Використання лазерних приладів пов'язане із певною небезпекою для людини. У цій роботі будуть розглянуті лише особливості практичного застосування лазерних приладів та способи захисту, пов'язані з можливістю ураження очей та шкірних покривів людини. При цьому основними нормативними документами є: 825-та публікація Міжнародної технічної комісії (МЕК) під назвою "Радіаційна безпека лазерних виробів, класифікація обладнання, вимоги та керівництво для споживачів" як найбільш компетентна рекомендація світового класу; нова вітчизняна технологія БНіП; ДЕРЖСТАНДАРТ
Безпосередньо на людину надає лазерне випромінювання будь-якої довжини хвилі; однак у зв'язку зі спектральними особливостями ураження органів та суттєво різними гранично допустимими дозами опромінення зазвичай розрізняють вплив на очі та шкірні покриви людини.
Можна виділити два напрями застосування лазерів та галузі. Перший напрямок пов'язаний з цілеспрямованим впливом на оброблювану речовину (мікрозварювання, термообробка, різання крихких і твердих матеріалів, припасування параметрів мікросхем та ін), другий напрямок -медицина - знаходить все більший розвиток.
Діапазон довжин хвиль, випромінюваних лазерами, охоплює видимий спектр і поширюється в інфрачервону та ультрафіолетову області. Для кожного режиму роботи лазера та спектрального діапазону рекомендуються відповідні гранично допустимі рівні (ПДУ) для енергії (W) та потужності (P) випромінювання, що пройшло обмежувальну апертуру d = 7 мм. Для видимого діапазону або d = 1.1 мм, для інших, енергетичної експозиції (H) і опроміненості (E), усереднених по обмежуючій апертурі: H = W / Sa, E = P / Sa, де Sa - обмежує апертура.
Хронічні ПДУ в 5 - 10 разів нижче ПДУ одноразового впливу. При одночасному впливі різного діапазону їх дія підсумовується з множенням на відповідний енерговклад.
Лазерне випромінювання характеризується деякими особливостями:
1 - широкий спектральний (&=0.2..1 мкм) та динамічний (120..200 дБ);
2 – мала тривалість імпульсів (до 0.1 нс.);
3 - висока щільність потужності (до 1e+9 Вт/см^2) енергії;
4 - Вимірювання енергетичних параметрів та характеристик лазерного випромінювання
Види дії лазерного випромінювання
Найбільш небезпечне лазерне випромінювання із довжиною хвилі:
- 380¸1400 нм - для сітківки ока,
- 180¸380 нм і понад 1400 нм - для передніх середовищ ока,
- 180?105 нм (тобто у всьому аналізованому діапазоні) - для шкіри.
Основну небезпеку при експлуатації лазера є пряме лазерне випромінювання.
Ступінь потенційної небезпеки лазерного випромінювання залежить від потужності джерела, довжини хвилі, тривалості імпульсу та чистоти його проходження, навколишніх умов, відображення та розсіювання випромінювання.
Біологічні ефекти, що виникають при впливі лазерного випромінювання на організм людини, поділяються на дві групи:
- Первинні ефекти - органічні зміни, що виникають безпосередньо в тканинах, що опромінюються;
- Вторинні ефекти - неспецифічні зміни, які у організмі у відповідь опромінення.
- Найбільш схильний до ураження лазерним випромінюванням очей людини. Сфокусований на сітківці кришталиком ока лазерний промінь матиме вигляд малої плями з ще більш щільною концентрацією енергії, ніж випромінювання, що падає на око. Тому попадання лазерного випромінювання в око небезпечне і може спричинити пошкодження сітчастої та судинної оболонок з порушенням зору. При малих щільностях енергії відбувається крововилив, а при великих – опік, розрив сітчастої оболонки, поява бульбашок ока у склоподібному тілі.
- Лазерне випромінювання може спричинити також пошкодження шкіри та внутрішніх органів людини. Пошкодження шкіри лазерним випромінюванням схоже на термічним опіком. На ступінь ушкодження впливають як вхідні характеристики лазерів, і колір, і ступінь пігментації шкіри. Інтенсивність випромінювання, яка викликає пошкодження шкіри, набагато вища за інтенсивність, що призводить до пошкодження ока.
Забезпечення лазерної безпеки
Методи та засоби захисту від впливу лазерного випромінювання можна поділити на організаційні, інженерно-технічні та засоби індивідуального захисту. Надійним захистом від випадкового попадання на людину є екранування променя світловодом по всьому шляху його дії. Як засоби індивідуального захисту застосовуються спеціальні захисні окуляри, скла у яких підбираються відповідно до ГОСТ 9411-81Е; технологічні халати та рукавички, що виготовляються з бавовняної тканини світло-зеленого або блакитного кольору.
У презентації до роботи представлені показники допустимих рівнів лазерного випромінювання, а також ілюстраційний матеріал за видами негативного впливу лазерного випромінювання на організм людини та способами захисту.
Лазерне випромінювання – це вузькоспрямовані вимушені потоки енергії. Воно буває безперервним, однієї потужності або імпульсним, де потужність періодично досягає певного піку. Енергія утворюється з допомогою квантового генератора – лазера. Потік енергії є електромагнітні хвилі, які розповсюджуються паралельно щодо один одного. Це створює мінімальний кут розсіювання світла та певну точну спрямованість.
Сфера застосування лазерного випромінювання
Властивості лазерного випромінювання дозволяє застосовувати його у різних сферах життєдіяльності людини:
- наука - дослідження, досліди, експерименти, відкриття;
- військово-оборонна промисловість та космічна навігація;
- виробнича та технічна сфера;
- локальна термічна обробка - зварювання, різання, гравіювання, паяння;
- побутове застосування – лазерні датчики для зчитування штрих-коду, пристрої для зчитування компактних дисків, указки;
- лазерне напилення підвищення зносостійкості металу;
- створення голограм;
- удосконалення оптичних пристроїв;
- хімічна промисловість – запуск та аналіз реакцій.
Застосування лазера у медицині
Лазерне випромінювання у медицині – це прорив у лікуванні пацієнтів, які потребують оперативного втручання. Лазер застосовують для хірургічного інструментарію.
Безперечні переваги хірургічного лікування лазерним скальпелем очевидні. Він дозволяє зробити безкровний розріз м'яких тканин. Це забезпечується миттєвою спайкою дрібних судин та капілярів. Під час використання такого інструменту хірург повністю бачить усі операційне поле. Лазерний потік енергії розсікає певному відстані, не контактуючи з внутрішніми органами і судинами.
Важливим пріоритетом є забезпечення абсолютної стерильності. Сувора спрямованість променів дозволяє виконувати операції з мінімальною травматизацією. Реабілітаційний період пацієнтів значно скорочується. Найшвидше повертається працездатність людини. Відмінною особливістю застосування лазерного скальпеля є безболісність післяопераційний період.
