Trên thân sóng bức xạ laze. Bức xạ laze là gì? Bức xạ laze: nguồn và cách bảo vệ chống lại nó

1. Sự truyền ánh sáng đơn sắc qua một môi trường trong suốt.

2. Tạo quần thể nghịch đảo. Các phương pháp bơm.

3. Nguyên lý hoạt động của laze. Các loại laze.

4. Đặc điểm của bức xạ laze.

5. Đặc điểm của bức xạ laze dùng trong y học.

6. Thay đổi tính chất mô và nhiệt độ của nó dưới tác động của bức xạ laser công suất cao liên tục.

7. Ứng dụng bức xạ laze trong y học.

8. Các khái niệm và công thức cơ bản.

9. Nhiệm vụ.

Chúng ta biết rằng ánh sáng được phát ra thành các phần riêng biệt - photon, mỗi photon phát sinh do sự chuyển đổi bức xạ của một nguyên tử, phân tử hoặc ion. Ánh sáng tự nhiên là tập hợp của một số lượng lớn các photon như vậy, khác nhau về tần số và pha, được phát ra vào các thời điểm ngẫu nhiên theo các hướng ngẫu nhiên. Thu được các chùm ánh sáng đơn sắc mạnh bằng cách sử dụng các nguồn tự nhiên là một nhiệm vụ thực tế không thể giải quyết được. Đồng thời, cả các nhà vật lý và chuyên gia trong nhiều ngành khoa học ứng dụng đều cảm thấy cần có những chùm tia như vậy. Việc tạo ra tia laser đã giúp giải quyết vấn đề này.

laze- một thiết bị tạo ra sóng điện từ kết hợp do sự phát xạ kích thích của các vi hạt của môi trường trong đó mức độ kích thích cao của một trong các mức năng lượng được tạo ra.

Laser (LASER Light Amplification by Stimulated of Emission Radiation) – khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ kích thích.

Cường độ bức xạ laze (LI) lớn hơn nhiều lần so với cường độ của nguồn sáng tự nhiên và độ phân kỳ của chùm tia laze nhỏ hơn một phút cung (10 -4 rad).

31.1. Sự truyền ánh sáng đơn sắc qua môi trường trong suốt

Trong Bài giảng 27, chúng ta đã biết rằng ánh sáng đi qua vật chất đi kèm với cả hai kích thích photon các hạt của nó, và hành động phát xạ kích thích. Chúng ta hãy xem xét động lực học của các quá trình này. Hãy để nó lây lan trong môi trường đơn sắcánh sáng, tần số (ν) tương ứng với sự chuyển đổi của các hạt của môi trường này từ mức cơ bản (E 1) sang mức kích thích (E 2):

Photon va chạm với các hạt ở trạng thái cơ bản sẽ được hấp thụ và bản thân các hạt sẽ chuyển sang trạng thái kích thích E 2 (xem Hình 27.4). Các photon đập vào các hạt bị kích thích sẽ bắt đầu phát xạ kích thích (xem Hình 27.5). Trong trường hợp này, xảy ra sự nhân đôi số photon.

Ở trạng thái cân bằng nhiệt, tỷ lệ giữa số hạt bị kích thích (N 2) và không bị kích thích (N 1) tuân theo phân bố Boltzmann:

trong đó k là hằng số Boltzmann, T là nhiệt độ tuyệt đối.

Trong trường hợp này, N 1 > N 2 và sự hấp thụ chiếm ưu thế so với sự nhân đôi. Do đó, cường độ của ánh sáng đi I sẽ nhỏ hơn cường độ của ánh sáng tới I 0 (Hình 31.1).

Cơm. 31.1.Độ suy giảm của ánh sáng truyền qua môi trường có độ kích thích nhỏ hơn 50% (N 1 > N 2)

Khi ánh sáng được hấp thụ, mức độ kích thích sẽ tăng lên. Khi đạt 50% (N 1 = N 2) thì giữa Đảm nhận và nhân đôi trạng thái cân bằng sẽ được thiết lập, vì xác suất của các photon va chạm với các hạt bị kích thích và không bị kích thích sẽ trở nên như nhau. Nếu sự chiếu sáng của môi trường dừng lại thì sau một thời gian môi trường sẽ trở lại trạng thái ban đầu tương ứng với phân bố Boltzmann (N 1 > N 2). Hãy đưa ra một kết luận sơ bộ:

Khi môi trường được chiếu sáng bằng ánh sáng đơn sắc (31.1) không thể đạt được trạng thái của môi trường trong đó mức độ kích thích vượt quá 50%. Chưa hết, chúng ta hãy xem xét câu hỏi về sự truyền ánh sáng qua một môi trường trong đó trạng thái N 2 > N 1 đã đạt được bằng một cách nào đó. Trạng thái này được gọi là trạng thái đảo ngược dân số(từ vĩ độ. đảo ngược- lật).

