загрузка...
загрузка...
На головну

Дія лазерного випромінювання на очі

Дивіться також:
  1. Силовий дію магнітного поля. Закон Ампера. Сила Лоренса. Магнітна індукція, Напруженість магнітного поля. Магнітний потік і магнітна проникність.
  2. VI - VII. Методика, спрямована на виявлення особливостей батьківсько-дитячих відносин у минулому очима батька і очима дитини відповідно.
  3. Акомодаційні апарат очі
  4. Акомодаційні апарат очі
  5. Аналогія між радіоактивним розпадом і ослабленням потоку іонізуючого випромінювання
  6. Аномалії рефракції ока
  7. Антени зенітного випромінювання - Азі.
  8. Антропогенний вплив на зміну клімату
  9. Антропогенний вплив на зміну клімату
  10. Антропогенний вплив на компоненти природного середовища. види загрезнения
  11. Антропогенний вплив на лісові ресурси планети і його наслідки
  12. Антропогенний вплив людини на навколишнє середовище

Функціональна схема і деякі характеристики лазерів.

Тема 7. Лазерне випромінювання

Лазери використовуються для обробки матеріалів, для отримання високотемпературної плазми, для цілей зв'язку, в фізичних дослідженнях, в медицині, в оборонній техніці.

Разом з тим можливість величезної концентрації енергії аж до значень 1014-1015 Вт / см2 (В імпульсі тривалого близько 30 нс) є джерелом серйозної небезпеки для людей, які працюють з лазерами. Такі великі щільності потоку потужності невідомі ніде в природі. Для порівняння зазначимо, що щільність потужності випромінювання на поверхні Сонця становить приблизно 108 Вт / см2 (Постійне випромінювання). Лазерне випромінювання може викликати серйозні опіки, а при ураженні очей привести до сліпоти. Тому питань техніки безпеки при роботі з лазерами повинна приділятися велика увага.

Будь-оптичний квантовий генератор (лазер) складається з трьох головних елементів: активного речовини, джерела накачування, що приводить активна речовина в збуджений стан, і оптичного резонатора, що складається з двох паралельних один одному дзеркал (рис. 7.1). Головним елементом лазера є активна речовина, яка в збудженому стані має негативну провідність, яка утворюється внаслідок инверсной населеності енергетичних рівнів.

Наявність резонатора сприяє створенню позитивного зворотного зв'язку і підтримки режиму генерації. Одночасне синфазное випромінювання

багатьох атомів призводить до виникнення монохроматического когерентного узконаправленного випромінювання всього лазера в цілому. Для виведення цього

випромінювання назовні одне з дзеркал резонатора

робиться напівпрозорим.

Різні типи лазерів відрізняються один від одного видом застосовуваного активної речовини.

Як активна речовина можуть використовуватися кристали рубіна, спеціальні види стекол (твердотільні лазери), напівпровідники (напівпровідникові лазери), різні гази або суміші газів (газові лазери) або рідини (рідинні лазери). Всі ці типи лазерів розрізняються по конструкції і параметрів випромінювання.

Як приклад наведемо параметри різання матеріалів променями лазерів (таблиця 7.1).

Таблиця 7.1

 матеріал  Глибина різання, мм  Швидкість, різання, мм / хв  Ширина розрізу, мм  Потужність випромінювання, кВт
 алюміній  12,7  1,02
 Нержавіюча сталь  6,3  1,02
 Фанера  25,4  1,52
 Скло  9,5  1,02
 бетон  38,1  6,30

В імпульсному режимі роботи лазерів, особливо в режимі модуляції добротності, виникають великі імпульсні значення щільності потужності випромінювання і напруги електричного поля. При цьому велику роль відіграє ударна хвиля, що виникає внаслідок вибухового розширення випаровується матеріалу, тиску випромінювання і електрострикційних ефекту, т. Е. Зсуву частинок матеріалу під дією електричного поля.

7.2. Основні закономірності поглинання лазерного випромінювання
 живою тканиною

При впливі лазерного випромінювання на організм відбувається велике число різних біологічних реакцій, що йдуть паралельно і призводять часто до зовсім протилежних ефектів, що створює великі труднощі при вивченні цих реакцій. Розпад одних великих молекул і синтез інших, окислення продуктів обміну, зміна швидкості реакції, порушення звичної ланцюжка біологічних процесів, зрушення в кислотно-лужній рівновазі тканин і органів і багато іншого складають сутність біологічної дії лазерного випромінювання.

