Що таке лазерне випромінювання? Лазерне випромінювання: його джерела та захист від нього

Лазери стають все більш важливими інструментами дослідження в галузі медицини, фізики, хімії, геології, біології і техніки. При неправильному використанні вони можуть засліплювати та наносити травми (у т. ч. опіки та електротравми) операторам та іншого персоналу, включаючи випадкових відвідувачів лабораторії, а також завдати значної шкоди майну. Користувачі цих пристроїв повинні у повній мірі розуміти і застосовувати необхідні заходи безпеки при поводженні з ними.

Що таке лазер?

Слово «лазер» (англ. LASER, Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) є абревіатурою, що розшифровується як «посилення світла індукованим випромінюванням». Частота випромінювання, що генерується лазером, знаходиться в межах або поблизу видимої частини електромагнітного спектра. Енергія підсилюється до стану надзвичайно високої інтенсивності за допомогою процесу, який носить назву «лазерне випромінювання індуковане».


Термін «радіація» часто розуміється неправильно, тому що його також використовують при описі радіоактивних матеріалів. В даному контексті воно означає передачу енергії. Енергія переноситься з одного місця в інше за допомогою провідності, конвекції і випромінювання. Існує багато різних типів лазерів, що працюють в різних середовищах. В якості робочого середовища використовуються гази (наприклад, аргон або суміш гелію з неоном), тверді кристали (наприклад, рубін) або рідкі барвники. Коли енергія подається в робочу середу, вона переходить у збуджений стан і вивільняє енергію у вигляді частинок світла (фотонів).


Пара дзеркал на обох кінцях герметизованою трубки або відображає, або передає світло у вигляді концентрованого потоку, званого лазерним променем. Кожна робоча середовище справляє промінь унікальною довжини хвилі і кольору. Колір світла лазера, як правило, виражається довжиною хвилі. Він є неіонізуючих і включає ультрафіолетову (100-400 нм), видиму (400-700 нм) та інфрачервону (700 нм - 1 мм) частину спектру.

Електромагнітний спектр

Кожна електромагнітна хвиля володіє унікальною частотою і довжиною, пов'язаної з цим параметром. Подібно до того, як червоне світло має свою власну частоту і довжину хвилі, так і всі інші кольори - оранжевий, жовтий, зелений і синій - володіють унікальними частотами і довжинами хвиль. Люди здатні сприймати ці електромагнітні хвилі, але не в змозі бачити іншу частину спектру. Найбільшу частоту мають гамма-промені, рентгенівські промені і ультрафіолет. Інфрачервоне, мікрохвильова радіація і радіохвилі займають нижні частоти спектра. Видимий світ знаходиться в дуже вузькому діапазоні між ними.

Лазерне випромінювання: дія на людину

Лазер виробляє інтенсивний спрямований пучок світла. Якщо його направити, відобразити або сфокусувати на об'єкт, промінь частково поглинеться, підвищуючи температуру поверхні і внутрішньої частини об'єкта, що може викликати зміну або деформацію матеріалу. Ці якості, які знайшли застосування в лазерній хірургії та обробці матеріалів, можуть бути небезпечні для тканин людини.
Крім радіації, що робить теплову дію на тканини, небезпечне лазерне випромінювання, виробляє фотохімічний ефект. Його умовою є досить коротка довжина хвилі, тобто ультрафіолетова або синій частині спектру. Сучасні пристрої виробляють лазерне випромінювання, вплив на людину якого зведено до мінімуму. Енергії малопотужних лазерів недостатньо для заподіяння шкоди і небезпеки вони не представляють. Тканини людини чутливі до впливу енергії, і при певних обставинах електромагнітне випромінювання, лазерне в тому числі, може привести до пошкодження очей та шкіри. Були проведені дослідження порогових рівнів травмуючої радіації.

Небезпеку для очей

Людський очей більш схильний до травм, ніж шкіра. Рогівка прозора зовнішня передня поверхню ока), на відміну від дерми, не має зовнішнього шару відмерлих клітин, що захищають від впливу навколишнього середовища. Лазерне та ультрафіолетове випромінювання поглинається рогівкою очі, що може завдати їй шкоди. Травма супроводжується набряком епітелію і ерозією, а при важких ушкодженнях – помутнінням передньої камери. Кришталик ока також може бути схильний до травм, коли на нього впливає різне лазерне випромінювання – інфрачервоне і ультрафіолетове. Найбільшу небезпеку, однак, представляє вплив лазера на сітківку ока у видимій частині оптичного спектру - від 400 нм (фіолетовий) до 1400 нм (ближній інфрачервоний). В межах цієї області спектру коллимированные промені фокусуються на дуже маленьких ділянках сітківки. Найбільш несприятливий варіант впливу відбувається, коли око дивиться вдалину і в нього потрапляє прямий або відбитий промінь. В цьому випадку його концентрація на сітківці досягає 100000 крат. Таким чином, видимий пучок потужністю 10 мВт/см 2 впливає на сітківку ока з потужністю 1000 Вт/см 2 . Цього більш ніж достатньо, щоб викликати пошкодження. Якщо око не дивиться вдалину, або якщо промінь відбивається від дифузної, не дзеркальної поверхні, веде до травм значно більш потужне випромінювання. Лазерне вплив на шкіру позбавлене ефекту фокусування, тому вона набагато менше схильна травм при цих довжинах хвиль.

