6.1. Випромінювання оптичного діапазону

магниевый скраб beletage

Квантові генератори чи лазери використовуються:

для створення точних вимірювальних приладів та інструментів;

в оптичній локації;

для передачі інформації;

прецизійного зварювання;

свердління тугоплавких матеріалів.

Застосування лазерів у галузі зв'язку і на телебаченні особливоперспективне.

В лазерах генерується когерентне випромінювання оптичногодіапазону великої інтенсивності, у вузькому пучку випромінюван-ня, а густина потоку потужності може досягати 1012-1013 Вт/см2.

Випромінювання електромагнітні (лазерні) охоплюють прак-тично весь оптичний діапазон, від ультрафіолетової до інфрачерво-ної області спектра випромінювання (табл.6.1).

Класифікація електромагнітних випромінюваньоптичного діапазону

Генератори оптичного діапазону працюють на основі змушенихвипромінювань, джерелами яких є робочі речовини, що генеруютьелектромагнітні випромінювання оптичного діапазону (що створю-ють лазерний ефект) внаслідок порушення їхніх атомів електромаг-нітною енергією іншого джерела.

Таблиця 6.1

Вид

випромінювання

Довжина хвилі X, мкм

Частота f, Гц

Інфрачервоні хвилі

100-0,76

3 1012 - 3,94 1014

Видиме світло

0,76-0,39

3,94 1014 - 7,7 1014

Ультрафіолетові хвилі

0,39-0,001

7,7 1014 - 3 1017

Іншим джерелом у твердотілих лазерах служать газорозрядніімпульсні лампи, а в газових лазерах - генератори НВЧ.

Робочою речовиною у твердотілих квантових генераторах за-стосовують кристали рубіну, скла з домішкою неодиму, диспрозію,вольфрамат кальцію, а в газових генераторах найбільш простоготипу - суміш гелію з неоном і азотом. Робоча речовина випромінюєхвилі визначеної довжини. Наприклад, рубіновий лазер створюєхвилю довжиною X = 0,6943 мкм, неодимовий X = 1,06 мкм, лазер насуміші вуглекислого газу з неоном і азотом X = 10,6 мкм.

При поширенні лазерного випромінювання в повітрі на великівідстані інтенсивність о ( Вт/м2 ) визначається за формулою:

о = Р . e"2ar,

4ттг2

де: Р - потужність випромінювання, Вт; r - відстань до джерела,

м;

Коефіцієнти ослаблення за потужністю в повітрі

a - коефіцієнт ослаблення за потужністю, 1/м.Коефіцієнти ослаблення за потужністю при поширенні випро-мінювання в повітряному середовищі наведені в табл.6.2.

Таблиця 6.2

Вид генератора

Довжина хвилі випро-мінювання XX, мкм

Коефіцієнт ослаблен-ня a, 1/м 10-5

Рубіновий

0,6943

10x10-5

Неодимовий

1,06

5,75x10-5

На суміші СО2 знеоном і азотом

10,6

3,25x10-5

Інтенсивність відбитого лазерного променя (Вт/м2) визначаєть-ся за формулою:

Pp0S

о =       Г-7,

Ібтт г

де: Р - потужність випромінювання, Вт; р0 - коефіцієнт осла-блення випромінювання оптичного квантового генератора від пере-шкоди; S - площа проекції поверхні перешкоди, що опромінюється,на площину, перпендикулярну до прямого променя лазера, м2; r -відстань до джерела випромінювання, м.

6.2. Вплив лазерних випромінювань на людину

Коли лазерні випромінювання потрапляють на біологічні тка-нини людини, тоді вони чинять теплову, механічну і електрохімічнудію на організм людини. Тепловий вплив виявляється в поглинан-ні енергії лазерного випромінювання біологічними тканинами і, впершу чергу, шкірою. Шкіра поглинає велику частину енергії, в ре-зультаті чого виникають опіки. Ступінь опіку шкіри у великій мірізалежить від інтенсивності і частоти випромінювання, а також відступеня пігментації шкіри в момент опіку. Чим більша частота, тимсильніший опік. Чим темніше шкіра, тим більша частина енергії неюпоглинається і тим сильніший її опік.

Коли велика інтенсивність опромінення впливає на людину,можуть уражатися внутрішні органи, викликаючи набряки, крово-виливи, омертвіння тканин. Тоді може мати місце навіть згортанняі розпад крові.

Якщо інтенсивності лазерного випромінювання в організмі лю-дини невеликі, можуть виникнути функціональні порушення - впершу чергу в нервовій і серцево-судинній системах, що виявляєть-ся в зниженні або підвищенні артеріального тиску, підвищенні піт-ливості, виникненні головного болю, стомлюваності, дратівливості.Такі зміни оборотні, якщо вжити заходів щодо виключення опромі-нення і дотримання належного режиму праці й відпочинку.

Механічний вплив виявляється в розриві тканин, що виникає врезультаті різкого скипання рідинних структур живої тканини, під-вищення тиску й ударної хвилі.

Електрохімічний вплив лазерного випромінювання зумовлюєіонізацію рідинних компонентів і утворення нових структур, невластивих живій матерії.