Розвиток лазерних технологій дозволив розширити можливості його застосування. Виявлено властивості лазерного випромінювання позитивно впливати на стан шкіри. Тому його активно застосовують у косметології та дерматології.
Залежно від свого типу, шкіра людини по-різному поглинає промені та реагує на них. Апарати лазерного випромінювання можуть створити потрібну довжину хвилі у кожному конкретному випадку.
Застосування:
- епіляція – руйнування волосяної цибулини та видалення волосся;
- лікування вугрової висипки;
- видалення пігментних та родимих плям;
- шліфування шкіри;
- застосування при бактеріальному ураженні епідермісу (знезаражує, вбиває патогенну мікрофлору), випромінювання лазера попереджає поширення інфекції.
Офтальмологія – це перша галузь, яка застосувала лазерне випромінювання. Напрямки у застосуванні лазерів у мікрохірургії ока:
- лазеркоагуляція – використання термічних властивостей для лікування судинних захворювань ока (ураження судин рогівки, сітківки);
- фотодеструкція – розсічення тканин на піку потужності лазера (вторинна катаракта та її розсічення);
- фотовипар - тривала дія тепла, застосовують при запальних процесах очного нерва, при кон'юнктивіті;
- фотоабляція – поступове видалення тканин, що використовують для лікування дистрофічних змін рогівки, усуває її помутніння, операційне лікування глаукоми;
- лазерстимуляція – має протизапальну, розсмоктуючу дію, покращує трофіку ока, застосовується для лікування склеритів, ексудації в камері ока, гемофтальмів.
Лазерне опромінення використовується при онкологічних захворюваннях шкіри. Найбільш ефективний лазер для видалення меланобластоми.Іноді метод застосовують для лікування раку стравоходу або прямої кишки 1-2 стадії. При глибокому розташуванні пухлини та метастазах лазер не ефективний.
Яку небезпеку становить лазер для людини
Вплив лазерного випромінювання на організм людини може бути негативним. Опромінення може бути прямим, розсіяним та відбитим. Негативний вплив забезпечується світловими та тепловими властивостями променів. Ступінь ураження залежить від кількох факторів – довжина електромагнітної хвилі, місце локалізації дії, поглинальна здатність тканин.
Найбільш схильні до впливу лазерної енергії ока. Сітківка ока дуже чутлива, тому часто трапляються її опіки. Наслідки – часткова втрата зору, необоротна сліпота.Джерело лазерного випромінювання – інфрачервоні прилади-випромінювачі видимого світла.
Симптоми ураження райдужної оболонки, сітківки, рогівки, кришталика лазером:
- хворобливі відчуття та спазми в оці;
- набряк повік;
- крововиливи;
- помутніння кришталика.
При опроміненні середньої інтенсивності з'являються термічні опіки шкіри. У місці контакту лазера та шкіри різко підвищується температура. Відбувається закипання та випаровування внутрішньоклітинної та міжтканинної рідини. Шкіра стає червоною. Під тиском відбувається розрив тканинних структур. На шкірі з'являється набряк, у деяких випадках внутрішньошкірні крововиливи. Згодом дома опіку з'являються некротичні (омертвілі) ділянки. У важких випадках обвуглювання шкіри відбувається миттєво.
Відмітна ознака лазерного опіку – чіткі межі ураження шкіри, а бульбашки утворюються в епідермісі, а чи не під ним.
При розсіяному ураженні шкіри у місці ураження вона стає нечутливою, а еритема з'являється через кілька днів.
Лазерне випромінювання інфрачервоного спектра може проникати глибоко через тканини та вражати внутрішні органи. Характерність глибокого опіку – чергування здорової та пошкодженої тканини. Спочатку при дії променів людина не відчуває болю. Найбільш уразливий орган – печінка.
Вплив випромінювання на організм в цілому викликає функціональні розлади центральної нервової системи, серцево-судинної діяльності
Ознаки:
- перепади артеріального тиску;
- підвищена пітливість;
- незрозуміла загальна стомлюваність;
- дратівливість.
Запобіжні заходи та захисту від лазерного випромінювання
Найбільш ризику опромінення схильні люди, діяльність яких пов'язана із застосуванням квантових генераторів.
Відповідно до санітарних норм лазерне випромінювання поділяється на чотири класи небезпеки. Для організму людини небезпека становить другий, третій, четвертий класи.
Технічні методи захисту від лазерного випромінювання:
- Правильне планування промислових приміщень, внутрішнє оздоблення має відповідати правилам техніки безпеки (лазерні промені не повинні віддзеркалюватися дзеркально).
- Відповідне розміщення випромінюючих установок.
- Огородження зони можливого опромінення.
- Порядок та дотримання правил обслуговування та експлуатації обладнання.
Ще один захист від лазера – індивідуальний. Вона включає такі засоби: окуляри від лазерного випромінювання, захисні кожухи та екрани, комплект спецодягу (технологічні халати та рукавички), лінзи та призми, що відображають промені. Усі працівники регулярно повинні проходити профілактичні медичні огляди.
Використання лазера у побуті також буває небезпечним здоров'ю. Неправильна експлуатація світлових вказівок, лазерних ліхтариків може завдати непоправної шкоди людині. Захист від лазерного випромінювання передбачає прості правила:
- Не можна направляти джерело випромінювання на стекла та дзеркала.
- Категорично заборонено спрямовувати лазер у вічі собі чи іншій людині.
- Зберігати гаджети з лазерним випромінюванням необхідно у недоступному для дітей місці.
Дія лазера, залежно від модифікації випромінювача, буває тепловим, енергетичним, фотохімічним та механічним. Найбільшу небезпеку представляє лазер із прямим випромінюванням, з великою інтенсивністю, вузькою та обмеженою спрямованістю променя, високою щільністю випромінювання. До небезпечних факторів, що сприяють отриманню опромінення, відноситься висока виробнича напруга в мережі, забруднення повітря хімічними речовинами, Інтенсивний шум, рентгенівське випромінювання. Біологічні ефекти від лазерного випромінювання діляться на первинні (місцевий опік), і вторинні (неспецифічні зміни як реакція у відповідь всього організму). Слід пам'ятати, що бездумне застосування саморобних лазерів, світлових указок, світильників, лазерних ліхтариків може завдати непоправної шкоди оточуючим.
Оптичні квантові генератори (ОКГ, лазери) - прилади, що є джерелом світлового випромінювання абсолютно нового типу. На відміну від променя будь-якого відомого джерела світла, що несе в собі електромагнітні хвилі різної довжини, лазерний промінь монохроматичний (електромагнітні хвилі строго однієї довжини), відрізняється високою тимчасовою та просторовою когерентністю (всі хвилі генеруються одночасно в одній фазі), вузькою спрямованістю, що обумовлює точну фокусування у малому обсязі. Тому щільність потужності лазерного випромінювання у імпульсі може бути величезна.
