Лазерное излучение

Лазер и его классификация. Лазерное излучение и его особенности, типы и характер воздействия, особенности действия на организм человека. Факторы лазерного излучения. Обеспечение лазерной безопасности, методы защиты от данного типа излучения на сегодня.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

16

Размещено на

РЕФЕРАТ

Лазерное излучение

Введение

Использование лазерных приборов связано с определенной опасностью для человека. В данной работе будут рассмотрены особенности практического применения лазерных приборов и способы защиты, связанные с возможностью поражения глаз и кожных покровов человека.

Лазер и его классификация

лазер безопасность излучение защита

Для начала познакомимся с лазером.

Лазер, или оптический квантовый генератор, - это генератор электромагнитного излучения оптического диапазона, основанный на использовании вынужденного (стимулированного) излучения.

Слово «лазер» - аббревиатура слов английского выражения «Light Amplification by Stimulated Emission ofRadiation» - усиление света вынужденным излучением. Он работает на принципе индуцированного излучения, получаемого при оптической накачке (например, воздействием импульсов света) термически неравновесной (активной) среды, в качестве которой служат диэлектрические кристаллы, стекло, газы, полупроводники и плазма.

Отдельные атомы таких материалов при попадании на них фотона обладают свойствами перехода с верхнего энергетического уровня на нижний уровень с испусканием двух фотонов, индуцированных с той же частотой, поляризацией и направлением распространения.

Примером может служить рубиновый оптический квантовый генератор, в котором рабочим телом является рубин. Мощность в импульсе составляет около 100 МВт при мощности на возбуждение около 20 кВт/см³, а температура, создаваемая лазерным пучком, может достигать 10¹⁵ К (примерно в 10¹¹ раз больше температуры Солнца).

Существуют и другие виды лазеров с твердым телом, например из ниодимового стекла, флюоритита кальция с примесью атомов таких редкоземельных элементов, как диспрозий, самарий и пр. (длина волны излучения равна 1,06 мкм), или газовые лазеры, например гелий - ниодимовые лазеры (длина волны излучения равна 632,8 нм; 1,15 и 3,39 мкм) и др.

Лазеры, или оптические квантовые генераторы, находят всё более широкое применение в различных отраслях производства, науке, медицине, биологии, сельском хозяйстве, связи и др.

В зависимости от характера активной среды лазеры подразделяются на твердотелые (на кристаллах или стеклах), газовые, лазеры на красителях, химические, полупроводниковые и др.

По степени опасности лазерного излучения для обслуживающего персонала лазеры подразделяются на четыре класса:

* класс I (безопасные) - выходное излучение не опасно для глаз;

* класс II (малоопасные) - опасно для глаз прямое или зеркально отраженное излучение;

* класс III (среднеопасные) - опасно для глаз прямое, зеркально, а также диффузно отраженное излучение на расстоянии 10 см от отражающей поверхности и (или) для кожи прямое или зеркально отраженное излучение;

* класс IV (высокоопасные) - опасно для кожи диффузно отраженное излучение на расстоянии 10 см от отражающей поверхности.

Классификация определяет специфику воздействия излучения на орган зрения и кожу. В качестве ведущих критериев при оценке степени опасности генерируемого лазерного излучения приняты величина мощности (энергии), длина волны, длительность импульса и экспозиции облучения.

По характеру генерации излучения лазеры подразделяются на импульсные и лазеры непрерывного действия. Энергетические параметры лазеров зависят от их вида. Воздействие лазерного излучения на организм человека носит сложный характер и обусловлено как непосредственным действием лазерного излучения на облучаемые ткани, так и вторичными явлениями, выражающимися в различных изменениях, возникающих в организме в результате облучения. Различают термическое и нетермическое действия лазерных излучений.

Лазерное излучение и его особенности

Лазерное излучение - электромагнитное излучение, генерируемое в диапазоне волн 0,2-1000 мкм. Этот диапазон делится на следующие области спектра в соответствии с биологическим действием лазерного луча: 0,2-0,4 мкм - ультрафиолетовая область, 0,4-0,75 - видимая, 0,75-1,4 мкм - ближняя инфракрасная, свыше 1,4 мкм - дальняя инфракрасная область. Наиболее часто используют в технике лазеры с длинами волн, мкм: 0,34, 0,49-0,51, 0,53, 0,694, 1,06 и 10,6.

Отличие лазерного излучения от других видов излучения заключается в монохроматичности, когерентности и высокой степени направленности. При оценке биологического действия следует различать прямое, отраженное и рассеянное лазерное излучение. Эффекты воздействия определяются механизмом взаимодействия лазерного излучения с тканями (тепловой, фотохимический, ударно-акустический и др.) и зависят от длины волны излучения, длительности импульса (воздействия), частоты следования импульсов, площади облучаемого участка, а также от биологических и физико-химических особенностей облучаемых тканей и органов. Лазерное излучение с длиной волны 380…1400 нм представляет наибольшую опасности для сетчатки глаза, а излучение с длиной волны 180…380 нм и свыше 1400 нм - для передних сред глаза. Особенностями лазерных излучений являются монохроматичность излучения (строго одной длины), когерентность излучения (все источники излучения испускают электромагнитные волны в одной фазе), острая направленность луча (малое расхождение). Эти свойства позволяют с помощью лазера на сравнительно малой площади получать исключительно большие плотности энергии. Именно благодаря этому лазеры используются для обработки материалов - резание, сверление отверстий в металлах, сверхтвердых материалах, кристаллах, пайка, точечная сварка и др.

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 воздействия. При одновременном воздействии ЛИ разного диапазона их действие суммируется с умножением на соответствующий энерговклад.

Лазерное излучение характеризуется некоторыми особенностями:

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.

Факторы лазерного излучения

В процессе изготовления, испытания и эксплуатации лазерных изделий на обслуживающий персонал могут воздействовать физические, химические и психофизиологические опасные и вредные факторы.

К физическим факторам относятся:

· Лазерное излучение (прямое, рассеянное, зеркальное или диффузно отраженное);

· Высокое напряжение в цепях управления и источниках электропитания лазера (лазерных установок);

· Повышенный уровень ультрафиолетовой радиации от импульсных ламп накачки или кварцевых газоразрядных трубок в рабочей зоне;

· Повышенная яркость света от импульсных ламп накачки и зоны взаимодействия лазерного излучения с материалом мишени;

·

· Повышенный шум и вибрация на рабочем месте, возникающие при работе лазера (лазерной установки);

· Повышенный уровень ионизирующего рентгеновского излучения от газоразрядных трубок и др. элементов, работающих при анодном напряжении более 5 кВ;

· Повышенный уровень электромагнитных излучений ВЧ - и СВЧ - диапазонов в рабочей зоне;

· Повышенный уровень инфракрасной радиации в рабочей зоне;

· Повышенная температура поверхностей оборудования;

· Взрывоопасность в системах накачки лазеров;