8.2. Краткая характеристика различных типов лазеров

260 Час т ь l. Место инженерной экологии в системе знаний о человеке и природе

Возможность острой фокусировки лазерного излучения позво­

лила создать лазерный <<скальпель>> и перейти к бескровным опера­

циям в медицине, открыла новые направления в микрохирургии

глаза.

Острая фокусировка в сочетании с большой мощностью излуче­

ния используется в технолщ:ических процессах при резке, сварке и

прошивке отверстий в самых разнообразных, в том числе и очень

твердых, материалах, в установках для управляемого термоядерного

синтеза.

8.4. Действие лазерного излучения на организм человека

Лазерное излучение является для любого живого организма не­

привычным раздражителем, не встречающимся в естественных ус­

ловиях. Его биологическое действие зависит от длины волны и ин­ тенсивности излучения. В связи с этим весь диапазон длин волн делится на ряд областей: от 180 до 380 нм - ультрафиолетовая об­ ласть; от 380 до 780 нм - видимая область; от 780 до 1400 нм - ближняя инфракрасная область, свыше 1400 нмдальняя инфрак­

расная область.

Различают шесть видов воздействия лазерного излучения на живой организм:

• термическое (тепловое) - выделение значительного количе­

ства теплоты в небольшом объеме за короткий промежуток времени;

•энергетическое - большая напряженность электрического

поля, вызывающая поляризацию молекул и другие эффекты;

•фотохимическое - выцветание ряда пигментов;

•механическое - возникновение колебаний типа ультразвуко­

вых в облучаемом организме;

•электрострикция -- деформация молекул в электрическом

поле лазерного излучения;

• образование микроволнового электромагнитного поля в пре­

делах клетки.

Под воздействием лазерного излучения может происходить на­ рушение нормальной жизнедеятельности как отдельных органов,

так и организма в целом. При этом наиболее уязвимы глаза и кожа. Характер поражения глаз в сильной степени зависит от длины волны излучения. В ультрафиолетовом диапазоне при длине волны от 180 до 380 нм ткани глаза для лазерного излучения непро­

зрачны, поэтому поражение глаз носит характер поверхностных

ожогов. При этом обычно поражаются роговица и конъюнктива (ели-

зистая оболочка глаза). В результате ожога возникает воспалитель­

ный процесс, сильное жжение в глазах.

При импульсно-периодическом или прерывистом воздействии ультрафиолетового излучения наблюдается накопление его дей­ ствия, суммарный биологический эффект при этом приблизительно пропорционален суммарной плотности энергии излучения.

Диапазон видимого излучения (380 .. .780 нм) является наибо­

лее опасным для глаз, так как свободно проходит через оптические

ткани глаза и фокусируется на поверхности·сетчатки. При этом

плотность потока мошности на сетчатке может быть на 4... 5 поряд­

ков выше, чем на роговице глаза за счет фокусировки.

При относительно небольшой энергии лазера наблюдается явле­

ние <<вспышечной слепоты•> - под действием излучения обесцвечи­

ваются зрительные пигменты, и глаз на некоторое время теряет спо­

собность различать предметы. При плотности энергии на сетчат­

ке более 2 Дж/см2 (при импульсной работе) происходит ожог сет­

чатки. Чувствительность пораженнаго места к свету полностью ут­ рачивается и в дальнейшем не восстанавливается.

Энергия лазерного луча, попадаюшая в глаз, зависит от диамет­ ра зрачка, который в зависимости от освешенности окружаюших предметов изменяется от 1,6...2 до 7... 8 мм. При этом энергия, по­

падаюшая в глаз, изменяется в 15...20 раз. Таким образом, лазерное

излучение более опасно в затемненных помещениях.

Лазерное излучение ближней части инфракрасного диапазона с длиной волны от 780 до 1400 нм довольно хорошо проходит через

оптические ткани глаза, при этом возможен ожог сетчатки. Излуче­ ние этого диапазона особенно опасно, так как оно невидимо для

глаза. При длине волны больше 1,4 мкм излучение поглошается тка­

нями, содержашиl\ош воду: роговицей, хрусталиком и жидкостью в

передней камере глаза и не доходит до сетчатки. Особенно сильно

нагревается при этом радужная оболочка, содержашая пигмент. При

плотности энергии выше 4 Дж/см2 происходит термический ожог,

который может привести к помутнению хрусталика. Лазерное излу­

чение с длиной волны более 1700 нм полностью поглошается рого­

вицей и в ткани, расположенные глубже, не проникает, поэтому

менее опасно для глаз; однако излучение машнога лазера может вы­

звать серьезный ожог роговицы.

Поражения кожи наблюдаются обычно на лице вокруг зашитных

очков, на внешней поверхности рук, выше линии воротника, т.е. на тех же местах, которые подвергаются солнечному облучению. Наи­ более сильно действует на кожу излучение ультрафиолетового диа-

262 Час т ь 1 Место инженерной экологии в системе знаний о человеке и nрироде

пазона. Относительно небольшие дозы ультрафиолетового облуче­

ния вызывают покраснение (эритемный эффект), исчезающее на

следуюшие сутки. Более мошное излучение приводит к распаду не­

которых молекул, входяших в состав тканей. Воздействие излучения видимого и инфракрасного диапазонов сводится в основном к нагре­

ванию кожи и может привести к ожогам, имеющим резко очерчен­

ные границы и напоминаюшим обычные термические ожоги.

Кожа человека достат(}чно хорошо противостоит непре­

рывному инфракрасному облучению, так как она способна рас­ сеивать тепло благодаря кровообращению и понижать темпе­ ратуру вследствие испарения влаги с поверхности. Импульсное

излучение и особенно излучение лазеров в режиме модуляции доб­ ротности более опасны для кожи, так как тепло не успевает

распространяться в соседние ткани. При этом возникают

ожоги с резко очерченными границами, очаги ограниченного

омертвления (некроза) тканей, пузырьки, наполненные сероз­ ной жидкостью (результат нарушения целостности стенок ка­ пилляров).

Под действием излучения лазеров с энергией от 3 до 100 Дж на

коже воз.никают кровоизлияния различных размеров. При энергии

излучения менее 3 Дж структурных изменений в коже не наблюда­

ется, а происходит нарушение деятельности ферментов. Это пони­

жает антимикробную сопротивляемость кожи, ухудшает ее питание и повышает чувствительность к повышенной температуре, раздра­

жающему действию различных химических реактивов. Нарушение

деятельности ферментов в коже может приводить к образованию

токсических веществ, которые, распространяясь по всему организ­

му, ухуДшают обшее состояние человека; вызывают чувство разби­

тости, раздражительность, головную боль. Эти неприятные явления

могут сохраняться в течение нескольких часов после окончания ра­

бочего дня. У людей, работающих с лазерными установками, обна­

ружено изменение состава крови, выражающееся в уменьшении ге­

моглобина, тромбоцитов, эритроцитов и лейкоцитов.

8.5. Классификация лазерных установок

по степени опасности

По степени опасности лазерного излучения для организма че­ ловека все лазерные установки подразделяются на четыре клас­ са согласно <<Санитарным нормам и правилам устройства и эксплу­

атации лазеров>> СН 5804-91 !1].