Є різного типулазери: твердотільні, де випромінювачем є тверде тіло- рубін, неодим та ін, газові лазери (гелій-неонові, аргонові та ін), рідинні та напівпровідникові. Лазери можуть працювати в безперервному та імпульсному режимі.
Випромінювання ОКГ характеризується такими основними параметрами: довжина хвилі (мкм), потужність (Вт), щільність потоку потужності (Вт/см2), енергія випромінювання (Дж) та кутова розбіжність променя (кут. хв).
Сфера застосування ОКГ дуже широка: у різних галузях народного господарства, у техніці зв'язку (дозволяє передавати велику кількість інформації), у мікроелектронній, годинній промисловості, при зварюванні, пайці та ін., у наукових дослідженнях, у освоєнні космосу.
Унікальність лазерного променя - отримання великої потужності випромінювання на дуже маленькій площі, повна стерильність - дозволяє застосовувати його в хірургії для коагуляції тканин при операціях на сітківці, як новий дослідний інструмент в експериментальній біології, в цитології (промінь може досягати окремих органоїдів, не пошкоджуючи всю клітину), та ін.
Дедалі більше осіб втягується у сферу впливу лазерів; таким чином, цей вид випромінювання набуває значення дуже серйозного професійно-гігієнічного фактора.
У виробничих умовах найбільшу небезпеку становить не прямий світловий промінь, дія якого можлива лише при грубому порушенні правил техніки безпеки, а дифузне відображення та розсіювання променя (при візуальному контролі за попаданням променя на мішень, при спостереженні за приладами поблизу ходу променя, при відображенні від стін та інших поверхонь). Особливо небезпечні дзеркально відбивають поверхні. Хоча інтенсивність відбитого променя невелика, проте можливе перевищення безпечних для очей рівнів енергії. У лабораторіях, де працюють з імпульсними ОКГ, є додаткові несприятливі фактори: постійний (80-00 дБ) та імпульсний (до 120 дБ і більше) шум, сліпуче світло ламп накачки, втома зорового аналізатора, нервово-емоційна напруга, газ середовищі – озон, оксиди азоту; ультрафіолетове випромінювання і т.д.
Біологічна дія лазерів
Біологічна дія лазерів обумовлена двома основними критеріями: 1) фізичною характеристикоюлазера (довжина хвилі випромінювання лазера, безперервний або імпульсний режим опромінення, тривалість імпульсу, швидкість повторення імпульсів, питома потужність); 2) абсорбційною характеристикою тканин. Властивості самої біологічної структури (поглинаюча здатність, що відображає) впливають на ефекти біологічної дії лазера.
Дія лазера багатогранно – електрична, фотохімічна; основна дія – теплова. Найбільш небезпечні лазери із великою енергією в імпульсі.
Прямий світловий монохроматичний імпульс викликає у здоровій тканині локальний опік - коагуляцію білків, місцевий некроз, різко відмежований від суміжної області, асептичне запалення з подальшим розвитком сполучнотканинного рубця. При інтенсивному опроміненні – розлади васкуляризації, крововиливу в паренхіматозних органах. При повторних опроміненнях патологічний ефект зростає. Найбільш чутливі очей (рогівка та кришталик фокусують випромінювання на сітківці) та шкіра, особливо пігментована.
Клініка
При прямому влученні лазерного променя в око – опік сітківки, розриви її. Можуть бути уражені рогівка, райдужна оболонка, кришталик, шкіра повік. Поразка, зазвичай, носить незворотний характер.
Для очей небезпечне не тільки пряме, але й розсіяне відбите випромінювання від будь-якої поверхні. При тривалому впливі останнього найчастіше виявляються голчасті, стрілоподібні, рідше – точкові помутніння кришталика. На сітківці – світлі, жовтувато-білі, депігментовані осередки. При дослідженні функціонального стану зорового аналізатора визначаються зниження світлової та контрастної чутливості, збільшення часу відновлення адаптації, зміни світлової чутливості. Характерні скарги на біль і тиск в очних яблуках, різь в очах, стомлено око до кінця робочого дня, головний біль.
Крім поразки органу зору, під час роботи з ОКГ розвивається комплекс неспецифічних реакцій із боку різних органів прокуратури та систем.
Клініка загальних порушень складається з вегетативної дисфункції із приєднанням невротичних реакцій на астенічному тлі. У міру збільшення професійного стажу наростає частота нейроциркуляторної дистонії за гіпотонічним або гіпертонічним варіантами залежно від характеру лазерного випромінювання (безперервний, імпульсний), а також ступінь невротизації.
Спостерігаються також порушення функції вестибулярного апарату як у бік підвищення, і зниження його збудливості. Частота цих порушень теж зростає зі збільшенням професійного стажу.
З біохімічних показників характерні підвищення рівня аміаку в крові, збільшення активності лужної фосфатази і трансфераз, зміна екскреції катехоламінів.
В експерименті на тваринах при дії невеликих інтенсивностей енергії відзначаються зміни мозкового кровотоку, пов'язані зі зміною системної гемодинаміки. Встановлено дію лазерної енергії на гіпоталамо-гіпофізарну систему.
Експертиза працездатності
При розвитку функціональних порушень центральної нервової системи, серцево-судинного апарату рекомендуються лікування та тимчасовий переведення на іншу роботу; повернення працювати за поліпшенні стану (під лікарським наглядом) і за умови поліпшення умов праці. Поразка очей є протипоказанням до подальшої роботи з лазером.
Профілактика
Раціональна організація умов праці лабораторії Розміщення лазера у ізольованому приміщенні. Система сигналізації, що забезпечує безпеку під час роботи лазера. Уникати застосування поверхонь, що відбивають. Пучок лазера повинен бути спрямований на фон, що не відображає і незаймистий. Забарвлення стін матове - у світлих тонах. Екранування променя (особливо потужного ОКГ) протягом від випромінювача до об'єктива. Категорично забороняється перебування людей у небезпечній зоні випромінювання ОКГ під час роботи лазера. Забороняється перебування у лабораторії осіб, не зайнятих обслуговуванням лазера. Ефективна вентиляція. Загальне та місцеве освітлення. Суворе дотримання вимог електробезпеки, заходів індивідуального захисту. Застосування спеціально сконструйованих захисних окулярів (кожній довжині хвилі свій батьківський фільтр). Робота в умовах загального яскравого освітлення з метою звуження зіниці. При роботі з високими енергіями уникати контакту будь-якої частини тіла з прямим променем, рекомендується носити чорні фетрові або шкіряні рукавички. Суворий офтальмологічний контроль. Попередні та періодичні медичні огляди.