Лазерне випромінювання є для живого організму незвичним подразником, що не зустрічається в природних умовах. Лазерне випромінювання викликає в біологічних тканинах різні ефекти, головним з яких є термічний, ударний і електрострикційних.

Термічний ефект викликається поглинанням лазерного випромінювання опромінюється тканиною. Кожне з речовин, що складають організм: білки, ферменти, гормони, пігменти - має свої, тільки йому притаманні характеристики поглинання випромінювання. Тому лазерне випромінювання діє по різному на різні тканини і органи людини. Максимального руйнації піддаються тканини, що містять барвник - меланін. Позбавлені цього пігменту тканини руйнуються в меншій мірі.

З усіх компонентів клітини найбільш чутливі до термічного дії лазерного випромінювання. Вони руйнуються першими. При цьому порушуються всі біохімічні реакції, що протікають в клітині, і клітина гине.

Електричне поле лазерного випромінювання великої потужності призводить до утворення в тканинах вільних радикалів, т. Е. Молекул, що містять не спарений електрон. Вільні радикали мають велику хімічну активність; вони входять до складу ферментів, що прискорюють обмінні процеси в організмі. Накопичення великої кількості вільних радикалів в тканинах організму є однією з причин погіршення стану здоров'я людини, яка зазнала лазерному опроміненню. Припускають, що вільні радикали є причиною зміни спадковості (мутації).

При впливі на тканини організму випромінювання великої потужності спостерігалася зміна складу крові піддослідних тварин. Змінюється артеріальний тиск, причому інтенсивність і стійкість таких змін залежать, зокрема, від стану центральної нервової системи. Відомі випадки зміни поведінки тварин. Після опромінення вони ставали збудженими і агресивними.

Спостереження за станом здоров'я осіб, що працюють з лазерами, показали, що їх випромінювання викликає різні, функціональні порушення в організмі в першу чергу в нервовій системі і серцево-судинній системі. Це проявляється в зміні артеріального тиску, появі дратівливості, підвищеної пітливості, появі головного болю, підвищеної стомлюваності, болі в очах, неспокійного сну. Канцерогенної дії лазерного випромінювання не виявлено.

Залежно від режиму роботи лазера в кожному конкретному випадку переважає той чи інший ефект.

При дії на тканини випромінювання лазерів в безперервному режимі переважає термічний ефект. Інші ефекти істотного значення не мають.

При роботі лазерів в імпульсному режимі (режимі вільної генерації) переважає той же термічний ефект. За час імпульсу тепло з осередку ураження не встигає передатися в сусідні тканини. Тому поразка носить вибуховий характер з швидким підвищенням температури і кипінням рідкої фази клітинних елементів. Межі вогнища ураження при цьому різко окреслені.

При впливі випромінювання лазерів, що працюють в режимі модуляції добротності, істотну роль починають грати значні перепади тиску і виникають при цьому ударні хвилі.

Лазерне випромінювання може вражати різні органи людини, проте найбільш, вразливими є незахищені частини тіла - очі і шкіра. Розглянемо вплив лазерного випромінювання на ці частини тіла більш докладно.

Очі є найбільш вразливим органом людини, так як мають здатність фокусувати лазерне випромінювання.

Випромінювання ультрафіолетового діапазону (6-380 нм) інтенсивно поглинається рогівкою і кришталиком очі і до сітківки не доходить. Тому ураження очей потужним ультрафіолетовим випромінюванням носить характер поверхневих опіків. При цьому зазвичай уражаються рогівка і Кон `юнктива, поглинання основну частину енергії ультрафіолетового випромінювання. В результаті поразки виникає запальний процес (фотокератокон'юктівіт), що супроводжується сильним печінням в очах. Прикладом фотокератокон'юктівіта є «снігова сліпота», що виникає внаслідок перебування на снігу в високогір'ї баз захисних окулярів. В цьому випадку вражаючим чинником є сильне ультрафіолетове випромінювання Сонця.

Найбільша поразка рогівки відбувається при довжині хвилі випромінювання 288 нм, коли відбувається резонансне поглинання ультрафіолетового випромінювання. Порогова енергія, що викликає при цьому ураження рогівки, становить близько 10-6 Дж / см2.

