с минимальными показателями травматизации. Больные после таких операций намного быстрее восстанавливаются, то есть трудоспособность возвращается намного быстрее. Кроме того, манипуляции лазерным скальпелем не приносят никакого дискомфорта после операции.

Активное технологическое развитие существенно расширилось возможности использования лазерного излучения. Ученые выявили положительное воздействие и на состояние кожного покрова. По этой причине лазер сегодня часто используют в дерматологии и косметологии.

Реакция и степень поглощения лучей кожным покровом зависят от его типа. Лазерные приборы позволяют регулировать длину волы для каждой отдельной ситуации. Применение:

Одной из самых первых отраслей, где начал активно применяться лазер, является офтальмология. Глазная микрохирургия выделяет следующие направления, при которых используется этот вид облучения:

Помимо всего прочего, лазер применяется и при онкологических патологиях кожного покрова. Очень хорошие результаты он демонстрирует при устранении меланобластомы. В некоторых случаях лазерная технология применяется для терапии рака ЖКТ начальных стадий. Однако лазер не эффективен при наличии метастаз и глубокой локализации злокачественного образования.

Опасность для организма

Негативное влияние лазерного излучения на организм человека уже давным-давно доказано. Облучение бывает отраженным, рассеянным и прямым. Пагубное влияние обусловлено термическими и световыми свойствами лазера. Интенсивность поражения определяется уровнем поглощения тканей, длиной волны и участком, на который направлено воздействие.

Больше остальных частей тела от лазера могут пострадать глазные яблоки. Роговица крайне чувствительна, потому она запросто получает ожоги. Из последствий можно выделить резкое снижение зрительной функции или абсолютную слепоту. Источниками излучения, как правило, являются инфракрасные лазерные излучатели. При поражении хрусталика, роговицы, сетчатки или радужки лазерным лучом могут наблюдаться следующие признаки:

спазмы и боли в глазном яблоке;
помутнение глазного хрусталика;
кровоизлияния и отечность век.

Уязвима и человеческая кожа. В месте ее контакта с лазерным лучом увеличивается температура. Межтканевая и внутриклеточная жидкости начинают быстро закипать и испаряться. На кожном покрове появляется краснота. Через некоторое время на обожженном участке могут возникнуть омертвевшие участки. При мощном воздействии кожа обугливается практически мгновенно. Самый главный признак ожога лазером - строгие контуры поражения, а пузырьки формируются не под эпидермисом, а в нем.

Инфракрасный лазер способен поразить не только кожный покров, но и внутренние органы, так как проникает через ткани. Для глубокого ожога характерна очередность поврежденной и здоровой ткани. В первое время после пагубного воздействия у человека нет никакого дискомфорта и боли. Самым уязвимым внутренним органом считается печень.

Кроме того, влияние лазера на организм человека вызывает расстройства ССС и ЦНС (сердечно-сосудистой и центральной нервной системы соответственно). У пострадавшего при этом могут наблюдаться обильная потливость, замедление сердечного ритма, скачки давления и чувство раздражительности.

Меры защиты и предосторожности

В группу риска входят люди, работа которых предполагает использование квантовых генераторов. Санитарные нормативы разделяют опасность лазерного излучения на четыре класса. Для человеческого организма могут представлять опасность все классы, кроме первого. К техническим вариантам защиты относятся:

грамотное обустройство помещений промышленного назначения и правильный выбор внутренней облицовки (лазер не должен отражаться от поверхностей);
рациональная установка приборов-излучателей;
ограждение участка, который подвергается облучению;
соблюдение требований по эксплуатации и обслуживанию лазерных установок.

Другие меры защиты - индивидуальные. Она предполагает применение защитных очков, спецодежды, экранов, кожухов, призм и линз.

Бытовое применение лазера тоже может представлять опасность для человеческого организма. Несоблюдение инструкции может привести к очень печальным последствиям. Защита в этом случае предполагает следующие рекомендации:

Лазер может иметь механическое, фотохимическое, энергетическое или тепловое воздействие. Это зависит от типа используемого излучателя. Самым опасным считается прямое лазерное излучение, так как он имеет максимальную интенсивность. Думая о том, вреден ли лазер для здоровья, следует запомнить, что нерациональное использование самодельных лазерных устройств, фонариков или световых указов может причинить вред не только владельцу, но и окружающим.