1. Проходження монохроматичного світла через прозоре середовище.
2. Створення інверсної населеності. Способи накачування.
3. Принцип впливу лазера. Типи лазерів.
4. Особливості лазерного випромінювання.
5. Характеристики лазерного випромінювання, що застосовується у медицині.
6. Зміни властивостей тканини та її температури під дією безперервного потужного лазерного випромінювання.
7. Використання лазерного випромінювання у медицині.
8. Основні поняття та формули.
9. Завдання.
Ми знаємо, що світло випускається окремими порціями - фотонами, кожен із яких виникає в результаті випромінювального переходу атома, молекули або іона. Природне світло - це сукупність великої кількості таких фотонів, що розрізняються за частотою і фазою, випущених у випадкові моменти часу у випадкових напрямках. Отримання потужних пучків монохроматичного світла з допомогою природних джерел – завдання практично нерозв'язне. У той самий час потреба у таких пучках відчувалася як фізиками, і фахівцями багатьох прикладних наук. Створення лазера дозволило вирішити це завдання.
Лазер- пристрій, що генерує когерентні електромагнітні хвилі за рахунок вимушеного випромінювання мікрочастинок середовища, в якому створено високий ступінь збудження одного з енергетичних рівнів.
Лазер - посилення світла за допомогою вимушеного випромінювання.
Інтенсивність лазерного випромінювання (ЛИ) у багато разів перевищує інтенсивність природних джерел світла, а розбіжність лазерного променя менше однієї кутової хвилини (10 -4 рад).
31.1. Проходження монохроматичного світла через прозоре середовище
У лекції 27 ми з'ясували, що проходження світла через речовину супроводжується як фотонним збудженнямйого частинок, а також актами вимушеного випромінювання.Розглянемо динаміку цих процесів. Нехай серед поширюється монохроматичнийсвітло, частота якого (ν) відповідає переходу частинок цього середовища з основного рівня (E 1) на збуджений (Е 2):
Фотони, що потрапляють до частинок, що перебувають у основному стані, будуть поглинатися,а самі частки переходитимуть у збуджений стан Е 2 (див. рис. 27.4). Фотони, які потрапляють до збуджених частинок, ініціюють вимушене випромінювання (див. рис. 27.5). При цьому відбувається подвоєння фотонів.
В стані теплової рівновагиспіввідношення між числом збуджених (N 2) та незбуджених (N 1) частинок підпорядковується розподілу Больцмана:
де k – постійна Больцмана, T – абсолютна температура.
При цьому N 1 >N 2 поглинання домінує над подвоєнням. Отже, інтенсивність світла, що виходить, I буде менше інтенсивності падаючого світла I 0 (рис. 31.1).
Рис. 31.1.Ослаблення світла, що проходить через середовище, в якому ступінь збудження менший за 50 % (N 1 > N 2)
У міру поглинання світла ступінь збудження зростатиме. Коли вона досягне 50% (N 1 = N 2), між поглинаннямі подвоєннямвстановиться рівновага, тому що ймовірності попадання фотонів у збуджену та незбуджену частинки стануть однаковими. Якщо освітлення середовища припиниться, то через деякий час середовище повернеться до початкового стану, що відповідає розподілу Больцмана (N 1 > N 2). Зробимо попередній висновок:
При освітленні середовища монохроматичним світлом (31.1) неможливо досягти такого стану середовища, у якому ступінь порушення перевищує 50 %. І все-таки давайте розглянемо питання про проходження світла через середовище, в якому якимось чином досягнуто стан N 2 > N 1 . Такий стан називається станом з інверсною населеністю(Від лат. inversio- Перевертання).
Інверсне населення- такий стан середовища, у якому число частинок одному з верхніх рівнів більше, ніж нижньому.
У середовищі з інверсною населеністю можливість попадання фотона в збуджену частинку більше, ніж у збуджену. Тому процес подвоєння домінує над процесом поглинання та має місце посилення світла (рис. 31.2).
У міру проходження світла через середу з інверсною населеністю ступінь збудження знижуватиметься. Коли вона досягне 50%
Рис. 31.2.Посилення світла, що проходить через середовище з інверсною населеністю (N 2 > N 1)
(N 1 = N 2), між поглинаннямі подвоєннямвстановиться рівновага та ефект посилення світла зникне. Якщо освітлення середовища припиниться, через деякий час середовище повернеться у стан, відповідне розподілу Больцмана (N 1 > N 2).
Якщо вся ця енергія виділиться у випромінювальних переходах, ми отримаємо світловий імпульс величезної потужності. Правда, він ще не володітиме необхідною когерентністю і спрямованістю, але буде в високого ступенямонохроматичний (hv = E 2 - E 1). Це ще не лазер, але щось близьке.
31.2. Створення інверсної населеності. Способи накачування
Тож чи можна досягти інверсної населеності? Виявляється, можна, якщо використати триенергетичного рівня з наступною конфігурацією (рис. 31.3).
Нехай середа висвітлюється потужним спалахом світла. Частина спектра випромінювання буде поглинена в переході з основного рівня Е1 на широкий рівень Е3. Нагадаємо, що широкимє енергетичний рівень із малим часом релаксації. Тому більшість частинок, що потрапили на рівень збудження Е 3 безперервно переходить на вузький метастабільний рівень Е 2 де відбувається їх накопичення. Внаслідок вузькості цього рівня лише мала частка фотонів спалаху
Рис. 31.3.Створення інверсної населеності на метастабільному рівні
здатна викликати вимушений перехід Е2 → Е1. Цим і забезпечуються умови створення інверсної населеності.
Процес створення інверсної населеності називається накачуванням.У сучасних лазерах застосовуються різні види накачування.
Оптична накачування прозорих активних середовищ використовує імпульси світла від зовнішнього джерела.
Електророзрядне накачування газових активних середовищ використовує електричний розряд.
Інжекційне накачування напівпровідникових активних середовищ використовує електричний струм.
Хімічна накачування активного середовища із суміші газів використовує енергію хімічної реакціїміж компонентами суміші
31.3. Принцип впливу лазера. Типи лазерів
Функціональна схема лазера показано на рис. 31.4. Робоче тіло (активне середовище) є довгим вузьким циліндром, торці якого закриті двома дзеркалами. Одне із дзеркал (1) напівпрозоре. Така система називається оптичним резонатором.
Система накачування переводить частинки з основного рівня Е 1 на поглинальний рівень Е 3, звідки вони безвипромінно переходять на метастабільний рівень Е 2 створюючи його інверсну населеність. Після цього починаються спонтанні випромінювальні переходи Е 2 → Е 1 з випромінюванням монохроматичних фотонів:
Рис. 31.4.Схематичний пристрій лазера
Фотони спонтанного випромінювання, випущені під кутом до осі резонатора, виходять через бічну поверхнюі у процесі генерації не беруть участь. Їхній потік швидко вичерпується.
