Na tijelu talasa laserskog zračenja. Šta je lasersko zračenje? Lasersko zračenje: njegovi izvori i zaštita od njega

1. Prolaz monohromatske svjetlosti kroz prozirni medij.

2. Kreiranje inverzne populacije. Metode pumpanja.

3. Princip rada lasera. Vrste lasera.

4. Osobine laserskog zračenja.

5. Karakteristike laserskog zračenja koje se koristi u medicini.

6. Promjene svojstava tkiva i njegove temperature pod djelovanjem kontinuiranog laserskog zračenja velike snage.

7. Upotreba laserskog zračenja u medicini.

8. Osnovni pojmovi i formule.

9. Zadaci.

Znamo da se svjetlost emituje u odvojenim dijelovima - fotonima, od kojih svaki nastaje kao rezultat radijacionog prijelaza atoma, molekula ili jona. Prirodno svjetlo je skup ogromnog broja takvih fotona, koji se razlikuju po frekvenciji i fazi, emitiranih u nasumično vrijeme u nasumičnim smjerovima. Dobivanje snažnih snopova monokromatskog svjetla korištenjem prirodnih izvora je praktički nerješiv zadatak. U isto vrijeme, potrebu za takvim snopovima osjećali su i fizičari i stručnjaci iz mnogih primijenjenih znanosti. Stvaranje lasera omogućilo je rješavanje ovog problema.

Laser- uređaj koji generiše koherentne elektromagnetne talase usled stimulisane emisije mikročestica sredine u kojoj se stvara visok stepen ekscitacije jednog od energetskih nivoa.

Laser (LASER Light Amplification by Stimulated of Emission Radiation) - pojačanje svjetlosti stimuliranom emisijom.

Intenzitet laserskog zračenja (LI) je višestruko veći od intenziteta prirodnih izvora svjetlosti, a divergencija laserskog snopa je manja od jedne lučne minute (10 -4 rad).

31.1. Prolaz monohromatskog svetla kroz providni medij

U 27. predavanju smo saznali da prolazak svjetlosti kroz materiju prati oba pobuđivanje fotona njegove čestice i dela stimulisana emisija. Razmotrimo dinamiku ovih procesa. Neka se širi u okolini monohromatski svjetlost, čija frekvencija (ν) odgovara prijelazu čestica ovog medija sa nivoa tla (E 1) na pobuđeni nivo (E 2):

Fotoni koji udaraju čestice u osnovnom stanju će biti apsorbovan a same čestice će preći u pobuđeno stanje E 2 (vidi sliku 27.4). Fotoni koji udare u pobuđene čestice iniciraju stimulisanu emisiju (vidi sliku 27.5). U ovom slučaju dolazi do udvostručavanja fotona.

U stanju termičke ravnoteže, omjer između broja pobuđenih (N 2) i nepobuđenih (N 1) čestica podliježe Boltzmannovoj raspodjeli:

gdje je k Boltzmannova konstanta, T je apsolutna temperatura.

U ovom slučaju, N 1 >N 2 i apsorpcija dominira nad udvostručavanjem. Shodno tome, intenzitet izlazne svetlosti I biće manji od intenziteta upadne svetlosti I 0 (slika 31.1).

Rice. 31.1. Slabljenje svjetlosti koja prolazi kroz medij u kojem je stepen pobuđenosti manji od 50% (N 1 > N 2)

Kako se svjetlost apsorbira, stepen ekscitacije će se povećati. Kada dostigne 50% (N 1 = N 2), između preuzmi i udvostručavanje ravnoteža će biti uspostavljena, jer će vjerovatnoće da fotoni udare u pobuđene i nepobuđene čestice postati iste. Ako osvjetljenje medija prestane, onda će se medij nakon nekog vremena vratiti u početno stanje koje odgovara Boltzmannovoj raspodjeli (N 1 > N 2). Hajde da napravimo preliminarni zaključak:

Kada je medij osvetljen monohromatskim svetlom (31.1) nemoguće postići takvo stanje sredine u kojem stepen pobuđenosti prelazi 50%. Pa ipak, razmotrimo pitanje prolaska svjetlosti kroz medij u kojem je na neki način postignuto stanje N 2 > N 1. Ovo stanje se zove stanje populaciona inverzija(od lat. inverzija- flip).

populaciona inverzija- takvo stanje medija u kojem je broj čestica na jednom od gornjih nivoa veći nego na donjem.

U mediju sa inverznom populacijom, vjerovatnoća da foton udari u pobuđenu česticu je veća od one koja nije pobuđena. Stoga, proces udvostručavanja dominira procesom apsorpcije i odvija se dobitak svetlost (sl. 31.2).

Kako svjetlost prolazi kroz medij sa inverznom populacijom, stepen ekscitacije će se smanjiti. Kada dostigne 50%

Rice. 31.2. Pojačanje svjetlosti koja prolazi kroz medij sa inverzijom populacije (N 2 > N 1)

(N 1 \u003d N 2), između preuzmi i udvostručavanje ravnoteža će biti uspostavljena i efekat pojačanja svjetlosti će nestati. Ako osvjetljenje medija prestane, tada će se medij nakon nekog vremena vratiti u stanje koje odgovara Boltzmannovoj raspodjeli (N 1 > N 2).

Ako se sva ta energija oslobodi u radijacijskim prijelazima, tada ćemo primiti svjetlosni puls ogromne snage. Istina, još neće imati potrebnu koherentnost i usmjerenost, ali će biti izrazito monohromatski (hv = E 2 - E 1). Ovo još nije laser, ali je već nešto blizu.

31.2. Stvaranje inverzne populacije. Metode pumpanja

Dakle, da li je moguće postići inverznu populaciju? Ispostavilo se da možete, ako koristite tri energetski nivoi sa sledećom konfiguracijom (slika 31.3).

Neka okolina bude obasjana snažnim bljeskom svjetlosti. Dio spektra zračenja će se apsorbirati u prijelazu sa glavnog nivoa E 1 na širi nivo E 3 . Prisjetite se toga širok je nivo energije sa kratkim vremenom opuštanja. Stoga, većina čestica koje su pale u E 3 ekscitacioni nivo neradijativno prelaze na uski metastabilni E 2 nivo, gde se akumuliraju. Zbog skučenosti ovog nivoa, samo mali dio fotona baklje

Rice. 31.3. Kreiranje inverzne populacije na metastabilnom nivou

sposoban da izazove prisilni prelaz E 2 → E 1. Ovo stvara uslove za stvaranje inverzne populacije.

Proces stvaranja populacijske inverzije naziva se pumped. U modernim laserima koriste se različite vrste pumpanja.

Optičko pumpanje prozirnog aktivnog medija koristi svjetlosne impulse iz vanjskog izvora.

Pumpanje plinovitih aktivnih medija električnim pražnjenjem koristi električno pražnjenje.

Injekciono pumpanje poluprovodničkih aktivnih medija koristi električnu struju.

Hemijsko pumpanje aktivnog medija iz mješavine plinova koristi energiju kemijske reakcije između komponenti smjese.

31.3. Princip rada lasera. Vrste lasera

Funkcionalni dijagram lasera je prikazan na sl. 31.4. Radno tijelo (aktivni medij) je dugačak uski cilindar, čiji su krajevi prekriveni sa dva zrcala. Jedno od ogledala (1) je prozirno. Takav sistem se naziva optički rezonator.

Sistem za pumpanje prenosi čestice sa nivoa E 1 na nivo apsorpcije E 3 , odakle one neradijativno prelaze na metastabilni nivo E 2 , stvarajući njegovu inverznu populaciju. Nakon toga, spontani radijacioni prelazi E 2 → E 1 počinju emisijom monohromatskih fotona:

Rice. 31.4.Šematski uređaj lasera

Fotoni spontane emisije emitovani pod uglom u odnosu na os rezonatora izlaze kroz bočnu površinu i ne učestvuju u procesu generisanja. Njihov tok brzo presušuje.