Использование лазерных приборов связано с определенной опасностью для человека. В данной работе будут рассмотрены только особенности практического применения лазерных приборов и способы защиты, связанные с возможностью поражения глаз и кожных покровов человека. При этом основополагающими нормативными документами являются: 825-я публикация Международной технической комиссии (МЭК) под названием "Радиационная безопас-ность лазерных изделий, классификация оборудования, требования и руководство для потребителей" как наиболее компетентная рекомендация мирового класса; новейшая отечественная разработка СНиП; ГОС

Непосредственно на человека оказывает лазерное излучение любой длины волны; однако в связи со спектральными особенностями поражения органов и существенно различными предельно допустимыми дозами облучения обычно различают воздействие на глаза и кожные покровы человека.

Можно выделить два направления применения лазеров и отрасли. Первое направление связано с целенаправленным воздействием на обрабатываемое вещество (микросварка, термообработка, резка хрупких и твердых материалов, подгонка параметров микросхем и др.), второе направление -медицина - находит все большее развитие.

Диапазон длин волн, излучаемых лазерами, охватывает видимый спектр и распространяется в инфракрасную и ультрафиолетовую области. Для каждого режима работы лазера и спектрального диапазона рекомендуются соответствующие предельно допустимые уровни (ПДУ) для энергии (W) и мощности (P) излучения, прошедшего ограничивающую апертуру d = 7 мм. Для видимого диапазона или d = 1.1 мм, для остальных, энергетической экспозиции (H) и облученности (E), усредненных по ограничивающей апертуре: H = W / Sa , E = P / Sa ,где Sa - ограничивающая апертура.

Хронические ПДУ в 5 - 10 раз ниже ПДУ однократного воздейс-твия. При одновременном воздействии ЛИ разного диапазона их действие суммируется с умножением на соответствующий энерговклад.

Лазерное излучение характеризуется некоторыми особеннос-тями:

1 - широкий спектральный (&=0.2..1 мкм) и динамический (120..200 дБ);

2 - малая длительность импульсов (до 0.1 нс.);

3 - высокая плотность мощности (до 1e+9 Вт/см^2) энергии;

4 - Измерение энергетических параметров и характеристик лазерного излучения

Виды действия лазерного излучения

Наиболее опасно лазерное излучение с длиной волны:

380¸1400 нм - для сетчатки глаза,
180¸380 нм и свыше 1400 нм - для передних сред глаза,
180¸105 нм (т.е. во всем рассматриваемом диапазоне) - для кожи.

Основную опасность при эксплуатации лазера представляет прямое лазерное излучение.

Степень потенциальной опасности лазерного излучения зависит от мощности источника, длины волны, длительности импульса и чистоты его следования, окружающих условий, отражения и рассеяния излучения.

Биологические эффекты, возникающие при воздействии лазерного излучения на организм человека, делятся на две группы:

Первичные эффекты - органические изменения, возникающие непосредственно в облучаемых тканях;
Вторичные эффекты - неспецифические изменения, появляющиеся в организме в ответ на облучение.
Наиболее подвержен поражению лазерным излучениям глаз человека. Сфокусированный на сетчатке хрусталиком глаза лазерный луч будет иметь вид малого пятна с еще более плотной концентрацией энергии, чем падающее на глаз излучение. Поэтому попадание лазерного излучения в глаз опасно и может вызвать повреждение сетчатой и сосудистой оболочек с нарушением зрения. При малых плотностях энергии происходит кровоизлияние, а при больших - ожег, разрыв сетчатой оболочки, появление пузырьков глаза в стекловидном теле.
Лазерное излучение может вызвать также повреждение кожи и внутренних органов человека. Повреждение кожи лазерным излучением схоже с термическим ожогом. На степень повреждения влияют как входные характеристики лазеров, так и цвет, и степень пигментации кожи. Интенсивность излучения, которая вызывает повреждение кожи, намного выше интенсивности, приводящей к повреждению глаза.

Обеспечение лазерной безопасности

Методы и средства защиты от воздействия лазерного излучения можно подразделить на организационные, инженерно-технические и средства индивидуальной защиты. Надежной защитой от случайного попадания на человека является экранирование луча световодом на всем пути его действия. В качестве средств индивидуальной защиты применяются специальные защитные очки, стекла в которых подбираются в соответствии с ГОСТ 9411-81Е; технологические халаты и перчатки, изготавливаемые из хлопчатобумажной ткани светло-зеленого или голубого цвета.

В презентации к работе представлены показатели допустимых уровней лазерного излучения, а также иллюстрационный материал по видам отрицательного воздействия лазерного излучения на организм человека и способам защиты.