Фотони, які після спонтанного випромінювання рухаються вздовж осі резонатора, багаторазово проходять через робоче тіло, відбиваючись від дзеркал. При цьому вони взаємодіють із збудженими частинками, ініціюючи вимушене випромінювання. За рахунок цього відбувається лавиноподібне наростання індукованих фотонів, що рухаються в тому ж напрямку. Багаторазово посилений потік фотонів виходить через напівпрозоре дзеркало, створюючи потужний пучок майже паралельних когерентних променів. Фактично лазерне випромінювання породжується першимспонтанним фотоном, що рухається вздовж осі резонатора. Це забезпечує когерентність випромінювання.
Таким чином, лазер перетворює енергію джерела накачування на енергію монохроматичного когерентного світла. Ефективність такого перетворення, тобто. ККД залежить від типу лазера і лежить в діапазоні від часток відсотка до декількох десятків відсотків. Більшість лазерів ККД становить 0,1-1 %.
Типи лазерів
Перший створений лазер (1960 р.) використовував як робоче тіло рубін і оптичну систему накачування. Рубін - це кристалічний окис алюмінію А1 2 Про 3 містить близько 0,05% атомів хрому (саме хром надає рубіну рожевий колір). Атоми хрому, впроваджені в кристалічні ґрати, є активним середовищем
зі зміною енергетичних рівнів, зображеною на рис. 31.3. Довжина хвилі випромінювання рубінового лазера дорівнює λ = 694,3 нм. Потім з'явилися лазери, які використовують інші активні середовища.
Залежно від типу робочого тіла лазери поділяються на газові, твердотільні, рідинні, напівпровідникові. У твердотільних лазерах активний елемент зазвичай виготовляється у вигляді циліндра, довжина якого набагато більша за його діаметр. Газові та рідкі активні середовища поміщають у циліндричну кювету.
Залежно від способу накачування можна отримати безперервну та імпульсну генерацію лазерного випромінювання. При безперервній системі накачування інверсія населення підтримується тривалий час за рахунок зовнішнього джерела енергії. Наприклад, безперервне збудження електричним розрядом у газовому середовищі. При імпульсної системі накачування інверсія населення створюється в імпульсному режимі. Частота проходження імпульсів від 10 -3
Гц до 103 Гц.
31.4. Особливості лазерного випромінювання
Лазерне випромінювання своїми властивостями значно відрізняється від випромінювання звичайних джерел світла. Зазначимо його характерні риси.
1. Когерентність.Випромінювання є висококогерентним,що зумовлено властивостями вимушеного випромінювання. У цьому має місце як тимчасова, а й просторова когерентність: різниця фаз у двох точках площині, перпендикулярної напряму поширення, зберігається постійної (рис. 31.5, а).
2. Колімованість.Лазерне випромінювання є колімованим,тобто. всі промені в пучку майже паралельні один одному (рис. 31.5 б). На великій відстані лазерний пучок лише трохи збільшується в діаметрі. Оскільки кут розбіжності φ малий, то інтенсивність лазерного пучка слабо зменшується з відстанню. Це дозволяє передавати сигнали на великі відстані при малому ослабленні їхньої інтенсивності.
3. Монохроматичність.Лазерне випромінювання є в високого ступеня монохроматичним,тобто. містить хвилі практично однакової частоти (ширина спектральної лінії становить Δλ ≈0,01 нм). На
малюнку 31.5, наведено схематичне порівняння ширини лінії лазерного променя і променя звичайного світла.
Рис. 31.5.Когерентність (а), колімованість (б), монохроматичність (в) лазерного випромінювання
До появи лазерів випромінювання з деяким ступенем монохроматичності вдавалося отримати за допомогою приладів - монохроматорів, що виділяють із суцільного спектра вузькі спектральні інтервали (вузькі смуги довжин хвиль), проте потужність світла таких смугах мала.
4. Висока потужність.За допомогою лазера можна забезпечити дуже високу потужність монохроматичного випромінювання – до 10 5 Вт у безперервному режимі. Потужність імпульсних лазерів на кілька порядків вища. Так, неодимовий лазер генерує імпульс з енергією Е = 75 Дж, тривалість якого t = 3х10-12 с. Потужність в імпульсі дорівнює Р = Е/t = 2,5 х10 13 Вт (для порівняння: потужність ГЕС становить Р ~ 109 Вт).
5. Висока інтенсивність.У імпульсних лазерах інтенсивність лазерного випромінювання дуже висока може досягати I = 10 14 -10 16 Вт/см 2 (порівн. інтенсивність сонячного світла поблизу земної поверхні I = 0,1 Вт/см 2).
6. Висока яскравість.У лазерів, що працюють у видимому діапазоні, яскравістьлазерного випромінювання (сила світла з одиниці поверхні) дуже велика. Навіть найслабші лазери мають яскравість 1015 кд/м2 (для порівняння: яскравість Сонця L ~ 109 кд/м2).
7. Тиск.При падінні лазерного променя на поверхню тіла створюється тиск(Д). При повному поглинанні лазерного випромінювання, що падає перпендикулярно до поверхні, створюється тиск Д = I/c, де I -інтенсивність випромінювання, з - швидкість світла у вакуумі. При повному відображенні величина тиску вдвічі більша. Для інтенсивності I = 1014 Вт/см 2 = 1018 Вт/м 2 ; Д = 3,3 х10 9 Па = 33000 атм.
8. Поляризованість.Лазерне випромінювання повністю поляризовано.
31.5. Характеристики лазерного випромінювання, що застосовується в медицині
Довжина хвилі випромінювання
Довжини хвиль випромінювання (λ) медичних лазерів лежать діапазоні 0,2 -10 мкм, тобто. від ультрафіолетової до далекої інфрачервоної області.
Потужність випромінювання
Потужність випромінювання (P) медичних лазерів варіюється в широких межах, що визначаються цілями застосування. У лазерів з безперервним накачуванням Р = 0,01-100 Вт. Імпульсні лазери характеризуються потужністю в імпульсі Р та тривалістю імпульсу τ і
Для хірургічних лазерів Р і = 103 -108 Вт, а тривалість імпульсу т і = 10 -9 -10 -3 с.
Енергія в імпульсі випромінювання
Енергія одного імпульсу лазерного випромінювання (Е і) визначається співвідношенням Е і = Р і -т і де т і - тривалість імпульсу випромінювання (зазвичай т і = 10 -9 -10 -3 с). Для хірургічних лазерів Е та = 0,1-10 Дж.