В першу чергу і найбільш небезпечне лазерне випромінюваннядля очей. Небезпека виникає тоді, коли промінь лазера фіксуєтьсяна сітківці ока, що приводить до її коагуляції. Наслідком коагуляціїє сліпота ураженої області сітківки. Найбільш небезпечне ураженняцентральної ямки сітківки - невелика область діаметром 0,2 мм по-близу центра сітківки. Це серйозна втрата зору. Внутрішнє серед-овище ока допускає випромінювання оптичного квантового гене-ратора з довжинами хвиль 0,33-1,4 мкм на сітківку ока. Найбільшапрозорість ока (до 100%) має місце для довжин хвиль 0,5-0,9 мкм,тому випромінювання рубінового генератора з X = 0,6943 мкм про-ходить до сітківки без втрат і сприймається як червоний колір, а ви-промінювання генератора, що працює на суміші вуглекислого газу знеоном і азотом з X = 10,6 мкм, поглинається рогівкою ока.

Для очей небезпечним є не тільки пряме випромінювання лазе-ра, але й відбите від будь-якої поверхні. Коли від лазерного випро-мінювання око віддаляється на видиму відстань, то це не врятовуєйого від ураження, тому що в оптичній системі ока віддалені об'єктифокусуються на сітківці менше, ніж прилеглі об'єкти.

Шкідлива робота з оптичними квантовими генераторамипов'язана з такими шкідливими виробничими факторами, як: сліпу-че яскраве світло лампи накачування, озон, електромагнітні випро-мінювання НВЧ .

6.3. Нормування лазерних випромінювань

Норми лазерних випромінювань

Потік потужності лазерних випромінювань вимірюють за до-помогою фотометричних і калориметричних вимірників. Фотоме-тричні прилади більш чутливі, ніж калориметричні і з їхньою допо-могою можна вимірювати щільність потоку потужності до декількохмікроват на квадратний сантиметр при похибці до 10 %. Норми ви-промінювань наведені в табл.6.3.

Таблиця 6.3

 

 

Для очей

Для шкіри

Режимроботи генера-тора

Нормуючийпараметр

ви-димесвітло

інфрачервоневипромінюван-ня, мкм

видиме світлой інфрачерво-невипроміню-вання

 

 

 

X=1.06

X=10,6

 

Безупинне ви-промінювання

Густина пото-ку потужності,мкВТ/см2

0,3

3,0

103

105 при Іопр>5 c 106 при1опр<5 c

Імпульсневипромінюван-ня при вільнійгенерації

Густина по-току енергії вімпульсі,мкДж/см2

0,03

0,3

102

105

Імпульсневипромінюван-ня при модуля-ції добротностірезонатора

Густина по-току енергії вімпульсі,мкДж/см2

0,002

0,02

8

105

6.4. Захист від впливу лазерних випромінювань

Лазерні квантові генератори слід розміщувати в спеціально призна-чених для цих цілей приміщеннях, двері яких повинні мати спеціальнеблокування з світловим табло, що включається на час роботи лазернихгенераторів. Приміщення повинні задовольняти усім вимогам санітар-них норм і повинні бути обладнані припливно-витяжною вентиляцією.

Приміщення усередині, а також устаткування і предмети, щознаходяться в ньому, не повинні мати дзеркально відбиваючих по-верхонь, у противному разі їх варто фарбувати в темні матові тони.

Квантовий генератор повинен установлюватися таким чином, щобшлях променя проходив в найменш відвідуваній людиною зоні, а місцяфокусування променя під час його роботи були захищені діафрагмами.Наприкінці променя розміщують пастку для поглинання відбитого ви-промінювання. Для зменшення розсіювання випромінювання лінзи, при-зми й інші тверді перешкоди на шляху променя повинні бути обладнаніблендами. У деяких випадках необхідно відбивати весь хід променя.

Для візуального юстирування пристрої повинні бути оснаще-ні захисними поглинаючими фільтрами. При роботі з оптичнимиквантовими генераторами їх розташування за польових умов слідпозначати спеціальними знаками.

Ширми, що екранують, штори, завіси можна виготовляти з ба-вовняної чорної фланелі.

Захист очей слід здійснювати захисними окулярами, скло якихмає велику оптичну щільність. Закордонні дослідники пропонуютьвикористовувати скло щільністю 9 на довжинах хвиль 0,6943 і 1,06мкм. Для запобігання ушкодження скла випромінюванням оптич-ного квантового генератора перед ним пропонується розміщуватискло з меншим коефіцієнтом поглинання.

Окуляри СЗС-22, виконані із синьо-зеленого скла, практичнонепроникні для випромінювань з довжинами хвиль 0,63-1,5 мкм.

Робітники в процесі роботи з оптичними квантовими генераторамидля профілактики захворювань повинні два рази на рік проходити медич-ні огляди за участю терапевта, гематолога, офтальмолога і невропатолога.

Дослідження і обслуговування оптичних квантових генераторівповинні проводити працівники не молодше 18 років, які не маютьмедичних протипоказань.

Література: [1], [8], [14].

Питання для самоконтролю

Які види впливу лазерних випромінювань на людину?

Що слід знати про механічний вплив лазерного випромінюван-ня на людину?

Що слід знати про електромеханічний вплив лазерного випро-мінювання на людину?

Для яких органів людини встановлені норми лазерного випро-мінювання?

Які заходи захисту від лазерних випромінювань Вам відомі?

У яких одиницях вимірюються лазерні випромінювання?

Для яких довжин хвиль непроникне синьо-зелене скло захисних

окулярів СЗС- 22?

Розділ 7. Іонізуючі випромінювання