Fotoni, koji se nakon spontane emisije kreću duž ose rezonatora, više puta prolaze kroz radno tijelo, reflektirajući se od ogledala. Istovremeno, oni stupaju u interakciju sa pobuđenim česticama, inicirajući stimulisanu emisiju. Zbog toga dolazi do "lavinovitog" rasta indukovanih fotona koji se kreću u istom pravcu. Višestruko pojačan tok fotona izlazi kroz polutransparentno ogledalo, stvarajući snažan snop gotovo paralelnih koherentnih zraka. U stvari, nastaje lasersko zračenje prvo spontani foton koji se kreće duž ose rezonatora. Ovo osigurava koherentnost zračenja.

Tako laser pretvara energiju izvora pumpe u energiju monohromatskog koherentnog svjetla. Efikasnost takve transformacije, tj. Efikasnost ovisi o vrsti lasera i kreće se od djelića postotka do nekoliko desetina posto. Većina lasera ima efikasnost od 0,1-1%.

Vrste lasera

Prvi stvoreni laser (1960.) koristio je rubin i optički pumpni sistem kao radni medij. Rubin je kristalni aluminijum oksid A1 2 O 3 koji sadrži oko 0,05% atoma hroma (krom je taj koji rubinu daje ružičastu boju). Atomi hroma ugrađeni u kristalnu rešetku su aktivni medij

sa konfiguracijom nivoa energije prikazanom na sl. 31.3. Talasna dužina zračenja rubin lasera je λ = 694,3 nm. Zatim su došli laseri koji koriste druge aktivne medije.

U zavisnosti od vrste radnog fluida, laseri se dele na gasne, čvrste, tečne, poluprovodničke. U solid-state laserima aktivni element je obično napravljen u obliku cilindra čija je dužina mnogo veća od njegovog promjera. Plinoviti i tekući aktivni mediji stavljaju se u cilindričnu kivetu.

U zavisnosti od metode pumpanja, može se dobiti kontinuirano i impulsno generisanje laserskog zračenja. Sa kontinuiranim pumpnim sistemom, inverzija stanovništva se održava dugo vremena zahvaljujući vanjskom izvoru energije. Na primjer, kontinuirano pobuđivanje električnim pražnjenjem u plinovitom mediju. Sa impulsnim pumpnim sistemom, inverzija stanovništva se stvara u impulsnom režimu. Brzina ponavljanja pulsa od 10 -3

Hz do 10 3 Hz.

31.4. Karakteristike laserskog zračenja

Lasersko zračenje po svojim svojstvima značajno se razlikuje od zračenja konvencionalnih izvora svjetlosti. Uočavamo njegove karakteristične karakteristike.

1. Koherencija. Radijacija je visoko koherentanšto je zbog svojstava stimulisane emisije. U ovom slučaju dolazi do ne samo vremenske, već i prostorne koherentnosti: fazna razlika u dvije tačke ravni okomita na smjer širenja ostaje konstantna (slika 31.5, a).

2. Kolimacija. Lasersko zračenje je kolimirani one. svi zraci u snopu su skoro paralelni jedni s drugima (slika 31.5, b). Na velikoj udaljenosti, laserski snop samo malo povećava prečnik. Od ugla divergencije φ je mali, tada intenzitet laserskog snopa lagano opada s rastojanjem. Ovo omogućava prijenos signala na velike udaljenosti uz malo slabljenja njihovog intenziteta.

3. Monochromatic. Lasersko zračenje je unutra visoko monohromatski, one. sadrži valove gotovo iste frekvencije (širina spektralne linije je Δλ ≈0,01 nm). Na

Slika 31.5c prikazuje šematski poređenje širine linije laserskog zraka i običnog svjetlosnog snopa.

Rice. 31.5. Koherentnost (a), kolimacija (b), monohromatičnost (c) laserskog zračenja

Prije pojave lasera, zračenje s određenim stupnjem monokromatnosti moglo se dobiti pomoću uređaja - monohromatora koji izdvajaju uske spektralne intervale (uske valne dužine) iz kontinuiranog spektra, ali je svjetlosna snaga u takvim opsezima mala.

4. Velika snaga. Uz pomoć lasera moguće je osigurati vrlo veliku snagu monokromatskog zračenja - do 10 5 W u kontinuiranom režimu. Snaga impulsnih lasera je nekoliko redova veličine veća. Dakle, neodimijum laser generiše impuls sa energijom E = 75 J, čije trajanje je t = 3x10 -12 s. Snaga u impulsu je P = E / t = 2,5x10 13 W (za poređenje: snaga hidroelektrane je P ~ 10 9 W).

5. Visok intenzitet. Kod impulsnih lasera intenzitet laserskog zračenja je veoma visok i može dostići I = 10 14 -10 16 W/cm 2 (uporedi intenzitet sunčeve svetlosti u blizini površine zemlje I = 0,1 W/cm 2).

6. Visoka svjetlina. Za lasere koji rade u vidljivom opsegu, osvetljenost lasersko zračenje (intenzitet svjetlosti po jedinici površine) je vrlo visok. Čak i najslabiji laseri imaju sjaj od 10 15 cd/m 2 (za poređenje: sjaj Sunca je L ~ 10 9 cd/m 2).

7. Pritisak. Kada laserski snop padne na površinu tijela, a pritisak(D). Sa potpunom apsorpcijom laserskog zračenja koje pada okomito na površinu, stvara se pritisak D = I / c, gdje je I intenzitet zračenja, c je brzina svjetlosti u vakuumu. Sa totalnom refleksijom, pritisak je dvostruko veći. Za intenzitet I = 10 14 W / cm 2 \u003d 10 18 W / m 2; D = 3,3x10 9 Pa = 33.000 atm.

8. Polarizacija. Lasersko svjetlo je potpuno polarizovan.

31.5. Karakteristike laserskog zračenja koje se koristi u medicini

Talasna dužina zračenja

Talasna dužina zračenja (λ) medicinskih lasera je u opsegu od 0,2 -10 µm, tj. od ultraljubičastog do dalekog infracrvenog.

Snaga zračenja

Snaga zračenja (P) medicinskih lasera varira u širokom rasponu, određen svrhom primjene. Za lasere sa kontinuiranim pumpanjem, P = 0,01-100 W. Impulsne lasere karakterizira snaga impulsa P i trajanje impulsa τ i

Za hirurške lasere P u = 10 3 -10 8 W, a trajanje impulsa t u = 10 -9 -10 -3 s.

Energija u pulsu zračenja

Energija jednog impulsa laserskog zračenja (E u) određena je relacijom E u = P u -m u, gdje je t u trajanje impulsa zračenja (obično t u = 10 -9 -10 -3 s). Za hirurške lasere E i = 0,1-10 J.

Frekvencija pulsa

Ova karakteristika (f) impulsnih lasera označava broj impulsa zračenja koje laser generiše u 1 s. Za terapeutske lasere f = 10-3000 Hz, za hirurške lasere f = 1-100 Hz.

Prosječna snaga zračenja

Ova karakteristika (P cf) ponavljajućih impulsnih lasera pokazuje koliko energije laser emituje u 1 s, a određena je sljedećim odnosom:

Intenzitet (gustina snage)

Ova karakteristika (I) je definirana kao omjer snage laserskog zračenja i površine poprečnog presjeka zraka. Za cw lasere I = P/S. U slučaju impulsnih lasera, pravi se razlika intenzitet pulsa I i = P i /S i prosječni intenzitet I cf = P cf /S.