Частота проходження імпульсів
Ця характеристика (f) імпульсних лазерів показує кількість імпульсів випромінювання, що генеруються лазером за 1 с. Для терапевтичних лазерів f = 10-3000 Гц, для хірургічних f = 1-100 Гц.
Середня потужність випромінювання
Ця характеристика (Р ср) імпульсно-періодичних лазерів показує, яку енергію лазер випромінює за 1, і визначається наступним співвідношенням:
Інтенсивність (щільність потужності)
Ця характеристика (I) окреслюється відношення потужності лазерного випромінювання до площі поперечного перерізу пучка. Для безперервних лазерів I = P/S. У разі імпульсних лазерів розрізняють інтенсивність у імпульсі I і = P і /S та середню інтенсивність I ср = Р ср /S.
Інтенсивність хірургічних лазерів та тиск, що створюється їх випромінюванням, мають такі значення:
для безперервних лазерів I ~ 10 3 Вт/см 2 Д = 0,033 Па;
для імпульсних лазерів I і ~ 10 5 -10 11 Вт/см 2 Д = 3,3 - 3,3х10 6 Па.
Щільність енергії в імпульсі
Ця величина (W) характеризує енергію, яка припадає на одиницю площі опромінюваної поверхні за один імпульс і визначається співвідношенням W = E і /S, де S (см 2) - площа світлової плями (тобто поперечного перерізу лазерного променя) на поверхні біотканини. У лазерів, що використовуються в хірургії, W 100 Дж/см 2 .
Параметр W можна як дозу опромінення D за 1 імпульс.
31.6. Зміни властивостей тканини та її температури під дією безперервного потужного лазерного випромінювання
Зміна температури та властивостей тканини
під дією безперервного лазерного випромінювання
Поглинання потужного лазерного випромінювання біологічною тканиною супроводжується виділенням теплоти. Для розрахунку теплоти, що виділяється, використовують спеціальну величину - об'ємну щільність теплоти(q).
Виділення теплоти супроводжується підвищенням температури та в тканинах протікають такі процеси:
при 40-60°С мають місце активація ферментів, утворення набряків, зміна та залежно від часу дії загибель клітин денатурація протеїну, початок коагуляції та некрози;
при 60-80 ° С - денатурація колагену, дефекти мембран; при 100 ° С - зневоднення, випарювання тканинної води; понад 150 ° С - обвуглювання;
понад 300 ° С - випарювання тканини, газоутворення. Динаміка перебігу цих процесів зображено на рис. 31.6.
Рис. 31.6.Динаміка зміни температури тканини під впливом безперервного лазерного випромінювання
1 фаза.Спочатку температура тканини збільшується від 37 до 100 °С. У цьому діапазоні температур термодинамічні властивості тканини залишаються практично незмінними і відбувається лінійне зростання температури з часом (α = const і I = const).
2 фаза.При температурі 100 ° С починається випаровування тканинної води, і до закінчення цього процесу температура залишається постійною.
3 фаза.Після випарювання води температура знову починає зростати, але повільніше, ніж на ділянці 1, так як зневоднена тканина поглинає енергію слабше за нормальну.
4 фаза.Після досягнення температури Т ≈ 150 °С починається процес обвуглювання і, отже, «почорніння» біотканини. У цьому коефіцієнт поглинання α зростає. Тому спостерігається нелінійне зростання температури, що прискорюється з часом.
5 фаза.Після досягнення температури Т ≈ 300 °С починається процес випаровування обезводненої обвугленої біотканини і зростання температури знову припиняється. Саме на цей момент лазерний промінь розсікає (видаляє) тканину, тобто. стає скальпелем.
Ступінь підвищення температури залежить від глибини залягання тканини (рис. 31.7).
Рис. 31.7.Процеси, що протікають у опромінених тканинах на різній глибині: а- у поверхневому шарі тканина нагрівається до кількох сотень градусів та випаровується; б- Потужність випромінювання, ослабленого верхнім шаром, недостатня для випаровування тканини. Відбувається коагуляція тканини (іноді разом з обвуглюванням - чорна жирна лінія); в- відбувається нагрівання тканини внаслідок передачі теплоти із зони (б)
Протяжності окремих зон визначаються як характеристиками лазерного випромінювання, і властивостями самої тканини (насамперед коефіцієнтами поглинання і теплопровідності).
Вплив потужного сфокусованого пучка лазерного випромінювання супроводжується виникненням ударних хвиль, які можуть спричинити механічне пошкодження прилеглих тканин.
Абляція тканини під впливом потужного імпульсного лазерного випромінювання
При дії на тканину коротких імпульсів лазерного випромінювання з високою щільністю енергії реалізується інший механізм розсічення та видалення біотканини. У цьому випадку відбувається дуже швидке нагрівання тканинної рідини до температури Т > Т кип. При цьому тканинна рідина виявляється у метастабільному перегрітому стані. Потім відбувається «вибухове» закипання тканинної рідини, яке супроводжується видаленням тканини без обвуглювання. Це явище називається абляцією.Абляція супроводжується генерацією механічних ударних хвиль, здатних викликати механічне пошкодження тканин на околицях зони лазерного впливу. Цей факт необхідно враховувати при виборі параметрів імпульсного лазерного випромінювання, наприклад, при шліфуванні шкіри, свердлінні зубів або при лазерній корекції гостроти зору.
31.7. Використання лазерного випромінювання у медицині
Процеси, що характеризують взаємодію лазерного випромінювання (ЛІ) з біооб'єктами, можна розділити на 3 групи:
непорушний вплив(не надає помітного на біооб'єкт);
фотохімічна дія(збуджена лазером частка або сама бере участь у відповідних хімічних реакціях, або передає своє порушення іншій частинці, що бере участь у хімічній реакції);
фоторуйнування(за рахунок виділення тепла чи ударних хвиль).
Лазерна діагностика
Лазерна діагностика є необурюючою дією на біооб'єкт, що використовує когерентністьлазерного випромінювання Перелічимо основні методи діагностики.
Інтерферометрія.При відображенні лазерного випромінювання від шорсткої поверхні з'являються вторинні хвилі, які інтерферують між собою. В результаті утворюється картина темних та світлих плям (спеклів), розташування яких дає інформацію про поверхню біооб'єкта (метод спеклоінтерферометрії).
Голографія.За допомогою лазерного випромінювання одержують 3-мірне зображення об'єкта. У медицині цей метод дозволяє отримувати об'ємні зображення внутрішніх порожнин шлунка, очі тощо.
Розсіювання світла.При проходженні гостронаправленого лазерного пучка через прозорий об'єкт відбувається розсіювання світла. Реєстрація кутової залежності інтенсивності розсіяного світла (метод нефелометрії) дозволяє визначати розміри частинок середовища (від 0,02 до 300 мкм) та ступінь їхньої деформації.
