5.1.7. Лазерное излучение

В последние десятилетия в промышленности, медицине, при научных исследованиях, в системах мониторинга состоя­ния окружающей среды нашли применение лазеры. Их излу­чение может оказывать опасное воздействие на организм человека и в первую очередь на орган зрения. Лазерное излу­чение генерируют в инфракрасной, световой и ультрафиоле­товой областях неионизирующего ЭМИ.

Лазеры, генерирующие непрерывное излучение, позволяют создавать интенсивность порядка 10¹⁰ Вт/см², что достаточно для плавления и испарения любого материала. При генера­ции коротких импульсов интенсивность излучения достигает величин порядка 10¹⁵ Вт/см² и больше. Для сравнения отме­тим, что значение интенсивности солнечного света вблизи земной поверхности составляет всего 0,1—0,2 Вт/см².

В настоящее время в промышленности используется ограниченное число типов лазеров. Это в основном лазеры, генерирующие излучение в видимом диапазоне спектра (λ = 0,44÷0,59; λ = 0,63; λ =0,69 мкм), ближнем ИК-диапа-зоне спектра (λ = 1,06 мкм) и дальнем ИК-диапазоне спек­тра ( λ = 10,6 мкм).

Область применения лазеров в зависимости от требуемой плотности потока излучения показаны на рис. 5.12.

При оценке неблагоприятного влияния лазеров все опас­ности разделяют на первичные и вторичные. К первичным относят факторы, источником образования которых явля­ется непосредственно сама лазерная установка. Вторичные факторы возникают в результате взаимодействия лазерного излучения с мишенью.

К первичным факторам относятся: лазерное излучение, повышенное электрическое напряжение, световое излучение импульсных ламп накачки или газового разряда, электромаг­нитное излучение, акустические шумы и вибрация от работы вспомогательного оборудования, загрязнение воздуха газами, выделяющимися из узлов установки, рентгеновское излуче­ние электроионизационных лазеров или электровакуумных приборов, работающих при напряжении свыше 15 кВ.

Вторичные факторы включают отраженное лазерное излуче­ние, аэродисперсные системы и акустические шумы, образую­щиеся при взаимодействии лазерного излучения с мишенью, излучение плазменного факела.

Лазерное излучение может представлять опасность для человека, вызывая в его организме патологические измене­ния, функциональные расстройства органа зрения, централь­ной нервной и вегетативной систем, а также влиять на такие внутренние органы, как печень, спинной мозг и др. Наиболь­шую опасность лазерное излучение представляет для органа зрения. Основным патофизиологическим эффектом облуче­ния тканей лазерным излучением является поверхностный ожог, степень которого связана с пространственно-энергети­ческими и временными характеристиками излучения.

При создании условий для безопасной эксплуатации лазеров, прежде всего, необходимо с помощью расчета определить лазеро-опасную зону и сформулировать основные принципы защиты от излучения, а также общие требования к организации рабочих мест, методам контроля и дозиметрической аппаратуре.

Лазероопасная зона — пространство, в пределах которого уровни лазерного излучения могут превышать предельно допустимые значения.

Схема расчета облученности роговицы представлена па рис. 5.13.

При прямом облучении для наблюдателя, находящегося непосредственно в конусе узконаправленного лазерного луча (рис. 5.13, а), облученность роговицы глаза вычисля­ется по формуле:

где — энергетический поток (мощность) лазерного излучения; — коэффициент ослабления излучения на пути от лазера до роговицы глаза; d₀ — диаметр выходного зрачка лазера; — угол расхо­димости луча, рад; R — расстояние от лазера до глаза.

При воздействии на роговицу глаза излучения лазера, отраженного от поверхности (рис. 5.13, б), расположенной на расстоянии R₁ от выходного отверстия лазера, расчет ведут с учетом отражения. Облученность роговицы глаза наблюда­теля Е_р, находящегося на расстоянии R от поверхности q, зна­чительно превышающем линейные размеры источника, равна произведению энергетической яркости источника на вели­чину телесного угла θ, под которым он виден из точки наблю­дения:

где — коэффициент ослабления излучения на пути от площади поверхности S_q до наблюдателя.

Поверхность q как источник излучения удобно харак­теризовать энергетической яркостью L_е и площадью пятна отражения S^q.