Intenzitet hirurških lasera i pritisak koji stvara njihovo zračenje imaju sljedeća značenja:

za cw lasere I ~ 10 3 W/cm 2 , D = 0,033 Pa;

za impulsne lasere I i ~ 10 5 -10 11 W / cm 2, D \u003d 3,3 - 3,3x10 6 Pa.

Gustina energije u impulsu

Ova vrijednost (W) karakterizira energiju po jedinici površine ozračene površine po impulsu i određena je relacijom W = E i /S, gdje je S (cm 2) površina svjetlosne mrlje (tj. poprečni presjek laserskog snopa) na površinskom biotkivu. Za lasere koji se koriste u hirurgiji, W ≈ 100 J/cm2.

Parametar W se može smatrati dozom zračenja D po 1 impulsu.

31.6. Promjene svojstava tkiva i njegove temperature pod djelovanjem kontinuiranog laserskog zračenja velike snage

Promjena temperature i svojstva tkiva

pod dejstvom kontinuiranog laserskog zračenja

Apsorpcija laserskog zračenja velike snage biološkim tkivom praćena je oslobađanjem topline. Za izračunavanje oslobođene topline koristi se posebna vrijednost - zapreminska gustina toplote(q).

Oslobađanje toplote je praćeno povećanjem temperature i u tkivima se dešavaju sledeći procesi:

na 40-60°C dolazi do aktivacije enzima, stvaranja edema, promjene i, ovisno o vremenu djelovanja, smrti stanica, denaturacije proteina, početka koagulacije i nekroze;

na 60-80°C - denaturacija kolagena, defekti membrane; na 100°C - dehidracija, isparavanje vode iz tkiva; preko 150°C - ugljenisanje;

preko 300 ° C - isparavanje tkiva, stvaranje plina. Dinamika ovih procesa prikazana je na sl. 31.6.

Rice. 31.6. Dinamika promjena temperature tkiva pod utjecajem kontinuiranog laserskog zračenja

1 faza. Prvo, temperatura tkiva raste sa 37 na 100 °C. U ovom temperaturnom rasponu termodinamička svojstva tkanine ostaju praktički nepromijenjena, a temperatura raste linearno s vremenom (α = const i I = const).

2 faza. Na temperaturi od 100 °C počinje isparavanje vode iz tkiva, a do kraja ovog procesa temperatura ostaje konstantna.

3 faza. Nakon što voda ispari, temperatura ponovo počinje rasti, ali sporije nego u dijelu 1, jer dehidrirano tkivo apsorbira energiju slabije od normalnog.

4 faza. Po dostizanju temperature T ≈ 150 °C počinje proces ugljenisanja i posljedično “crnjenja” biološkog tkiva. U tom slučaju se povećava koeficijent apsorpcije α. Stoga se uočava nelinearno, ubrzano povećanje temperature s vremenom.

5 faza. Po dostizanju temperature T ≈ 300 °C, počinje proces isparavanja dehidriranog ugljenisanog biološkog tkiva i porast temperature ponovo prestaje. U tom trenutku laserski snop seče (uklanja) tkivo, tj. postaje skalpel.

Stepen povećanja temperature zavisi od dubine tkiva (slika 31.7).

Rice. 31.7. Procesi koji se javljaju u ozračenim tkivima na različitim dubinama: a- u površinskom sloju tkanina se zagreva do nekoliko stotina stepeni i isparava; b- snaga zračenja oslabljena gornjim slojem nije dovoljna da ispari tkivo. Dolazi do koagulacije tkiva (ponekad zajedno sa ugljenisanjem - crna debela linija); in- do zagrijavanja tkiva dolazi zbog prijenosa topline iz zone (b)

Dužine pojedinih zona određene su kako karakteristikama laserskog zračenja tako i svojstvima samog tkiva (prvenstveno koeficijentima apsorpcije i toplotne provodljivosti).

Udar snažnog fokusiranog snopa laserskog zračenja također je praćen pojavom udarnih valova, koji mogu uzrokovati mehanička oštećenja susjednih tkiva.

Ablacija tkiva pod uticajem pulsnog laserskog zračenja velike snage

Kada se tkivo izloži kratkim impulsima laserskog zračenja velike gustine energije, ostvaruje se još jedan mehanizam disekcije i uklanjanja biološkog tkiva. U ovom slučaju dolazi do vrlo brzog zagrijavanja tkivne tekućine do temperature T > T ključanja. U ovom slučaju, tkivna tečnost je u metastabilnom pregrejanom stanju. Zatim dolazi do "eksplozivnog" ključanja tkivne tečnosti, koje je praćeno uklanjanjem tkiva bez ugljenisanja. Ovaj fenomen se zove ablacija. Ablacija je praćena stvaranjem mehaničkih udarnih talasa koji mogu izazvati mehanička oštećenja tkiva u blizini zone laserskog udara. Ovu činjenicu treba uzeti u obzir pri odabiru parametara pulsirajućeg laserskog zračenja, na primjer, prilikom poliranja kože, bušenja zuba ili laserske korekcije vidne oštrine.

31.7. Upotreba laserskog zračenja u medicini

Procesi koji karakteriziraju interakciju laserskog zračenja (LR) s biološkim objektima mogu se podijeliti u 3 grupe:

neometana akcija(nema primjetnog efekta na biološki objekt);

fotohemijsko dejstvo(čestica pobuđena laserom ili sama učestvuje u odgovarajućim hemijskim reakcijama, ili prenosi svoju ekscitaciju na drugu česticu koja učestvuje u hemijskoj reakciji);

fotodestrukcija(zbog oslobađanja toplote ili udarnih talasa).

Laserska dijagnostika

Laserska dijagnostika je neperturbirajući učinak na biološki objekat, korištenjem koherentnost lasersko zračenje. Navodimo glavne dijagnostičke metode.

Interferometrija. Kada se lasersko zračenje reflektuje od hrapave površine, nastaju sekundarni talasi koji interferiraju jedan s drugim. Kao rezultat toga, formira se uzorak tamnih i svijetlih mrlja (spekle), čija lokacija daje informacije o površini biološkog objekta (metoda spekle interferometrije).

Holografija. Uz pomoć laserskog zračenja dobija se trodimenzionalna slika objekta. U medicini ova metoda omogućava dobijanje trodimenzionalnih slika unutrašnjih šupljina želuca, očiju itd.

Rasipanje svetlosti. Kada visoko usmjereni laserski snop prođe kroz prozirni predmet, svjetlost se raspršuje. Registracija ugaone zavisnosti intenziteta raspršene svetlosti (metoda nefelometrije) omogućava određivanje veličine čestica medija (od 0,02 do 300 μm) i stepena njihove deformacije.

Pri rasejanju može da se promeni polarizacija svetlosti, što se koristi i u dijagnostici (metoda polarizacione nefelometrije).

Doplerov efekat. Ova metoda se zasniva na mjerenju Doplerovog pomaka LR frekvencije, do kojeg dolazi kada se svjetlost odbija čak i od sporo pokretnih čestica (metoda anometrije). Na taj način se mjeri brzina protoka krvi u žilama, pokretljivost bakterija itd.

Kvazielastično rasipanje. Sa takvim rasipanjem dolazi do beznačajne promjene talasne dužine sondirajućeg LR. Razlog za to je promjena u svojstvima raspršivanja (konfiguracija, konformacija čestica) tokom procesa mjerenja. Vremenske promjene parametara površine raspršenja očituju se u promjeni spektra raspršenja u odnosu na spektar ulaznog zračenja (spektar raspršenja se ili širi ili se u njemu pojavljuju dodatni maksimumi). Ova metoda omogućava da se dobiju informacije o promjenjivim karakteristikama raspršivača: koeficijent difuzije, usmjerena brzina transporta i dimenzije. Ovako se dijagnosticiraju proteinski makromolekuli.