При довжині хвилі випромінювання менше 320 нм практично вся енергія поглинається в рогівці. При довжині хвилі 320-400 нм частина енергії проникає в кришталик і може викликати в ньому небажані зміни. Наприклад, випромінювання з довжиною хвилі 360 нм може порушувати в кришталику флуорисценцией, викликаючи при цьому дифузне помутніння, здатне знижувати гостроту зору і приводити до деякого стомлення очей.

Випромінювання видимого діапазону вільно проходить через оптичні тканини ока (рогівку, кришталик, склоподібне тіло) і фокусується на поверхні сітківки. При цьому за рахунок фокусування щільність потоку потужності на сітківці може бути на 4-5 порядків вище, ніж на рогівці ока. Тому діапазон видимого світла є найбільш небезпечним для очей з точки зору лазерного поразки.

Характер ураження сітківки ока сфокусованим лазерним випромінюванням визначається щільністю енергії на поверхні сітківки. При відносно невеликих енергіях лазера спостерігається явище «спалахової сліпоти», коли під дією випромінювання знебарвлюються (отбеливаются) зорові пігменти. При цьому очей на деякий час втрачає здатність розрізняти предмети.

При щільності енергії випромінювання на сітківці понад 2 Дж / см2 (При імпульсної роботі) відбувається опік сітківки. Уражена ділянка має при цьому вид маленького білого плями з пигментированним обідком; чутливість ураженої місця до світла повністю втрачається. Ступінь втрати зору оком залежить від місця розташування опіку. Якщо опік стався в периферичної частини сітківки, ступінь втрати зору невелика; при опіку центральної ямки втрата зору досягає 70-90%.

Енергія лазерного променя, що потрапляє в око, заздрості від потужності лазера, розміру лазерного пучка і діаметра зіниці ока. Залежно від освітленості навколишніх предметів діаметр зіниці змінюється в межах від 1,6-2 до 7-8 мм. При цьому енергія лазерного променя, що потрапляє в око, змінюється в 15-20 разів. Тому лазерне випромінювання становить велику небезпеку в затемнених приміщеннях (в них діаметр зіниці збільшується).

Лазерне випромінювання ближньої частини інфрачервоного діапазону з довжиною хвилі від 0,8 до 1,4 мкм досить добре проходить через оптичну систему ока, при цьому можливий опік сітківки. Поразка очі випромінюванням цього діапазону має такий же характер, як поразка видимим світлом, тільки при кілька великих рівнях потужності, так як коефіцієнт поглинання випромінювання сітківкою ока зменшується з ростом довжини хвилі. В діапазоні хвиль 1,3 - 1,7 мкм починається інтенсивне поглинання випромінювання тканинами, що містять воду, в тому числі рогівкою, кришталиком і рідиною в передній камері ока, розташованої між рогівкою і кришталиком. Випромінювання не доходить до сітківки, а поглинається рогівкою, кришталиком і райдужною оболонкою. Внаслідок наявності пігменту райдужна оболонка ока інтенсивно поглинає інфрачервоне випромінювання в діапазоні від 0,8 до 1,7 мкм, особливо в інтервалі довжин хвиль 0,8-1,3 мкм, де рогівка практично прозора. Поглинання випромінювання райдужною оболонкою призводить до її термічного опіку, який відбувається при щільності енергії випромінювання, що перевищує 4 Дж / см2 . Тепло виділяється при нагріванні райдужної оболонки, передається сусіднім тканинам, в тому числі кришталику, що призводить до його помутніння. Крім того, до помутніння кришталика може привести його нагрівання потужним лазерним випромінюванням в діапазоні хвиль 1,2-1,7 мкм.

Інфрачервоне випромінювання з довжиною хвилі більше 1,7 мкм повністю поглинається рогівкою і в тканини, розташовані глибше, не проникає. Лазерне випромінювання цього діапазону менш небезпечно для очей; виникає під дією такого випромінювання ураження очей носить виключно поверхневий характер.

Для довжини хвилі 10,6 мкм (лазер на вуглекислому газі) близько 70% енергії випромінювання поглинається слізної рідиною, решта 30% повністю поглинаються шаром рогівки товщиною 35 мкм.

іонізуючі випромінювання «-- попередня | наступна --» Вплив лазерного випромінювання на шкіру
загрузка...
© om.net.ua