Що це — лазерне випромінювання? Лазерне випромінювання: його джерела і захист від нього

Лазери стають все більш важливими інструментами дослідження в галузі медицини, фізики, хімії, геології, біології і техніки. При неправильному використанні вони можуть засліплювати і наносити травми (в т. ч. опіки та електротравми) операторам та іншому персоналу, включаючи випадкових відвідувачів лабораторії, а також завдати значної шкоди майну. Користувачі цих пристроїв повинні повною мірою розуміти і застосовувати необхідні заходи безпеки при поводженні з ними.

Що таке лазер?

Слово «лазер» (англ. LASER, Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) є абревіатурою, яка розшифровується як «посилення світла індукованим випромінюванням». Частота випромінювання, що генерується лазером, знаходиться в межах або поблизу видимої частини електромагнітного спектру. Енергія посилюється до стану надзвичайно високої інтенсивності за допомогою процесу, який носить назву «випромінювання лазерне індуковане».

Термін «радіація» часто розуміється неправильно, тому що його також використовують при описі радіоактивних матеріалів. У цьому контексті воно означає передачу енергії. Енергія переноситься з одного місця в інше за допомогою провідності, конвекції і випромінювання.

Існує багато різних типів лазерів, що працюють у різних середовищах. Як робоче середовище використовуються гази (наприклад, аргон або суміш гелію з неоном), тверді кристали (наприклад, рубін) або рідкі барвники. Коли енергія подається в робоче середовище, вона переходить у збуджений стан і вивільняє енергію у вигляді частинок світла (фотонів).

Пара дзеркал на обох кінцях герметизованої трубки або відображає, або передає світло у вигляді концентрованого потоку, званого лазерним променем. Кожне робоче середовище виробляє промінь унікальної довжини хвилі та кольору.

Колір світла лазера, як правило, виражається довжиною хвилі. Він є неіонізуючим і включає ультрафіолетову (100-400 нм), видиму (400-700 нм) та інфрачервону (700 нм — 1 мм) частину спектру.

Електромагнітний спектр

Кожна електромагнітна хвиля має унікальну частоту і довжину, пов’язану з цим параметром. Подібно як червоне світло має свою власну частоту і довжину хвилі, так і всі інші кольори — помаранчевий, жовтий, зелений і синій — володіють унікальними частотами і довжинами хвиль. Люди здатні сприймати ці електромагнітні хвилі, але не в змозі бачити іншу частину спектру.

Найбільшу частоту мають гамма-промені, рентгенівські промені та ультрафіолет. Інфрачервоне, мікрохвильова радіація і радіохвилі займають нижні частоти спектру. Видиме світло знаходиться в дуже вузькому діапазоні між ними.

Лазерне випромінювання: вплив на людину

Лазер проводить інтенсивний спрямований пучок світла. Якщо його направити, відобразити або сфокусувати на об’єкт, промінь частково поглинеться, підвищуючи температуру поверхні і внутрішньої частини об’єкта, що може викликати зміну або деформацію матеріалу. Ці якості, які знайшли застосування в лазерній хірургії та обробці матеріалів, можуть бути небезпечні для тканин людини.

Крім радіації, що робить тепловий вплив на тканини, небезпечно лазерне випромінювання, що виробляє фотохімічний ефект. Його умовою є досить коротка довжина хвилі, тобто ультрафіолетова або синя частини спектра. Сучасні пристрої виробляють лазерне випромінювання, вплив на людину якого зведено до мінімуму. Енергії малопотужних лазерів недостатньо для нанесення шкоди, і небезпеки вони не становлять.

Тканини людини чутливі до впливу енергії, і за певних обставин електромагнітне випромінювання, лазерне в тому числі, може призвести до пошкодження очей і шкіри. Були проведені дослідження порогових рівнів травмуючої радіації.

Небезпека для очей

Людське око більш схильне до травм, ніж шкіра. Рогівка (прозора зовнішня передня поверхня ока), на відміну від дерми, не має зовнішнього шару омертвілих клітин, що захищають від впливу навколишнього середовища. Лазерне та ультрафіолетове випромінювання поглинається рогівкою ока, що може завдати їй шкоди. Травма супроводжується набряком епітелію та ерозією, а при важких ушкодженнях — помутнінням передньої камери.

Кришталик ока також може бути схильний до травм, коли на нього впливає різне лазерне випромінювання — інфрачервоне і ультрафіолетове.

Найбільшу небезпеку, однак, становить вплив лазера на сітківку ока у видимій частині оптичного спектру — від 400 нм (фіолетовий) до 1400 нм (ближній інфрачервоний). У межах цієї області спектра колімовані промені фокусуються на дуже маленьких ділянках сітківки. Найбільш несприятливий варіант впливу відбувається, коли око дивиться вдаль і в нього потрапляє прямий або відбитий промінь. У цьому випадку його концентрація на сітківці сягає 100 000 крат.

Таким чином, видимий пучок потужністю 10 мВт/см² впливає на сітківку ока з потужністю 1000 Вт/см². Цього більш ніж достатньо, щоб викликати пошкодження. Якщо око не дивиться вдаль, або якщо промінь відбивається від дифузної, не дзеркальної поверхні, до травм веде значно більш потужне випромінювання. Лазерний вплив на шкіру позбавлений ефекту фокусування, тому вона набагато менше схильна до травм при цих довжинах хвиль.