Laserska masena spektroskopija. Ova metoda se koristi za proučavanje hemijskog sastava objekta. Snažni snopovi laserskog zračenja isparavaju supstancu sa površine biološkog objekta. Parovi se podvrgavaju spektralnoj analizi mase, čiji se rezultati koriste za procjenu sastava tvari.

Laserski test krvi. Laserski snop koji prolazi kroz usku kvarcnu kapilaru, kroz koju se pumpa posebno tretirana krv, uzrokuje fluoresciranje njenih ćelija. Fluorescentno svjetlo tada se hvata osjetljivim senzorom. Ovaj sjaj je specifičan za svaku vrstu ćelija koje prolaze pojedinačno kroz dio laserskog snopa. Broji se ukupan broj ćelija u datoj zapremini krvi. Za svaki tip ćelije određuju se precizni kvantitativni indikatori.

metoda fotodestrukcije. Koristi se za proučavanje površine kompozicija objekt. Snažni LR snopovi omogućavaju uzimanje mikrouzoraka sa površine bioloških objekata isparavanjem supstance i naknadnom masenom spektralnom analizom ove pare.

Upotreba laserskog zračenja u terapiji

U terapiji se koriste laseri niskog intenziteta (intenziteta 0,1-10 W/cm2). Zračenje niskog intenziteta ne izaziva primetan destruktivni efekat na tkiva direktno tokom zračenja. U vidljivom i ultraljubičastom području spektra, efekti zračenja su posljedica fotohemijskih reakcija i ne razlikuju se od efekata monohromatskog svjetla dobivenog iz konvencionalnih nekoherentnih izvora. U ovim slučajevima, laseri su jednostavno prikladni monokromatski izvori svjetlosti koji pružaju

Rice. 31.8. Shema korištenja laserskog izvora za intravaskularno zračenje krvi

određivanje tačne lokalizacije i doze izlaganja. Kao primjer, na sl. 31.8 prikazuje dijagram upotrebe izvora laserskog zračenja za intravaskularno zračenje krvi kod pacijenata sa srčanom insuficijencijom.

U nastavku su navedene najčešće metode laserske terapije.

Terapija crvenim svjetlom. He-Ne lasersko zračenje talasne dužine 632,8 nm koristi se u antiinflamatorne svrhe za lečenje rana, čireva, koronarne bolesti srca. Terapeutski efekat je povezan sa uticajem svetlosti ove talasne dužine na proliferativnu aktivnost ćelije. Svetlost deluje kao regulator ćelijskog metabolizma.

Terapija plavim svjetlom. Lasersko zračenje sa talasnom dužinom u plavoj oblasti vidljive svetlosti koristi se, na primer, za lečenje neonatalne žutice. Ova bolest je posljedica naglog povećanja koncentracije bilirubina u tijelu, koji ima maksimalnu apsorpciju u plavoj regiji. Ako su djeca zračena laserskim zračenjem ovog raspona, bilirubin se razgrađuje, stvarajući produkte topljive u vodi.

laserska fizioterapija - korištenje laserskog zračenja u kombinaciji s različitim metodama elektrofizioterapije. Neki laseri imaju magnetne mlaznice za kombinovano djelovanje laserskog zračenja i magnetnog polja - magnetna laserska terapija. To uključuje magnetno-infracrveni laserski terapeutski aparat "Milta".

Efikasnost laserske terapije povećava se kombinovanim izlaganjem lekovitim supstancama koje su prethodno primenjene na ozračeno područje (laseroforeza).

Fotodinamička terapija tumora. Fotodinamička terapija (PDT) se koristi za uklanjanje tumora koji su izloženi svjetlosti. PDT se zasniva na upotrebi fotosenzibilizatora lokalizovanih u tumorima koji povećavaju osetljivost tkiva tokom njihovog

naknadno zračenje vidljivom svjetlošću. Uništavanje tumora tokom PDT zasniva se na tri efekta: 1) direktno fotohemijsko uništavanje tumorskih ćelija; 2) oštećenje krvnih sudova tumora koje dovodi do ishemije i smrti tumora; 3) pojava inflamatorne reakcije koja mobiliše antitumornu imunološku odbranu tjelesnih tkiva.

Za ozračivanje tumora koji sadrže fotosenzibilizatore koristi se lasersko zračenje valne dužine 600-850 nm. U ovom području spektra dubina prodiranja svjetlosti u biološka tkiva je maksimalna.

Fotodinamička terapija se koristi u liječenju tumora kože, unutarnjih organa: pluća, jednjaka (istovremeno lasersko zračenje se isporučuje u unutrašnje organe pomoću svjetlovoda).

Upotreba laserskog zračenja u hirurgiji

U hirurgiji se laseri visokog intenziteta koriste za rezanje tkiva, uklanjanje patoloških područja, zaustavljanje krvarenja i zavarivanje bioloških tkiva. Pravilnim odabirom talasne dužine zračenja, njegovog intenziteta i trajanja ekspozicije mogu se dobiti različiti hirurški efekti. Dakle, za rezanje bioloških tkiva koristi se fokusirani snop kontinuiranog CO 2 lasera, talasne dužine λ = 10,6 μm, snage 2x10 3 W/cm 2 .

Upotreba laserskog snopa u hirurgiji daje selektivan i kontrolisan efekat. Laserska hirurgija ima niz prednosti:

Beskontaktno, daje apsolutnu sterilnost;

Selektivnost, koja omogućava izbor talasne dužine zračenja da uništi patološka tkiva na dozirani način, bez uticaja na okolna zdrava tkiva;

Beskrvnost (zbog koagulacije proteina);

Mogućnost mikrohirurških efekata zbog visokog stepena fokusiranja zraka.

Naznačimo neka područja hirurške primjene lasera.

Lasersko zavarivanje tkanina. Spajanje seciranih tkiva je neophodan korak u mnogim operacijama. Slika 31.9 prikazuje kako se zavarivanje jednog od stabala velikog živca izvodi u kontaktnom načinu pomoću lemljenja, koji

Rice. 31.9. Zavarivanje živaca laserskim snopom

kapi iz pipete se nanose na mesto lasera.

Uništavanje pigmentiranih područja. Pulsni laseri se koriste za uništavanje pigmentiranih područja. Ova metoda (fototermoliza) koristi se za liječenje angioma, tetovaža, sklerotičnih plakova u krvnim sudovima itd.

laserska endoskopija. Uvođenje endoskopije napravilo je revoluciju u operativnoj medicini. Kako bi se izbjegle velike otvorene operacije, lasersko zračenje se isporučuje na mjesto ekspozicije pomoću svjetlovoda od optičkih vlakana, koji omogućavaju isporuku laserskog zračenja do bioloških tkiva unutrašnjih šupljih organa. To značajno smanjuje rizik od infekcije i postoperativnih komplikacija.

laserski test. Laseri kratkog impulsa u kombinaciji sa svjetlosnim vodičima koriste se za uklanjanje plakova u krvnim žilama, kamenca u žučnoj kesi i bubrezima.

Laseri u oftalmologiji. Upotreba lasera u oftalmologiji omogućava izvođenje beskrvnih hirurških intervencija bez narušavanja integriteta očne jabučice. To su operacije na staklastom tijelu; zavarivanje ljuštene retine; tretman glaukoma "probijanjem" rupa (prečnika 50÷100 mikrona) laserskim snopom za odliv intraokularne tečnosti. Za korekciju vida koristi se sloj po sloj ablacija tkiva rožnjače.

