Лазерное излучение

Новейшие достижения квантовой электроники привнесли в ряд технологических процессов новый мощный вид излучения— лазерное излучение, вызываемое оптическими квантовыми генераторами (ОКГ) —лазерами (название это составлено из начальных букв английского полного наименования: Light amplification by stimulated Emission of Radiation», что означает «усиление света путем стимулированного излучения»). Приборы эти трансформируют один из видов энергии — электрическую, световую, тепловую, химическую — в монохроматическое когерентное излучение электромагнитных волн (ультрафиолетовое, видимое, инфракрасное) высокой частоты.

Источники лазерного излучения нашли применение при обработке высокопрочных жаростойких материалов, сплавов, для сверления, резки, сварки при сверхвысоком давлении, для калибровки в радиотехнической промышленности, для изготовления матриц с микроотверстиями в текстильной промышленности, в системе связи, в приборостроении, при исследованиях в биологии, медицине и других областях науки.

Основной частью лазера, его излучателем является активная среда — твердая (кристаллы и стекла с добавками ионов хрома, неодима, эрбия и др.), жидкая, газообразная или плазменная, в которой генерируется и накапливается электромагнитная энергия. Помещается эта среда в систему из двух параллельных зеркал — резонатор.

Существуют квантовые генераторы: газовые или ионовые (для возбуждения применяется электрический заряд); лазеры с оптической накачкой на кристаллы, стекло, жидкость и пластмассы; лазеры полупроводниковые; лазеры на органических красителях.

Принцип действия ОКГ основан на использовании вынужденного (стимулированного) электромагнитного излучения некоего рабочего вещества (твердое тело, жидкость, газ), т. е. излучения, возникшего в результате действия на него внешнего источника энергии — энергии «накачки». Таким источником могут быть яркие лампы-вспышки для твердого рабочего вещества и постоянное или переменное электрическое поле для газообразного рабочего вещества.

В зависимости от длины волны излучения различают лазеры в ультрафиолетовом, инфракрасном и видимом диапазоне спектра. В зависимости от энергетических параметров системы накачки действие генератора может быть импульсным или непрерывным. Важной особенностью импульсного режима излучения является большая мощность кратковременных импульсов, достигающая нескольких мегаватт при продолжительности импульса от долей секунды до нескольких миллисекунд; при непрерывном режиме мощность не превышает нескольких милливатт.

При воздействии на организм лазерного излучения большой интенсивности наиболее типичным является термический эффект. При этом в облученных тканях происходит быстрый нагрев структур, адсорбировавших энергию; жидкость, окружающая эти структуры, абсорбирует энергию и мгновенно вскипает. Вследствие этого резко повышается давление, возникает ударная волна, усиливающая термический эффект лазерного излучения, происходит механическая травма ткани (разрыв ее).

Таким образом, лазерное излучение приводит к сочетанному термическому и механическому действию. Наряду с этим специфическое влияние лазерного излучения сказывается в изменении генетических, ферментативных и других свойств ткани, некоторых составных частей крови (гамма-глобулины и др.). В основе механизма действия лежат процессы, связанные с избирательным поглощением тканями электромагнитной энергии, а также электрическим и фотометрическим эффектом. Лазерное излучение видимыми, инфракрасными и ультрафиолетовыми лучами воздействует на специальные образования организма — фото- и терморецепторы.

Местный эффект лазерного излучения проявляется главным образом в повреждающем действии тканей глаза. Характер изменений зависит от величины энергии и длины волны лазерного излучения, диаметра луча, расстояния глаза от источника излучения, диаметра зрачка и др. У лиц, длительно работающих в условиях лазерного излучения, наблюдается точечное помутнение хрусталика, изменение глазного дна, снижение темновой адаптации.

Общие изменения в организме под влиянием лазерного излучения многообразны. Изменения зависят от термического (фокусированный пучок выделяет значительное количество тепла за короткий отрезок времени в малом объеме), электрического (высокий градиент электрического поля), фотохимического, механического и фотогидравлического действия (при фокусировке на поверхности или вблизи тела в жидкости — вскипание ее и взрыв).

Небольшой интенсивности излучение вызывает функциональные изменения центральной нервной системы, сердечно-сосудистой системы, эндокринных желез и др. Как правило, эти изменения носят обратимый характер и чаще наблюдаются при облучении монохроматическими когерентными лучами видимой части спектра. После многократного лазерного облучения надолго удерживаются изменения сердечно-сосудистой системы.

Условия труда на лазерных установках. Основной неблагоприятный с гигиенической точки зрения фактор — это отраженное монохроматическое излучение лазера. Возможно как прямое зеркальное отражение (с выхода прибора), так и рассеянное излучение различными промежуточными элементами и мишенями (при пробивке отверстий и других операциях, связанных с лазерным излучением). Чрезмерным раздражителем органа зрения оказывается и свет ламп «накачки».

Серьезную опасность для органа зрения представляет инфракрасное излучение лазера при значительной плотности энергии (0,07 Дж/см²). При этом происходит разрушение или снижение активности некоторых энзимов и вследствие этого — помутнение хрусталика.

Неблагоприятное действие может оказать шум при настройке генератора ОКГ, достигающий 95—100 дБ и имеющий частоту 1000—1250 Гц, звуковые импульсы— хлопки, число которых достигает нескольких сотен при громкости 100—120 дБ. При разрядах импульсных ламп накачки образуется озон, при обработке металла лучами лазера, когда происходит переход из твердого состояния в парообразное с выбиванием струи пара со сверхзвуковой скоростью, выделяется мелкодисперсный аэрозоль.

При выборе помещения для лазерных установок (ОКГ) обязательно участие промышленно-санитарного надзора. Для предотвращения возможного поражения прямым или отраженным потоком лазерного излучения в помещении не следует размещать какие-либо другие зеркальные поверхности. Особое внимание следует обратить на защиту глаз соответствующими очками-светофильтрами.