Еще в далеком 1917 году ученый А. Эйнштейн выдвинул гениальное предположение о том, что атомы способны излучать индуцированные световые волны. Однако нашло это предположение подтверждение лишь спустя почти полвека в то время, как советскими учеными Н. Г. Басовым и А. М. Прохоровым было начато создание квантовых генераторов.

Из первых букв английского названия этого устройства была составлена аббревиатура – лазер, следовательно, излучаемый им свет – лазерным. Встречается ли среднестатистический человек с лазером в повседневной жизни?

Современность дает возможность повсеместно наблюдать за прекрасными танцующими световыми лучами, исходящими от лазера.

Их активно применяют для создания световых шоу, а также в косметологии, медицине и технике. Именно поэтому в наши дни так активно применяются лазерные технологии для эстрадных представлений и производства всевозможных гаджетов.

Но вдруг лазерный свет вреден для человека? Именно этот вопрос мы сегодня и подымем. Но дня начала нужно перенестись в школьные годы и вспомнить о лазерных световых квантах.

В природе источником света являются атомы. Лазерный луч – не исключение, однако он рождается в результате немного отличных материальных процессах и при условии, что существует наружное влияние электромагнитного поля. На основе этого можно сказать, что лазерный свет – это вынужденное явление, то есть простимулированное.

Лучи лазерного света распространяются практически параллельно по отношению друг друга, поэтому они имеют мизерный угол рассеивания и способны интенсивно влиять на облучаемую поверхность.

Чем же тогда лазер отличается от привычной (также созданной руками людей) лампочки накаливания? В отличие от лазера, у лампы спектр рассеивания составляет практически 360 о, в то время, как пучок от лазера имеет узкую направленность.

В силу того, что квантовые генераторы плотно обосновались в жизни современного человека, ученых всерьез обеспокоил вопрос, нет ли негативного влияния от такого «соседства». В ходе проведения многих опытов им удалось добиться больших результатов и выяснить, что лазерный луч обладает особыми свойствами:

во время работы лазерной установки можно получить негативные последствия напрямую (из самого аппарата), от рассеянного света или отраженного от других поверхностей;
от того, на какую ткань воздействует лазер, а также от параметров его волны будет зависеть степень воздействия;
поглощаемая любыми тканями энергия может оказывать тепловой, световой или любой другой отрицательный эффект.

Если лазер воздействует на биологическую ткань, то последовательность поражающих результатов выглядит примерно так:

быстрое поднятие температуры и проявления признаков ожога;
межтканевая и клеточная жидкость закипает;
в результате вскипания образовывается пар под высоким давлением, который ищет выход и взрывает соседние ткани.

Если дозы облучения маленькие или средние, то можно отделаться ожогами кожных покровов. Но при сильном облучении кожа приобретает отечный и омертвевший вид. А внутренние органы получают сильнейшие травмы. Самую большую опасность представляют прямые и зеркально отраженные лучи, которые негативно сказываются на работе важнейших органов и их систем.

Отдельного внимания заслуживает тема влияния лазера на зрительные органы.

ВАЖНО! Импульсные короткие вспышки лазера могут привести к очень сильным поражениям сетчатки, радужки и хрусталика глаза.

На это есть 3 причины:

Короткий лазерный импульс длиться 0,1 секунды и за это время просто не успевает сработать защита зрения – мигательный рефлекс.
Роговая оболочка и хрусталик – это чрезвычайно восприимчивые органы, которые легко повредить.
Поскольку глаз сам по себе – это целая оптическая система, то она и сама вносить вклад в собственное разрушение при попадании лазера. Она фокусирует луч на глазном дне и заламывает на сетчатку. Тут луч поражает хрупкие сосудики этого органа, вызывая их закупорку. Отсутствие болевых рецепторов позволяет даже не ощутить, что определенный участок на сетчатке уже поражен до тех пор, пока некоторые предметы просто не будет видны, находясь в поле зрения.

Лишь по пришествии некоторого времени начинается отечность век, боль в глазах, судорожные сокращения и кровоизлияние на сетчатке. К слову, клетки последней не регенерируются.

ВАЖНО! Излучение, в результате которого может повредиться зрение, имеет низкий уровень. А вот для повреждения кожи достаточно излучения высокой интенсивности. Инфракрасные лазеры или любые источники света видимого спектра, мощность которых превышает 5 мвт – это потенциально опасно.