31.8. Osnovni pojmovi i formule

Kraj stola

31.9. Zadaci

1. U molekulu fenilalanina, razlika energije u osnovnom i pobuđenom stanju je ΔE = 0,1 eV. Pronađite odnos između populacija ovih nivoa na T = 300 K.

odgovor: n \u003d 3,5 * 10 18.

Laseri postaju sve važniji istraživački alat u medicini, fizici, hemiji, geologiji, biologiji i inženjerstvu. Ako se pogrešno koriste, mogu uzrokovati zasljepljivanje i ozljede (uključujući opekotine i strujni udar) operatera i drugog osoblja, uključujući slučajne posjetioce laboratorije, i uzrokovati značajnu materijalnu štetu. Korisnici ovih uređaja moraju u potpunosti razumjeti i primijeniti potrebne sigurnosne mjere pri rukovanju njima.

Šta je laser?

Riječ "laser" (eng. LASER, Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) je skraćenica koja znači "amplification of light by stimulated emission". Frekvencija zračenja koje generiše laser je unutar ili blizu vidljivog dela elektromagnetnog spektra. Energija se pojačava do stanja izuzetno visokog intenziteta procesom koji se naziva "indukovano lasersko zračenje".

Izraz "zračenje" se često pogrešno razumije jer se koristi i za njegovo opisivanje, au ovom kontekstu znači prijenos energije. Energija se prenosi s jednog mjesta na drugo vođenjem, konvekcijom i zračenjem.

Postoji mnogo različitih tipova lasera koji rade u različitim okruženjima. Kao radni medij koriste se plinovi (na primjer, argon ili mješavina helijuma i neona), čvrsti kristali (na primjer, rubin) ili tekuće boje. Kada se energija dovede u radni medij, on prelazi u pobuđeno stanje i oslobađa energiju u obliku svjetlosnih čestica (fotona).

Par ogledala na oba kraja zatvorene cijevi ili reflektira ili prenosi svjetlost u koncentrisanoj struji koja se zove laserski snop. Svaki radni medij proizvodi snop jedinstvene talasne dužine i boje.

Boja laserskog svjetla obično se izražava u smislu talasne dužine. Nejonizujući je i uključuje ultraljubičasti (100-400 nm), vidljivi (400-700 nm) i infracrveni (700 nm - 1 mm) dio spektra.

elektromagnetnog spektra

Svaki elektromagnetski talas ima jedinstvenu frekvenciju i dužinu povezane sa ovim parametrom. Kao što crvena svjetlost ima svoju frekvenciju i valnu dužinu, tako i sve druge boje - narandžasta, žuta, zelena i plava - imaju jedinstvene frekvencije i valne dužine. Ljudi su u stanju da percipiraju ove elektromagnetne talase, ali nisu u stanju da vide ostatak spektra.

Ultraljubičasto takođe ima najveću frekvenciju. Infracrveno, mikrotalasno zračenje i radio talasi zauzimaju niže frekvencije spektra. Vidljiva svjetlost se nalazi u vrlo uskom rasponu između.

ljudski uticaj

Laser proizvodi intenzivan usmjereni snop svjetlosti. Ako je usmjerena, reflektirana ili fokusirana na objekt, zraka će se djelomično apsorbirati, podižući površinu i unutarnju temperaturu objekta, što može uzrokovati promjenu ili deformaciju materijala. Ove kvalitete, koje su našle primjenu u laserskoj hirurgiji i obradi materijala, mogu biti opasne za ljudsko tkivo.

Osim zračenja, koje ima termički učinak na tkiva, opasno je i lasersko zračenje koje proizvodi fotokemijski efekat. Njegovo stanje je dovoljno kratko, odnosno ultraljubičasti ili plavi dio spektra. Moderni uređaji proizvode lasersko zračenje, čiji je utjecaj na osobu minimiziran. Energija lasera male snage nije dovoljna da izazove štetu i ne predstavljaju opasnost.

Ljudska tkiva su osjetljiva na energiju, a pod određenim okolnostima, elektromagnetno zračenje, uključujući lasersko zračenje, može uzrokovati oštećenje očiju i kože. Provedene su studije o graničnim nivoima traumatskog zračenja.

Opasnost za oči

Ljudsko oko je podložnije povredama nego koža. Rožnjača (prozirna vanjska prednja površina oka), za razliku od dermisa, nema vanjski sloj mrtvih stanica koje štite od utjecaja okoline. Laserski i apsorbuje ga rožnjača oka, što joj može oštetiti. Povredu prati edem epitela i erozija, a kod težih povreda - zamućenje prednje očne komore.

Očno sočivo takođe može biti sklono povredama kada je izloženo raznim laserskim zračenjima – infracrvenim i ultraljubičastim.

Najveću opasnost, međutim, predstavlja udar lasera na mrežnjaču u vidljivom dijelu optičkog spektra - od 400 nm (ljubičasto) do 1400 nm (bliski infracrveni). Unutar ovog područja spektra, kolimirani snopovi se fokusiraju na vrlo mala područja mrežnjače. Najnepovoljnija varijanta ekspozicije nastaje kada oko gleda u daljinu i u njega uđe direktni ili reflektirani snop. U ovom slučaju, njegova koncentracija na mrežnici doseže 100.000 puta.

Tako vidljivi snop snage 10 mW/cm 2 utječe na retinu sa snagom od 1000 W/cm 2 . Ovo je više nego dovoljno da izazove štetu. Ako oko ne gleda u daljinu, ili ako se snop reflektuje od difuzne, neogledne površine, mnogo snažnije zračenje dovodi do ozljede. Laserski efekat na kožu je lišen efekta fokusiranja, pa je mnogo manje sklona ozljedama na ovim valnim dužinama.

X-zrake

Neki visokonaponski sistemi sa naponom preko 15 kV mogu generisati X-zrake značajne snage: lasersko zračenje, čiji su izvori izvori velike snage pumpani elektronom, kao i plazma sistemi i jonski izvori. Ovi uređaji se moraju provjeriti da li su uključeni kako bi se osigurala odgovarajuća zaštita.

Klasifikacija

Ovisno o snazi ​​ili energiji zraka i talasnoj dužini zračenja, laseri se dijele u nekoliko klasa. Klasifikacija se zasniva na mogućnosti da uređaj izazove trenutne povrede očiju, kože ili požara kada je direktno izložen snopu ili kada se reflektuje od difuznih reflektujućih površina. Svi komercijalni laseri podliježu identifikaciji oznakama koje se na njih stavljaju. Ako je uređaj domaće izrade ili nije drugačije označen, treba potražiti savjet o odgovarajućoj klasifikaciji i označavanju. Laseri se razlikuju po snazi, talasnoj dužini i vremenu ekspozicije.

Secure Devices

Prvoklasni uređaji stvaraju lasersko zračenje niskog intenziteta. Ne može dostići opasne nivoe, tako da su izvori izuzeti od većine kontrola ili drugih oblika nadzora. Primer: laserski štampači i CD plejeri.

Uslovno sigurni uređaji

Laseri druge klase emituju u vidljivom dijelu spektra. To je lasersko zračenje čiji izvori uzrokuju da osoba ima normalnu reakciju odbijanja previše jakog svjetla (refleks treptanja). Kada je izloženo zraku, ljudsko oko trepće nakon 0,25 sekundi, što pruža dovoljnu zaštitu. Međutim, lasersko zračenje u vidljivom opsegu može oštetiti oko uz stalnu izloženost. Primjeri: laserski pokazivači, geodetski laseri.

Laseri klase 2a su uređaji posebne namjene sa izlaznom snagom manjom od 1 mW. Ovi uređaji uzrokuju štetu samo kada su direktno izloženi duže od 1000 s tokom 8-satnog radnog dana. Primjer: čitači bar kodova.