При розсіюванні може змінюватись поляризація світла, що також використовується в діагностиці (метод поляризаційної нефелометрії).
Ефект Доплера.Цей метод заснований на вимірюванні доплерівського зсуву частоти ЛІ, який виникає при відображенні світла навіть від часток, що повільно рухаються (метод аненометрії). У такий спосіб вимірюється швидкість кровотоку в судинах, рухливість бактерій тощо.
Квазіпружне розсіювання.При такому розсіюванні відбувається незначна зміна довжини хвилі зондуючого. Причина цього - зміна у процесі вимірювання властивостей (конфігурації, конформації частинок). Тимчасові зміни параметрів поверхні, що розсіює, проявляються в зміні спектру розсіювання в порівнянні зі спектром подаючого випромінювання (спектр розсіювання або розширюється, або в ньому з'являються додаткові максимуми). Даний метод дозволяє отримувати інформацію про мінливі характеристики розсіювачів: коефіцієнт дифузії, швидкість спрямованого транспорту, розміри. Так здійснюється діагностика макромолекул білків.
Лазерна мас-спектроскопія.Цей метод використовують для дослідження хімічного складуоб'єкт. Потужні пучки лазерного випромінювання випаровують речовину з біооб'єкта. Пари піддають мас-спектрального аналізу, за результатами якого судять про склад речовини.
Лазерний аналіз крові.Лазерний промінь, що пропускається через вузький кварцовий капіляр, яким прокачується спеціально оброблена кров, викликає флуоресценцію її клітин. Флуоресцентне світіння потім уловлюється чутливим датчиком. Це світіння специфічне для кожного типу клітин, що проходять поодинці через переріз лазерного променя. Підраховується загальна кількість клітин у заданому обсязі крові. Визначаються точні кількісні показники щодо кожного типу клітин.
Метод фоторуйнування.Його використовують для дослідження поверхневого складуоб'єкт. Потужні пучки дозволяють брати мікропроби з поверхні біооб'єктів шляхом випаровування речовини і подальшого мас-спектрального аналізу цієї пари.
Використання лазерного випромінювання у терапії
У терапії використовують низькоінтенсивні лазери (інтенсивність 0,1-10 Вт/см 2 ). Низькоінтенсивне випромінювання не викликає помітного деструктивного впливу на тканини безпосередньо під час опромінення. У видимій та ультрафіолетовій областях спектру ефекти опромінення обумовлені фотохімічними реакціями і не відрізняються від ефектів, що викликаються монохроматичним світлом, отриманим від звичайних джерел некогерентних. У цих випадках лазери є просто зручними монохроматичними джерелами світла, забезпеч-
Рис. 31.8.Схема застосування лазерного джерела для внутрішньосудинного опромінення крові
такими, що мають точну локалізацію та дозування впливу. Як приклад на рис. 31.8 наведено схему використання джерела лазерного випромінювання для внутрішньосудинного опромінення крові у хворих з серцевою недостатністю.
Нижче вказано найпоширеніші методи лазеротерапії.
Терапія за допомогою червоного світла.Випромінювання Не-Ne лазера з довжиною хвилі 632,8 нм використовується із протизапальною метою для лікування ран, виразок, ішемічної хвороби серця. Лікувальний ефект пов'язаний із впливом світла цієї довжини хвилі на проліферативну активність клітини. Світло виступає у ролі регулятора клітинного метаболізму.
Терапія за допомогою синього світла.Лазерне випромінювання з довжиною хвилі у синій області видимого світла використовується, наприклад, для лікування жовтяниці новонароджених. Це захворювання - наслідок різкого зростання в організмі концентрації білірубіну, який має максимум поглинання у синій ділянці. Якщо опромінювати дітей лазерним випромінюванням такого діапазону, то білірубін розпадається, утворюючи водорозчинні продукти.
Лазерофізіотерапіявикористання лазерного випромінювання при поєднанні з різними методами електрофізіотерапії Деякі лазери мають магнітні насадки для поєднаної дії лазерного випромінювання та магнітного поля- магнітолазеротерапії. До них відноситься магніто-інфрачервоний лазерний терапевтичний апарат "Мільта".
Ефективність лазеротерапії збільшується при поєднаній дії з лікарськими речовинами, попередньо нанесеними на опромінювану зону (лазерофорез).
Фотодинамічна терапія пухлин.Фотодинамічна терапія (ФДТ) використовується для видалення пухлин, доступних для опромінення світлом. ФДТ заснована на застосуванні фотосенсибілізаторів, що локалізуються в пухлинах, що підвищують чутливість тканин при їх
подальшому опроміненні видимим світлом. Руйнування пухлин при ФДТ засноване на трьох ефектах: 1) пряме фотохімічне знищення клітин пухлини; 2) пошкодження кровоносних судин пухлини, що призводить до ішемії та загибелі пухлини; 3) виникнення запальної реакції, що мобілізує протипухлинний імунний захист тканин організму.
Для опромінення пухлин, що містять фотосенсибілізатори, використовують лазерне випромінювання з довжиною хвилі 600-850 нм. У цій галузі спектра глибина проникнення світла у біологічні тканини максимальна.
Фотодинамічна терапія застосовується при лікуванні пухлин шкіри, внутрішніх органів: легень, стравоходу (при цьому до внутрішніх органів лазерне випромінювання доставляється за допомогою світловодів).
Використання лазерного випромінювання у хірургії
У хірургії високоінтенсивні лазери використовуються для розтину тканин, видалення патологічних ділянок, зупинки кровотечі, зварювання біотканин. Вибираючи належним чином довжину хвилі випромінювання, його інтенсивність та тривалість дії, можна отримувати різні хірургічні ефекти. Так, для розрізання біологічних тканин використовується сфокусований промінь безперервного 2 -лазера, що має довжину хвилі λ = 10,6 мкм, потужність 2х10 3 Вт/см 2 .
Застосування лазерного променя в хірургії забезпечує вибіркове та контрольоване вплив. Лазерна хірургія має ряд переваг:
Безконтактність, що дає абсолютну стерильність;
Селективність, що дозволяє вибором довжини хвилі випромінювання дозовано руйнувати патологічні тканини, не торкаючись оточуючих здорових тканин;
Безкровність (за рахунок коагуляції білків);
Можливість мікрохірургічних впливів завдяки високому ступеню фокусування променя.
Вкажемо деякі галузі хірургічного застосування лазерів.
Лазерне зварювання тканин.З'єднання розсічених тканин є необхідним етапом багатьох операцій. На малюнку 31.9 показано, як зварювання одного зі стовбурів великого нерва здійснюється в контактному режимі з використанням припою, який
Рис. 31.9.Зварювання нерва за допомогою лазерного променя
краплями з піпетки подається за місцем лазіння.