Прекрасные изобретатели по всему земному шару во время своих изобретений квантовых генераторов даже и предположить не могли, какую популярность приобретут их детища в скором времени. Однако такое всеобщее признание требует знаний, какой длины волны применять для той или иной операции.

Что же влияет на длину лазерной волны? Поскольку лазер – рукотворное устройство, то и природа его волн будет определена механическим строением генерируемого луч прибора. Лазеры могут быть твердотельными и газовыми.

Чудо-свет одновременно может находится в диапазоне от 30 до 180 мкм и быть частью ультрафиолетового, видимого (чаще красного) или инфракрасного участка спектра.

Но именно длина волны во многом влияет на характер воздействия этого света на человеческое тело. Так, красный свет менее чувствителен для нашего глаза нежели зелены. То есть наше веко сомкнется при виде зеленого пучка света, поэтому он является менее опасным, чем тот же красный.

Защита от лазерного излучения на производстве

На производстве, где применяются квантовые генераторы прямо или косвенно задействовано огромное количество людей. Для таких сотрудников разработаны четкие предписания, регулирующие степень личной защиты от излучения, потому как любая лазерная установка представляет потенциальную опасность для тех или иных органов тела.

Изготовители подобных установок обязаны указать, к какому их 4-х классов опасности относится данный прибор. Наибольшую угрозу являют лазеры 2,3 и 4 категории.

К общественным средствам защиты на производстве относятся защитные экраны и кожухи, камеры наблюдения, светодиодные индикаторы, сигнализации или ограждения, устанавливаемые в зонах с повышенным уровнем опасности излучения.

Индивидуальные методы предохранения включают специальные комплекты одежды и очки с нанесенным покрытием от лазерного луча.

ВАЖНО! Своевременно обследование в больнице и соблюдение всех предписанных на производстве мер защиты – это лучшие профилактические методы защиты от волн.

В нашем быту наблюдается бесконтрольное применение самодельный лазерных приборов, установок, лазерных указок и светильников. Чтобы избежать неприятных последствий стоит четко соблюдать правила их использования:

только в местах, где нет посторонних людей можно «играться» лазерами;
большую опасность, чем прямой луч, несут отраженные от стекла или другого зеркального предмета световые волны;
даже самый «безобидный» луч с невысокой интенсивностью при попадании в подле зрения водителя, пилота или спортсмена может привести к трагическим последствиям;
лазерные приспособления нужно беречь от использования детьми и подростками;
при низком положении облаков можно направлять пучки света в небо, дабы избежать попадания света в воздушный транспорт;
категорически запрещено смотреть в объектив на источник света;
при ношении защитных очков важно контролировать степень их защиты от разных по длине лучей.

Современные квантовые генераторы и лазерные устройства, встречающиеся в быту – это реальная угроза для их обладателей и окружающих. Защитить себя или близких поможет лишь строгое соблюдение всех мер предосторожности. Только тогда можно насладиться поистине завораживающим зрелищем.

В настоящее время лазеры прочно закрепились во всех сферах жизнедеятельности человека. Они используются в медицине, химии, физике, биологии и во многих других областях современной науки. Сложно переоценить вклад этого явления в прогресс человечества. Однако неосторожное использование этой технологии может привести к пагубным последствиям для здоровья человека. Ослепление, ожоги, электротравмы — это далеко не полный список увечий, которые можно получить при взаимодействии с лазером. Лазерное неэкранированное излучение большой мощности представляет собой серьёзную опасность если относится к нему легкомысленно и не соблюдать элементарные правила безопасности.

Данная статья поможет вам разобраться в нюансах этого явления и даст представление об угрозах, которые лазерное излучение представляет собой для здоровья человека. Так же вы получите представление об основах безопасной работы с лазером и узнаете, как современные лазеры делятся на классы по уровню угрозы для здоровья человека. Здесь так же можно ознакомиться с небольшой исторической справкой о лазерах.

Лазер как явление

LASER — Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation. Как видите, за этим словом скрывается аббревиатура на английском языке. На русский это можно перевести как «усиление света индуцированным излучением». Усиление энергии до состояния повышенной интенсивности приводит к появлению лазерного излучения. В результате многократного отражения в системе зеркал происходит усиление излучения, и в итоге мы можем наблюдать явление, которое абсолютно уникально по своим физическим свойствам. Лазерный луч намного уже луча света обычной лампы, но их отличия на этом не заканчиваются. Лазерное излучение проецирует волну одной длины и один чистый цвет, кроме этого световые волны полностью совпадают во времени друг с другом. От обычного света лазерные лучи отличает их организованность (когерентность, если говорить научными терминами).