Opasni laseri

Klasa 3a odnosi se na uređaje koji ne oštećuju pri kratkotrajnom izlaganju nezaštićenom oku. Može biti opasno kada koristite optiku za fokusiranje kao što su teleskopi, mikroskopi ili dvogledi. Primjeri: 1-5 mW He-Ne laser, neki laserski pokazivači i nivoi za izgradnju.

Laserski snop klase 3b može uzrokovati ozljede ako je direktno izložen ili ako se ogleda. Primjer: 5-500 mW He-Ne laser, mnogi istraživački i terapeutski laseri.

Klasa 4 uključuje uređaje sa nivoima snage većim od 500 mW. Opasne su za oči, kožu, a takođe predstavljaju opasnost od požara. Izloženost zraku, njegovim zrcalnim ili difuznim refleksijama može uzrokovati ozljede očiju i kože. Moraju se poduzeti sve sigurnosne mjere. Primer: Nd:YAG laseri, displeji, hirurgija, rezanje metala.

Lasersko zračenje: zaštita

Svaka laboratorija mora osigurati adekvatnu zaštitu za osobe koje rade sa laserima. Prozori u prostorijama kroz koje može proći zračenje uređaja klase 2, 3 ili 4 i uzrokovati štetu u nekontrolisanim prostorima moraju biti pokriveni ili na drugi način zaštićeni tokom rada takvog uređaja. Za maksimalnu zaštitu očiju preporučuje se sljedeće.

• Zraka mora biti zatvorena u nereflektirajuću, nezapaljivu ambalažu kako bi se smanjio rizik od slučajnog izlaganja ili požara. Za poravnanje snopa koristite fluorescentne ekrane ili sekundarne nišane; izbegavajte direktno izlaganje očima.
• Koristite najnižu snagu za postupak poravnanja zraka. Ako je moguće, koristite uređaje niske klase za preliminarne postupke poravnanja. Izbjegavajte prisustvo nepotrebnih reflektirajućih objekata u području lasera.
• Ograničite prolaz snopa u opasnoj zoni u neradno vrijeme, koristeći roletne i druge barijere. Nemojte koristiti zidove prostorije za poravnavanje zraka lasera klase 3b i 4.
• Koristite nereflektirajuće alate. Neki inventar koji ne reflektuje vidljivu svjetlost postaje spekularni u nevidljivom području spektra.
• Ne nosite reflektirajući nakit. Metalni nakit također povećava rizik od strujnog udara.

Zaštitne naočare

Morate nositi zaštitne naočale kada radite sa laserima klase 4 na otvorenom opasnom području ili gdje postoji opasnost od refleksije. Njihova vrsta zavisi od vrste zračenja. Naočare moraju biti odabrane tako da štite od refleksije, posebno difuzne refleksije, i da pruže zaštitu do nivoa na kojem prirodni zaštitni refleks može spriječiti ozljede oka. Takvi optički uređaji će zadržati određenu vidljivost zraka, spriječiti opekotine kože i smanjiti mogućnost drugih nezgoda.

Faktori koje treba uzeti u obzir pri odabiru naočara:

• talasna dužina ili oblast spektra zračenja;
• optička gustina na određenoj talasnoj dužini;
• maksimalno osvjetljenje (W / cm 2) ili snaga snopa (W);
• vrsta laserskog sistema;
• režim snage - pulsno lasersko zračenje ili kontinuirani režim;
• mogućnost refleksije - ogledalo i difuzno;
• linija vida;
• prisustvo korektivnih sočiva ili dovoljne veličine da omogući nošenje naočara za korekciju vida;
• udobnost;
• prisutnost ventilacijskih otvora koji sprječavaju zamagljivanje;
• uticaj na vid boja;
• otpornost na udarce;
• sposobnost obavljanja potrebnih zadataka.

Budući da su zaštitne naočale podložne oštećenju i habanju, laboratorijski sigurnosni program bi trebao uključivati ​​periodične provjere ovih sigurnosnih karakteristika.

Ljudsko – to je industrija, medicina, naučna istraživanja, monitoring životne sredine, itd. Lasersko zračenje (LI), kao i druge vrste zračenja, ima štetan uticaj na ljudski organizam. Laseri koji neprekidno emituju proizvode intenziteta od 10$ W/cm2, što je sasvim dovoljno da se otopi i ispari bilo koji materijal. Intenzitet zračenja tokom generisanja kratkih impulsa ponekad dostiže više od 10$ W/cm2. Da bismo zamislili ovu vrijednost, treba napomenuti da blizu Zemljine površine, intenzitet sunčeve svjetlosti iznosi samo $0,1$…$0,2$ W/cm2. LI je optičko koherentno zračenje, koje ima visoku usmjerenost i veliku gustoću energije.

Zračenje se formira u aktivnom mediju, koji je glavni element lasera, a da bi se formiralo potrebno je:

1. Svjetlo iz nelaserskih izvora;
2. Pražnjenje električne energije u plinovima;
3. Kemijske reakcije;
4. Bombardiranje električnim snopom i druge metode.

Optički rezonator formiraju ogledala, između kojih se nalazi aktivni medij, može biti čvrst materijal - staklo, plastika, rubini - može biti predstavljen poluprovodnicima, tekućinom sa organskim bojama, plinom itd. Laseri mogu biti impulsni i kontinuirani .

Prema svojim fizičkim i tehničkim parametrima laseri se dijele na:

1. Verzija dizajna:

   • Stacionarni laseri;
   • Mobilni laseri;
   • otvoreni laseri;
   • zatvoreni laseri.

2. Snaga zračenja:

   • Laseri za teške uvjete rada;
   • Snažni laseri;
   • Laseri srednje snage;
   • laseri male snage.

3. Način rada:

   • CW laseri;
   • Pulsni laseri;
   • Impulsni laseri sa preklopkom Q.

4. Metoda odvođenja topline:

   • Prirodno hlađeni laseri;
   • Laseri s prisilnim vodenim hlađenjem;
   • Prisilni laseri hlađeni zrakom;
   • Laseri sa prisilnim hlađenjem specijalnim tečnostima.

5. svrha:

   • Tehnološki laseri;
   • Laseri su posebni;
   • Istraživački laseri;
   • Laseri su jedinstveni.

6. Metoda pumpanja:

   • Pumpanje kemijskom ekscitacijom;
   • Pumpanje propuštanjem visokofrekventne struje;
   • Propuštanje impulsne struje;
   • Propuštanjem jednosmerne struje;
   • Pumpanje impulsnim svjetlom;
   • Pumpanje uz konstantno svjetlo.

7. Dužina generisanog svetlosnog talasa:

   • infracrveni laseri;
   • Laseri vidljive svjetlosti;
   • ultraljubičasti laseri;
   • Rentgenski laseri;
   • submilimetarski laseri.

8. Za aktivni element:

   • Plinski dinamički laseri;
   • Solid state laseri;
   • Poluvodički laseri;
   • Liquid lasers;
   • Gasni laseri.

Lasersko zračenje i ljudsko tijelo

Svi laseri, na osnovu stepena njihove opasnosti za radnike, podeljeni su u 4 klase:

1. Ne predstavljaju opasnost od zračenja za ljudsku kožu i oči;
2. I direktno i reflektovano zračenje predstavljaju veliku opasnost za oči;
3. Sva tri zračenja - direktno, reflektirano i difuzno reflektovana - na udaljenosti od $0,1$ m od reflektirajuće površine su opasna. Postoji i opasnost od izlaganja kože;
4. Opasnost od difuzno reflektovanog zračenja na udaljenosti od $0,1$ m od difuzno reflektirajuće površine.