Руйнування пігментованих ділянок.Лазери, що працюють в імпульсному режимі, застосовуються для руйнування пігментованих ділянок. Цей метод (Фототермоліз)використовується для лікування ангіом, татуювань, склеротичних бляшок у кровоносних судинах тощо.
Лазерна ендоскопіяВикористання ендоскопії здійснило корінний переворот в оперативній медицині. Щоб уникнути великих відкритих операцій, лазерне випромінювання доставляється до місця дії за допомогою волоконно-оптичних світловодів, які дозволяють підводити лазерне випромінювання до біотканин внутрішніх порожнистих органів. При цьому значно знижується ризик інфікування та виникнення післяопераційних ускладнень.
Лазерний пробій.Короткоімпульсні лазери у поєднанні зі світловодами застосовують для видалення бляшок у судинах, каменів у жовчному міхурі та нирках.
Лазери у офтальмології.Використання лазерів в офтальмології дозволяє виконувати безкровні оперативні втручання без порушення цілісності очного яблука. Це операції на склоподібному тілі; приварювання сітківки, що відшарувалася; лікування глаукоми шляхом «проколювання» лазерним променем отворів (діаметром 50÷100 мкм) для відтоку внутрішньоочної рідини. Пошарова абляція тканин рогівки застосовується при корекції зору.
31.8. Основні поняття та формули
Закінчення таблиці
31.9. Завдання
1. У молекулі фенілаланіну різниця енергій в основному та збудженому станах становить ΔЕ = 0,1 еВ. Знайти співвідношення між заселеностями цих рівнів за Т = 300 К.
Відповідь: n = 3,5 * 10 18 .
Властивості лазерного випромінювання дозволяють застосовувати їх у різних сферах життя. У медицині та косметології лазером лікують велику кількість захворювань та естетичних недоліків.
За допомогою скальпеля лазерного типу лікар створює безкровні розрізи, що забезпечується моментальним спаюванням капілярів та кровоносних судин. Крім того, користуючись подібним інструментарієм, у спеціаліста є можливість бачити всю робочу зону. Лазерний пучок розсікає шкірний покрив віддалено, не маючи прямого контакту з судинами та органами.
У цьому досягається стерильність. Висока концентрація лазера дає можливість проводити хірургічні втручання із мінімальними показниками травматизації. Хворі після таких операцій набагато швидше відновлюються, тобто працездатність повертається набагато швидше. Крім того, маніпуляції лазерним скальпелем не приносять жодного дискомфорту після операції.
Активний технологічний розвиток суттєво розширився можливості використання лазерного випромінювання. Вчені виявили позитивний вплив і стан шкірного покриву. З цієї причини лазер сьогодні часто використовують у дерматології та косметології.
Реакція та ступінь поглинання променів шкірним покривом залежить від його типу. Лазерні пристрої дозволяють регулювати довжину воли для кожної окремої ситуації. Застосування:
Однією з перших галузей, де почав активно застосовуватися лазер, є офтальмологія. Очна мікрохірургія виділяє такі напрямки, у яких використовується цей вид опромінення:
Крім того, лазер застосовується і при онкологічних патологіях шкірного покриву. Дуже хороші результати він демонструє під час усунення меланобластоми. У деяких випадках лазерна технологія застосовується для терапії раку ШКТ початкових стадій. Проте лазер неефективний за наявності метастаз та глибокої локалізації злоякісної освіти.
Небезпека для організму
Негативний вплив лазерного випромінювання на організм людини вже давно доведено. Опромінення буває відбитим, розсіяним та прямим. Згубний вплив обумовлено термічними та світловими властивостями лазера. Інтенсивність ураження визначається рівнем поглинання тканин, довжиною хвилі та ділянкою, на яку спрямовано вплив.
Більше інших частин тіла лазера можуть постраждати очні яблука. Рогівка вкрай чутлива, тому вона легко отримує опіки. З наслідків можна виділити різке зниження зорової функції чи абсолютну сліпоту. Джерелами випромінювання, зазвичай, є інфрачервоні лазерні випромінювачі. При ураженні кришталика, рогівки, сітківки або райдужки лазерним променем можуть спостерігатися такі ознаки:
- спазми та болі в очному яблуку;
- помутніння очного кришталика;
- крововиливу та набряклість повік.
Вразлива та людська шкіра. У місці контакту з лазерним променем збільшується температура. Міжтканинна та внутрішньоклітинна рідини починають швидко закипати та випаровуватися. На шкірному покриві з'являється почервоніння. Через деякий час на обпаленій ділянці можуть з'явитися омертвілі ділянки. При сильному впливі шкіра обвуглюється майже миттєво. Найголовніша ознака опіку лазером - суворі контури поразки, а бульбашки формуються не під епідермісом, а ньому.
Інфрачервоний лазер здатний вразити як шкірний покрив, а й внутрішні органи, оскільки проникає крізь тканини. Для глибокого опіку характерна черговість пошкодженої та здорової тканини. Спочатку після згубного впливу у людини немає жодного дискомфорту і болю. Найуразливішим внутрішнім органомвважається печінка.
Крім того, вплив лазера на організм людини викликає розлади ССС та ЦНС (серцево-судинної та центральної нервової системи відповідно). У потерпілого при цьому можуть спостерігатися рясна пітливість, уповільнення серцевого ритму, стрибки тиску та почуття дратівливості.
Заходи захисту та обережності
До групи ризику входять люди, робота яких передбачає використання квантових генераторів. Санітарні нормативи поділяють небезпеку лазерного випромінювання на чотири класи. Для людського організму можуть становити небезпеку всі класи, крім першого. До технічних варіантів захисту відносяться:
- грамотне облаштування приміщень промислового призначення та правильний вибір внутрішнього облицювання (лазер не повинен відбиватися від поверхонь);
- раціональне встановлення приладів-випромінювачів;
- огорожу ділянки, що піддається опроміненню;
- дотримання вимог щодо експлуатації та обслуговування лазерних установок.
Інші заходи захисту – індивідуальні. Вона передбачає застосування захисних окулярів, спецодягу, екранів, кожухів, призм та лінз.
Побутове застосування лазера теж може становити небезпеку для людського організму. Недотримання інструкції може призвести до дуже сумних наслідків. Захист у разі передбачає такі рекомендації:
Лазер може мати механічний, фотохімічний, енергетичний або тепловий вплив. Це залежить від типу використовуваного випромінювача. Найнебезпечнішим вважається пряме лазерне випромінювання, оскільки має максимальну інтенсивність. Думаючи про те, чи шкідливий лазер для здоров'я, слід запам'ятати, що нераціональне використання саморобних лазерних пристроїв, ліхтариків або світлових указів може завдати шкоди не тільки власнику, а й оточуючим.