Рентгенівські промені

Деякі високовольтні системи з напругою понад 15 кВ можуть генерувати рентгенівські промені значної потужності: лазерне випромінювання, джерела якого – потужні ексимерні лазери з електронним накачуванням, а також плазмові системи і джерела іонів. Ці пристрої повинні бути перевірені на радіаційну безпеку, у тому числі для забезпечення належного захисту, в автомобілях.

Класифікація

В залежності від потужності або енергії пучка та довжини хвилі випромінювання, лазери діляться на декілька класів. Класифікація заснована на потенційній здатності пристрою викликати негайну травму очей, шкіри, запалення при прямому впливі променя або при відбитті від дифузних відображають поверхонь. Всі комерційні лазери підлягають ідентифікації з допомогою нанесених на них позначок. Якщо пристрій було виготовлено будинку або іншим чином не позначено, слід отримати консультацію за що відповідає його класифікації та маркування. Лазери розрізняють по потужності, довжині хвилі і тривалості експозиції.

Безпечні пристрої

Пристрої першого класу генерують низькоінтенсивне лазерне випромінювання. Воно не може досягти небезпечного рівня, тому джерела звільняються від більшості заходів контролю або інших форм спостереження. Приклад: лазерні принтери і програвачі компакт-дисків.

Умовно безпечні пристрої

Лазери другого класу випромінюють у видимій частині спектра. Це лазерне випромінювання, джерела якого викликають у людини нормальну реакцію неприйняття занадто яскравого світла (мігательний рефлекс). При впливі променя людське око моргає через 025 с, що забезпечує достатній захист. Однак лазерне випромінювання у видимому діапазоні здатне пошкодити око при постійному впливі. Приклади: лазерні покажчики, геодезичні лазери. Лазери 2а-класу є пристроями спеціального призначення з вихідною потужністю менше 1 мВт. Ці прилади викликають пошкодження тільки при безпосередньому впливі протягом більше 1000 за 8-годинний робочий день. Приклад: пристрої зчитування штрих-коду.

Небезпечні лазери

До класу 3а відносять пристрої, які не травмують при короткочасному впливі на незахищений очей. Можуть становити небезпеку при використанні фокусуючої оптики, наприклад, телескопів, мікроскопів або біноклів. Приклади: гелій-неоновий лазер потужністю 1-5 мВт, деякі лазерні покажчики та будівельні рівні. Промінь лазера класу 3b може призвести до травми при безпосередньому впливі або при його дзеркальному відображенні. Приклад: гелій-неоновий лазер потужністю 5-500 мВт, багато дослідні та терапевтичні лазери. Клас 4 включає пристрої з рівнями потужності понад 500 мВт. Вони небезпечні для очей, шкіри, а також пожежонебезпечні. Вплив пучка, його дзеркального або дифузного відбиття може стати причиною очних і шкірних травм. Повинні бути вжиті всі заходи безпеки. Приклад: Nd:YAG-лазери, дисплеї, хірургія, металлорезание.

Лазерне випромінювання: захист

Кожна лабораторія повинна забезпечити відповідний захист осіб, які працюють з лазерами. Вікна приміщень, через які може проходити випромінювання пристроїв 2 3 або 4 класу з нанесенням шкоди на неконтрольованих ділянках, повинні бути покриті або іншим чином захищені під час роботи такого приладу. Для забезпечення максимального захисту очей рекомендується наступне.

Пучок необхідно укласти в неотражающую негорючу захисну оболонку, щоб звести до мінімуму ризик випадкового впливу або пожежі. Для вирівнювання променя використовувати люмінесцентні екрани або вторинні візири; уникати прямого впливу на очі.

Для процедури вирівнювання променя використовувати найменшу потужність. По можливості для попередніх процедур вирівнювання використовувати пристрої низького класу. Уникати присутності зайвих відображають об'єктів у зоні роботи лазера.

Обмежити проходження променя в небезпечній зоні в неробочий час, використовуючи заслінки і інші перешкоди. Не використовувати стіни кімнати для вирівнювання промені лазерів класу 3b та 4.

Використовувати неотражающие інструменти. Деякий реманент, не відображає видиме світло, стає дзеркальним в невидимій області спектра.

Не носити відображають ювелірні вироби. Металеві прикраси також підвищують небезпеку ураження електричним струмом.

Захисні окуляри

При роботі з лазерами 4 класу з відкритою небезпечною зоною або при ризику відображення слід користуватися захисними окулярами. Тип їх залежить від виду випромінювання. Окуляри необхідно вибирати для захисту від відбиттів, особливо дифузних, а також для забезпечення захисту до рівня, коли природний захисний рефлекс може запобігти травми очей. Такі оптичні прилади зберігають деяку видимість променя, запобіжать опіки шкіри, знизять можливість інших нещасних випадків. Фактори, які слід враховувати при виборі захисних окулярів:

довжина хвилі або область спектра випромінювання;

оптична щільність при певній довжині хвилі;

максимальна освітленість (Вт/см 2 ) або потужність пучка (Вт);

тип лазерної системи;

режим потужності - імпульсне лазерне випромінювання або безперервний режим;

можливості відображення - дзеркального та дифузного;

поле зору;

наявність коригуючих лінз або достатнього розміру, який дозволяє носіння окулярів для корекції зору;

комфорт;

наявність вентиляційних отворів, що запобігають запотіванню;

вплив на колірне зір;

ударостійкість;

можливість виконання необхідних завдань.

Так як захисні окуляри схильні до пошкоджень і зносу, програма безпеки лабораторії повинна включати періодичні перевірки цих захисних елементів.