В 1916 году были сделаны первые шаги на пути изучения лазера. После длительных исследований небезызвестный Альберт Энштейн выдвинул свою теорию взаимодействия излучения с веществом, сделав таким образом возможной разработку квантовых усилителей, способных проецировать электромагнитные волны. Следующий значительный прорыв состоялся в 1928 году, когда Ланденбург провёл свою серию экспериментов. Результатом кропотливой работы стала формулировка условия нахождения индуцированного излучения как преобладание его над поглощением. И только более чем четверть века спустя, в 1955 году советские физики Басов и Прохоров сконструировали квантовый генератор с аммиаком в качестве активной среды. С тех пор огромное количество учёных стали участниками гонки по конструированию лазерных систем, не прекращающейся и сегодня.
Данная технология внесла неоценимый вклад в развитие медицины.

Многие задачи, которые казались до этого нерешаемыми, с усовершенствованием лазеров остались в прошлом. Его чудодейственные лучи вернули здоровье многим тысячам людей. Чего стоит только лазерная коррекция зрения, которая всего за 10 минут позволяет вернуть любому пациенту идеальное зрение. Эффективность этой операции достигает 100%. Косметологи так же нашли применение для этой технологии в своей деятельности. Излучение медицинского лазера даёт возможность селективно воздействовать на корни волос, пигментные пятна и другие дефекты кожи. Сегодня возможно быстро и почти безболезненно удалить родинку, как и надоевшую татуировку.

В своё время выдающийся французский учёный Луи де Бройль, произнёс пророческую фразу: «Лазеру уготовано грандиозное будущее. Тяжело предвидеть, как именно он будет применяться, но я считаю, что за лазером стоит целая техническая эпоха». И мы действительно живём в эпоху, когда почти не осталось сфер деятельности, в которых так или иначе не используются технологии на основе лазерных лучей. Современные измерительные приборы невозможно представить без применения лазерных лучей в их конструкции. Лазер позволил измерить расстояние от Земли до Луны, точность этих измерений составила несколько сотен метров. Применение лазерных лучей в сфере радиолокации позволило многократно повысить точность получаемых данных. Нет никаких сомнений, что эта технология ещё сыграет свою роль в дальнейшем научном и техническом прогрессе.

Как лазерные лучи воздействуют на человеческий организм?

Одной из характеристик лазерных лучей является крайне высокий уровень концентрации энергии. Пучок света, производимый лазером, способен повышать температуру поверхности, на которую он направлен. С помощью направленного облучения можно добиться деформации почти любой поверхности за небольшой промежуток времени. Концентрация колоссального энергетического потока на небольшой площади позволяет достичь температуры в более чем миллион градусов. Благодаря этому свойству лазеры получили широкое распространение в хирургии и материалообработке, оно же делает их угрозой для человеческой кожи при чрезмерном облучении. Повреждение кожного покрова лучом лазера аналогично термическому ожогу. Так же значительная опасность кроется в лазерном излучении, вырабатывающемся посредством фотохимического эффекта. Однако современные приборы сводят такой риск к минимуму.

Стоит заметить, что молниеносная скорость воздействия лазерных лучей дает возможность избежать болевых ощущений. Благодаря этому свойству, лазер получил широкое распространение в хирургии. В ходе непродолжительных операций с применением лазера не требуется какой-либо анестезии. Мало какая серьезная операция может быть осуществима без обезболивания. При этом временные затраты на такие операции гораздо ниже, чем при традиционном оперировании с помощью скальпеля.

Зачастую работа лазерных установок сопровождается шумом, который может достигать уровня до 120 Дб. Длительно пребывание в помещении с таким оборудованием может стать причиной проблем со слухом. Так же химическая реакция мощного лазерного луча и воздуха сопровождается обильным выделением озона. У людей, вовлечённых в работу с лазерами на протяжении долгого времени, могут диагностироваться нарушения функций вестибулярного аппарата. Частота этих нарушений зависит от профессионального стажа. Лазерное излучение может стать причиной необратимых изменений в человеческом организме, расстройства органов зрения, центральной нервной системы и вегетативной системы.

Берегите глаза

Глаз — один из самых хрупких элементов нашего организма. В отличие от остальных органов, он не имеет защиты от окружающей среды. При попадании невидимого инфракрасного лазера в глаз человек ничего не почувствует, потому что мозг не воспримет его как источник света и защитной реакции не последут. Поглощение ультрафиолетового излучение роговицей глаза может привести к отёку эпителия и эрозии. В особенно тяжелых случаях возможно помутнение передней камеры. Сетчатка глаза подвержена риску в гораздо большей степени. После того, как лазерное излучение достигает сетчтаки, оно распространяется дальше на всю оптическую систему органа зрения.