U ljudskom tijelu lasersko zračenje može uzrokovati patološke promjene, poremećaje u radu organa vida, centralnog nervnog sistema i autonomnog sistema. Lasersko zračenje negativno utiče na unutrašnje organe osobe - jetru, bubrege, kičmenu moždinu itd. Nastale površinske opekotine - glavni patofiziološki efekat zračenja.

Laseri klase $II$, $III$, $IV$ su obavezno označeni znakovima opasnosti od lasera i opremljeni signalnim uređajima za čitav period rada. Kako bi se spriječilo širenje zračenja izvan obrađenih materijala, laseri klase $III$ i $IV$ opremljeni su posebnim ekranima. Za njihovu proizvodnju koristi se materijal otporan na vatru, koji se ne topi i apsorbira svjetlost. Upravljanje takvim laserima je daljinsko.

Za lasersko zračenje ugrađeno granični nivoi. Ovi nivoi se određuju uzimajući u obzir područje spektra odvojeno za oči i kožu. Laserski radnici treba da prođu i preliminarni i godišnji medicinski pregled. Za lasere $II$...$IV$ radnici moraju koristiti ličnu zaštitu za oči, a za $IV$ lasere zaštitne maske. U zavisnosti od talasne dužine zračenja, stakla naočara mogu biti bezbojna ili narandžasta, plavo-zelena.

Sve opasnosti laserskog zračenja se dijele na primarni– laserska mašina i sekundarno– u procesu interakcije između laserskog zračenja i mete.

1. Primarne opasnosti:

   • Direktno lasersko zračenje;
   • Električni napon;
   • Emisija svjetlosti;
   • akustični šum;
   • Vibracioni pribor;
   • Plinovi koji zagađuju zrak koji se emituju iz jedinice instalacije;
   • Rentgensko zračenje na naponu iznad $15$ kV.

2. Sekundarne opasnosti:

   • Reflektirano lasersko zračenje;
   • Aerodisperzni sistemi;
   • Akustični šum;
   • Zračenje plazma baklje.

Određivanje laserskog zračenja

Postoje dva naučno utemeljena pristupa regulaciji laserskog zračenja:

1. Prvi odnosi se na štetne učinke tkiva ili organa direktno na mjestu ozračivanja;
2. Sekunda pristup se odnosi na uočljive promjene u sistemima i organima koji nisu direktno zahvaćeni.

U srži higijenski propis su kriteriji za biološko djelovanje.

Na osnovu toga, raspon laserskog zračenja podijeljen je na područja:

1. Ultraljubičasto područje - od $0,18$ - $0,38$ mikrona;
2. Vidljiva površina - $0,38$ - $0,7$5 mikrona;
3. Infracrvena bliska regija - $0,75$ - $1,4$ µm;
4. Daleki infracrveni region je preko 1,4$ mikrona.

Napomena 2

Opravdanje higijenskih standarda je teško zbog činjenice da je raspon talasnih dužina širok, parametri laserskog zračenja i biološki efekti različiti. Eksperimentalna i klinička verifikacija zahtijeva vrijeme i novac, stoga se matematičko modeliranje koristi za pojašnjenje i razvoj maksimalno dozvoljenih nivoa LI.

Matematički modeli, naravno, uzeti u obzir prirodu distribucije energije i karakteristike apsorpcije ozračenih tkiva. Za određivanje i prečišćavanje LI PD korištena je metoda matematičkog modeliranja glavnih fizičkih procesa. Uvršten je u najnovije izdanje sanitarnih normi i pravila za dizajn i rad lasera - SNiP br. 5804-91.

Razvijene norme uzele su u obzir rezultate naučnih istraživanja i glavne odredbe dokumenata:

1. SaNiP uređaj i rad lasera № 2392-8 1;
2. IEC standard (prvo izdanje, 1984 USD);
3. Promjene standarda Međunarodne elektrotehničke komisije (1987 USD, publikacija 825 USD).

Ove norme su podložne primjeni i to dokazuje pismo Rospotrebnadzora od $16$.$05$.$2007$ № 0100/4961-07-32 . Maksimalno dozvoljeni nivoi laserskog zračenja postavljaju pravila № 5804-91 .

Takođe postavljaju uslove za:

1. Uređaji i rad lasera;
2. Industrijski prostori, smještaj opreme i radnih mjesta;
3. zahtjevi za osobljem;
4. Uslovi u industrijskoj sferi;
5. Primjena sredstava zaštite;
6. Medicinska kontrola.

laserska sigurnosna zaštita od zračenja

Djelovanje lasera na tijelo ovisi o parametrima zračenja (snaga i energija zračenja po jedinici ozračene površine, talasna dužina, trajanje impulsa, brzina ponavljanja impulsa, vrijeme zračenja, ozračena površina), lokalizacija ekspozicije i anatomske i fiziološke karakteristike ozračenog. objekata.

Lasersko zračenje je vrsta elektromagnetnog zračenja koje se stvara u opsegu optičkih talasnih dužina od 0,1…1000 µm. Njegova razlika od ostalih vrsta zračenja je jednobojnost, koherentnost i visok stepen usmjerenosti. Zbog male divergencije laserskog snopa, gustina fluksa snage može doseći 10 16 ... 10 17 W/m 2 .

Efekti ekspozicije (termički, fotohemijski, udarno-akustični itd.) određeni su mehanizmom interakcije laserskog zračenja sa tkivima i zavise od energetskih i vremenskih parametara zračenja, kao i od bioloških i fizičko-hemijskih. karakteristike ozračenih tkiva i organa.

Lasersko zračenje je posebno opasno za tkiva koja maksimalno apsorbuju zračenje. Relativno laka ranjivost rožnjače i očnog sočiva, kao i sposobnost optičkog sistema oka da umnoži gustinu energije (snagu) zračenja u vidljivom i bliskom infracrvenom opsegu (780<л<1400 нм) на глазном дне по отношению к роговице делают глаз наиболее уязвимым органом.

Prilikom oštećenja javlja se bol u očima, grč očnih kapaka, suzenje, oticanje kapaka i očne jabučice, zamagljivanje mrežnjače, krvarenje. Stanice retine se ne obnavljaju nakon oštećenja.

Ultraljubičasto zračenje uzrokuje fotokeratitis, srednjevalno infracrveno zračenje (1400<л<3000 нм) может вызвать отек, катаракту и ожог роговой оболочки глаза; дальнее ИК - излучение (3000<л<10 6 нм) - ожог роговицы.

Oštećenje kože može biti uzrokovano laserskim zračenjem bilo koje valne dužine u spektralnom opsegu od 180…100.000 nm. Priroda kožnih lezija je slična termalnim opekotinama. Ozbiljnost oštećenja kože, a u nekim slučajevima i cijelog tijela, ovisi o energiji zračenja, trajanju izlaganja, području lezije, njenoj lokalizaciji, dodavanju sekundarnih izvora izloženosti (opekotine, tinjanje). Minimalna oštećenja kože nastaju pri gustoći energije od 1000…10000 J/m 2 .

Daleko infracrveno lasersko zračenje (>1400 nm) je sposobno da prodre kroz tkiva tela do znatne dubine, utičući na unutrašnje organe (direktno lasersko zračenje).

Dugotrajno kronično djelovanje difuzno reflektovanog laserskog zračenja netermalnog intenziteta može uzrokovati nespecifične, pretežno vegetativno-vaskularne poremećaje; funkcionalni pomaci se mogu uočiti sa strane nervnog, kardiovaskularnog sistema, endokrinih žlezda. Radnici se žale na glavobolju, umor, razdražljivost, znojenje.

Biološki efekti koji se javljaju prilikom izlaganja laserskom zračenju na ljudsko tijelo dijele se u dvije grupe:

Primarni efekti - organske promjene koje se javljaju direktno u ozračenim tkivima;

Sekundarni efekti - nespecifične promjene koje se javljaju u tijelu kao odgovor na zračenje.