Рентгенівські промені

Деякі високовольтні системи з напругою понад 15 кВ можуть генерувати рентгенівські промені значної потужності: лазерне випромінювання, джерела якого — потужні ексімірні лазери з електронним накачуванням, а також плазмові системи і джерела іонів. Ці пристрої повинні бути перевірені на радіаційну безпеку, в тому числі для забезпечення належного екранування.

Класифікація

Залежно від потужності або енергії пучка і довжини хвилі випромінювання, лазери діляться на кілька класів. Класифікація заснована на потенційній здатності пристрою викликати негайну травму очей, шкіри, займання при прямому впливі променя або при відбитті від дифузних відбиваючих поверхонь. Всі комерційні лазери підлягають ідентифікації за допомогою нанесених на них міток. Якщо пристрій було виготовлено вдома або іншим чином не позначено, слід отримати консультацію щодо відповідного його класифікації та маркування. Лазери розрізняють за потужністю, довжиною хвилі і тривалістю експозиції.

Безпечні пристрої

Пристрої першого класу генерують низькоінтенсивне лазерне випромінювання. Воно не може досягти небезпечного рівня, тому джерела звільняються від більшості заходів контролю або інших форм спостереження. Приклад: лазерні принтери і програвачі компакт-дисків.

Умовно безпечні пристрої

Лазери другого класу випромінюють у видимій частині спектра. Це лазерне випромінювання, джерела якого викликають у людини нормальну реакцію неприйняття занадто яскравого світла (миготливий рефлекс). При впливі променя людське око моргає через 0,25 с, що забезпечує достатній захист. Однак випромінювання лазерне у видимому діапазоні здатне пошкодити око при постійному впливі. Приклади: лазерні покажчики, геодезичні лазери.

Лазери 2а-класу є пристроями спеціального призначення з вихідною потужністю менше 1 мВт. Ці прилади викликають пошкодження тільки при безпосередньому впливі протягом понад 1000 з за 8-годинний робочий день. Приклад: пристрої зчитування штрих-коду.

Небезпечні лазери

До класу 3а відносять пристрої, які не травмують при короткочасному впливі на незахищене око. Можуть становити небезпеку при використанні фокусуючої оптики, наприклад, телескопів, мікроскопів або біноклів. Приклади: гелій-неоновий лазер потужністю 1-5 мВт, деякі лазерні покажчики і будівельні рівні.

Промінь лазера класу 3b може призвести до травми при безпосередньому впливі або при його дзеркальному відображенні. Приклад: гелій-неоновий лазер потужністю 5-500 мВт, багато дослідницьких і терапевтичних лазерів.

Клас 4 включає пристрої з рівнями потужності понад 500 мВт. Вони небезпечні для очей, шкіри, а також пожежонебезпечні. Вплив пучка, його дзеркального або дифузного відбиття може стати причиною очних і шкірних травм. Повинні бути вжиті всі заходи безпеки. Приклад: Nd:YAG-лазери, дисплеї, хірургія, металорізання.

Лазерне випромінювання: захист

Кожна лабораторія повинна забезпечити відповідний захист осіб, які працюють з лазерами. Вікна приміщень, через які може проходити випромінювання пристроїв 2, 3 або 4 класу з нанесенням шкоди на неконтрольованих ділянках, повинні бути покриті або іншим чином захищені під час роботи такого приладу. Для максимального захисту очей рекомендується наступне:

• Пучок необхідно укласти в невідбиваючу негорючу захисну оболонку, щоб звести до мінімуму ризик випадкового впливу або пожежі. Для вирівнювання променя використовувати люмінесцентні екрани або вторинні візири; уникати прямого впливу на очі.
• Для процедури вирівнювання променя використовувати найменшу потужність. За можливості для попередніх процедур вирівнювання використовувати пристрої низького класу. Уникати присутності зайвих відбиваючих об’єктів в зоні роботи лазера.
• Обмежити проходження променя в небезпечній зоні в неробочий час, використовуючи заслінки та інші перепони. Не використовувати стіни кімнати для вирівнювання променя лазерів класу 3b і 4.
• Використовувати невідображені інструменти. Інвентар, який не відображає видиме світло, стає дзеркальним у невидимій області спектра.
• Не носити відбиваючі ювелірні вироби. Металеві прикраси також підвищують небезпеку ураження електричним струмом.

Захисні очки

При роботі з лазерами 4 класу з відкритою небезпечною зоною або при ризику відображення слід користуватися захисними окулярами. Тип їх залежить від виду випромінювання. Окуляри необхідно вибирати для захисту від відбитків, особливо дифузних, а також для забезпечення захисту до рівня, коли природний захисний рефлекс може запобігти травм очей. Такі оптичні прилади збережуть деяку видимість променя, запобігатимуть опікам шкіри, знизять можливість інших нещасних випадків.

Фактори, які слід враховувати при виборі захисних очок:

• довжина хвилі або область спектра випромінювання;
• оптична щільність при певній довжині хвилі;
• максимальна освітленість (Вт/см²) або потужність пучка (Вт);
• тип лазерної системи;
• режим потужності — імпульсне лазерне випромінювання або безперервний режим;
• можливості відображення — дзеркального і дифузного;
• поле зору;
• наявність коригувальних лінз або достатнього розміру, що дозволяє носіння окулярів для коригування зору;
• комфорт;
• наявність вентиляційних отворів, що запобігають запотіванню;
• вплив на колірний зір;
• ударностроковість;
• можливість виконання необхідних завдань.

Оскільки захисні окуляри схильні до пошкоджень і зносу, програма безпеки лабораторії повинна включати періодичні перевірки цих захисних елементів.