Если прямой лазерный луч попадет в глаз, когда взгляд направлен вдаль, последствия могут быть очень плачевными. Концентрация спектра коллимированного луча на сетчатке в этот момент может достигать 100000 крат. На глазном дне при таком повреждении обнаруживаются ожог и отек сетчатки, кровоизлияние с дальнейшим появлением рубца и уменьшением остроты зрения. Столь мощное воздействие может даже привести к слепоте. Из этого следует вывод, что вероятность потери зрения в результате сильного излучения достаточно велика.

Классификация лазеров

Подавляющее большинство лазерного оборудования, изготавливаемого во всем мире, производится и сертефицируется с оглядкой на международные стандарты, согласованные американским объединением CDRH (Center for Devices and Radiological Health) . В зависимости от уровня угрозы, которую различные лазерные установки представляют для человеческого организма, они делятся на четыре основных класса:

Класс I (безопасные) — маломощные лазерные системы, не излучающие вредный для человека уровень радиации. Такие лазеры не могут являться причиной повреждения глаза. К данному классу так же относятся приборы, оборудованные корпусом, не выпускающим луч лазера наружу. В таком случае луч может быть мощнее допустимой для первого класса нормы.

Класс II (низкий уровень опасности) — эти лазеры уже способны нанести ущерб человеческому глазу, при зрительном контакте более 0,25 секунды. К ним не относятся приборы, вырабатывающие излучение с невидимой волной.

Класс III (средний уровень опасности) — даже непродолжительный визуальный контакт с лучом подобной лазерной установки может привести к повреждениям органа зрения. Работать с такими устройствами без специальных защитных очков нельзя ни в коем случае. Рассеянное излучение не представляет опасности при расстоянии визуального контакта более 13 сантиметров и времени менее 10 секунд. Имеется значительный риск воспламенения при соприкосновении луча с огнеопасными материалами. На выходе мощность составляет около 500 мВт.

Класс IV (высокоопасные) — мощные лазеры, представляющие опасность для здоровья. Они в состоянии нанести значительные повреждения сетчатке глаза непродолжительным излучением прямого луча. В практике использования подобных приборов были ситуации, когда луч случайно отражался в глаз от обычной отвертки или пугавицы на рукаве. Воздействие этих лазеров с большой долей вероятности может привести к серьезным ожогам на коже, а так же стать причиной воспламенения горючих и прочих легковоспламеняющихся материалов. Опасность создает и повышенно ультрафиолетовое излучение импульсных ламп. В последнее время правительствами многих стран ведутся активные работы по адаптации таких лазеров для военных целей. Компании, представляющие свои разработки на выставках, получают финансирование от госудаства.

Меры предосторожности

В неумелых руках мощный лазер представляет не меньшую опасность, чем огнестрельное оружие. Только сертефицированный персонал допускается к работе с такими устройствами. Лучшей профилактикой лазерного излучения является соблюдение правил эксплуатации и защиты. Использование лазерных установок II-III уровней предполагает ограждение зоны работы с лазером и экранирование излучения. Лазеры IV уровня должны быть полностью изолированны от остального производства, работа с ними проводится дистанционно. Поверхности в таких помещениях окрашиваются в цвета с малым коэффициентом отражения. При недостаточном уровне освещения работа с лазерами недопустима. Окна для наблюдения должны быть оборудованы защитным стеклом. В случае необходимости ремонта прибора, категорически запрещено использование деталей и расходных материалов, несогласованных с производителем.

Средства защиты от лазерного излучения должны гарантировать предотвращение пагубного действия излучения или уменьшение его величины до уровня, не превышающего безопасного. В экипировку работников, взаимодействующих с лазером должны входить щитки, маски, технологические халаты и специальные очки. Один раз в год им необходимо проходить полный медицинский осмотр. Такая предосторожность более чем оправдана. Большая часть исследователей, изучающих здоровье обслуживающего персонала лазеров, установили у них предрасположенность к астеническим и вегетативно-сосудистым расстройствам. Доступ к участкам производства, на которых проходит работа с лазером, должен быть строго ограничен. Лазерная установка должна быть надежно защищена от несогласованного использования с помощью выключателя, запираемого на ключ, или другого аналогичного механизма.