Ljudsko oko je najosjetljivije na oštećenja laserskim zračenjem. Laserski snop fokusiran na retinu očnim sočivom izgledat će kao mala mrlja s još gušćom koncentracijom energije od zračenja koje pada na oko. Stoga je ulazak laserskog zračenja u oko opasno i može uzrokovati oštećenje mrežnice i žilnice s oštećenjem vida. Pri niskim gustoćama energije dolazi do krvarenja, a kod visokih gustoća energije dolazi do opekotina, pucanja mrežnjače i pojave očnih mjehurića u staklastom tijelu.

Lasersko zračenje također može uzrokovati oštećenje kože i unutrašnjih organa osobe. Oštećenje kože laserskim zračenjem slično je termalnoj opeklini. Na stepen oštećenja utiču i ulazne karakteristike lasera i boja i stepen pigmentacije kože. Intenzitet zračenja koje uzrokuje oštećenje kože mnogo je veći od intenziteta koji uzrokuje oštećenje oka.

Biološki efekat laserskog zračenja zavisi od više faktora: snage zračenja, talasne dužine, prirode impulsa, brzine ponavljanja impulsa, trajanja zračenja, veličine ozračene površine itd. Toplotni i netermički, lokalni i opšti efekti zračenja mogu biti istaknut.

Toplotni efekat za CW lasere ima mnogo zajedničkog sa konvencionalnim grijanjem. Pod uticajem lasera koji rade u impulsnom režimu u ozračenim tkivima dolazi do brzog zagrevanja i trenutnog ključanja tečnog medija, što u konačnici dovodi do mehaničkog oštećenja tkiva. Netoplinski efekat je uglavnom posledica procesa koji nastaju kao rezultat selektivne apsorpcije elektromagnetne energije u tkivima, kao i električnih i fotohemijskih efekata.

U prirodi djelovanja laserskog zračenja na ljudsko tijelo mogu se razlikovati dva efekta: primarni i sekundarni.

Primarni efekti se javljaju u vidu organskih promjena u izloženim tkivima (oko, koža). Ulaskom u oko, laserska energija se apsorbuje od pigmentnih elemenata i za vrlo kratko vreme podiže temperaturu u njemu na visoke nivoe, izazivajući termokoagulaciju susednih tkiva - horioretinalne opekotine.

Termički poremećaji su praćeni oštećenjem retine oka. Oštećenje fovee retine je posebno opasno jer je funkcionalno važnije. Oštećenje ovog područja može dovesti do dubokog i trajnog oštećenja centralnog vida.

Lasersko zračenje može uzrokovati oštećenje kože. Stupanj izloženosti određen je kako parametrima laserskog zračenja, tako i pigmentacijom kože, stanjem cirkulacije krvi. Lezije kože nalikuju termalnoj opeklini, koja ima jasne granice okružene malim područjem crvenila.

Sekundarni efekti - nespecifične promjene koje se javljaju u tijelu kao reakcija na zračenje. U ovom slučaju su mogući funkcionalni poremećaji centralnog nervnog i kardiovaskularnog sistema, neuroze astenijskog tipa, patologija vegetativno-vaskularnog sistema u vidu vegetativno-vaskularnih disfunkcija i asteno-vegetativnih sindroma.

Kardiovaskularni poremećaji se mogu manifestirati vaskularnom distonijom hipotoničnog ili hipertoničnog tipa, poremećenom cerebralnom cirkulacijom. U slici periferne krvi otkriva se blagi pad hemoglobina, povećanje broja eritrocita, retikulocita i smanjenje broja trombocita. Moguće su promjene u metabolizmu lipida, ugljikohidrata i proteina itd.

Da bi se osigurala sigurnost rada na laserskim sistemima, potrebno je poštovati zahtjeve za tehnološke procese, postavljanje opreme i organizaciju radnih mjesta:

1. Daljinski upravljač mora biti obezbeđen kada se servisiraju instalacije sa laserima klase IV.

2. U tehnološkim procesima, po pravilu, treba koristiti laserske sisteme zatvorenog tipa kako bi se isključila izloženost osoblja.

3. Potrebno je ograničiti lasersko opasnu zonu ili zaštititi snop zračenja. Sa materijalom koji upija svjetlost otporan na plamen.

4. Projektovanjem laserskih instalacija predviđena je zaštita radnika od elektromagnetnih talasa, radio-frekvencija i jonizujućeg zračenja.

5. Laseri su označeni simbolom opasnosti od lasera u skladu sa važećim standardom.

Za siguran rad lasera važno je da prostorije u kojima su postavljeni ispunjavaju higijenske zahtjeve:

1. Laseri klase IV moraju se postaviti u posebne prostorije, čiji uređaj i unutrašnja dekoracija moraju ispunjavati zahtjeve sanitarnih normi i pravila za projektovanje i rad lasera.

2. Vrata prostorija za lasere III - IV klase moraju biti opremljena unutrašnjim bravama, znakom "Ulaz zabranjen strancima" i znakom opasnosti od lasera.

3. Prirodno i vještačko osvjetljenje mora biti u skladu sa važećim propisima. Vazduh radnog prostora, proizvodnog prostora prostorija u kojima rade laseri, mora biti usklađen

higijenskim zahtjevima. Ako je rad lasera praćen stvaranjem štetnih plinova, para, aerosola, tada se na radnom mjestu ugrađuje ispušna ventilacija koja lokalizira i uklanja štetne proizvode s mjesta njihovog nastanka.

4. Na otvorenim prostorima gde se nalaze laseri, označava se zona povećane gustine energije zračenja i postavljaju ekrani koji sprečavaju širenje laserskog zračenja van područja.

5. Da bi se spriječilo oštećenje direktnim ili reflektiranim laserskim zrakom, predviđene su barijere koje sprečavaju izlazak zraka iz zatvorene instalacije i mogućnost da osoba uđe u područje prolaza zraka. Brave ili zatvarači se koriste za zaštitu očiju osoba koje rade na instalaciji u kojoj je sistem za posmatranje kombinovan sa optičkim sistemom. Koriste se zaštitne naočare.

6. Za zaštitu radnika od strujnog udara koriste se različiti daljinski upravljači, blokade, automatski sklopnici, mehanički uzemljivači, alarmi i zaštitna oprema. Svi elementi laserskih instalacija pod naponom su zaštićeni, a metalna kućišta instalacija su uzemljena. Metode zaštite osoblja od elektromagnetnih polja i buke, kao i dozvoljeni sanitarni standardi, vrijeme kontrolnih mjerenja, instrumenti i metode za ova mjerenja navedeni su u odgovarajućim dijelovima posebnog priručnika.

7. Rad sa laserom je dozvoljen osobama koje su navršile 18 godina. Osoblje koje servisira laserske sisteme mora prolaziti periodične i preliminarne ljekarske preglede, obavezna su uputstva o sigurnim metodama rada sa laserima itd.

8. Osoblju je zabranjeno obavljanje osmatranja bez lične zaštite očiju za vrijeme rada lasera II-IV klase opasnosti i postavljanje objekata u zoni laserskog zraka koji izazivaju zrcalni odraz zračenja, ako to nije povezano sa tehnološkom potrebom. Kao lična zaštitna oprema koriste se zaštitne naočare sa svjetlosnim filterima, a pri radu sa laserima klase opasnosti IV koriste se zaštitne maske. Za zaštitu od laserskog zračenja i tokom rada laserskih sistema u mirovanju koriste se samo ona sredstva zaštite za koja postoji regulatorna i tehnička dokumentacija odobrena na propisan način.