đảo ngược dân số- trạng thái của môi trường trong đó số lượng hạt ở một trong các cấp trên nhiều hơn ở cấp dưới.

Trong môi trường có mật độ nghịch đảo, xác suất để một photon va chạm với hạt bị kích thích lớn hơn xác suất của hạt không bị kích thích. Do đó, quá trình nhân đôi lấn át quá trình hấp thụ và diễn ra lợi ánh sáng (Hình 31.2).

Khi ánh sáng đi qua một môi trường có mật độ nghịch đảo, mức độ kích thích sẽ giảm. Khi đạt 50%

Cơm. 31.2. Sự khuếch đại ánh sáng đi qua môi trường có nghịch đảo mật độ (N 2 > N 1)

(N 1 \u003d N 2), giữa Đảm nhận và nhân đôi trạng thái cân bằng sẽ được thiết lập và hiệu ứng khuếch đại ánh sáng sẽ biến mất. Nếu sự chiếu sáng của môi trường dừng lại thì sau một thời gian môi trường sẽ trở lại trạng thái tương ứng với phân bố Boltzmann (N 1 > N 2).

Nếu tất cả năng lượng này được giải phóng trong quá trình chuyển đổi bức xạ, thì chúng ta sẽ nhận được một xung ánh sáng có công suất cực lớn. Đúng, nó sẽ chưa có sự gắn kết và tính định hướng cần thiết, nhưng nó sẽ có tính đơn sắc cao (hv = E 2 - E 1). Đây chưa phải là tia laser, nhưng đã là một thứ gì đó gần gũi.

31.2. Tạo ra một quần thể nghịch đảo. phương pháp bơm

Vì vậy, nó có thể đạt được một dân số nghịch đảo? Hóa ra là bạn có thể, nếu bạn sử dụng số ba mức năng lượng với cấu hình sau (Hình 31.3).

Hãy để môi trường được chiếu sáng bằng một tia sáng mạnh. Một phần của phổ bức xạ sẽ bị hấp thụ trong quá trình chuyển đổi từ mức chính E 1 sang mức rộng E 3 . nhớ lại rằng rộng là mức năng lượng có thời gian thư giãn ngắn. Do đó, hầu hết các hạt rơi vào mức kích thích E 3 không bức xạ sẽ chuyển sang mức siêu bền hẹp E 2, nơi chúng tích tụ. Do độ hẹp của mức này, chỉ một phần nhỏ photon lóa

Cơm. 31.3. Tạo dân số nghịch đảo ở cấp độ siêu bền

có khả năng gây ra chuyển trạng thái cưỡng bức E 2 → E 1 . Điều này cung cấp các điều kiện để tạo ra một quần thể nghịch đảo.

Quá trình tạo nghịch đảo dân số được gọi là được bơm. Các loại bơm khác nhau được sử dụng trong laser hiện đại.

Bơm quang của phương tiện hoạt động trong suốt sử dụng các xung ánh sáng từ nguồn bên ngoài.

Bơm phóng điện của phương tiện hoạt động dạng khí sử dụng phóng điện.

Bơm tiêm chất bán dẫn tích cực sử dụng dòng điện.

Bơm hóa chất của môi trường hoạt động từ hỗn hợp khí sử dụng năng lượng của phản ứng hóa học giữa các thành phần của hỗn hợp.

31.3. Nguyên lý hoạt động của laze. Các loại laze

Sơ đồ chức năng của laser được thể hiện trong hình. 31.4. Cơ thể làm việc (môi trường hoạt động) là một hình trụ hẹp dài, hai đầu của chúng được che bằng hai gương. Một trong những gương (1) mờ. Một hệ thống như vậy được gọi là bộ cộng hưởng quang học.

Hệ thống bơm chuyển các hạt từ mặt đất Е 1 lên mức hấp thụ Е 3 , từ đó chúng không bức xạ chuyển sang mức siêu bền Е 2 , tạo ra quần thể nghịch đảo của nó. Sau đó, các chuyển đổi bức xạ tự phát E 2 → E 1 bắt đầu với sự phát xạ của các photon đơn sắc:

Cơm. 31.4. Sơ đồ thiết bị laser

Các photon phát xạ tự phát phát ra theo một góc so với trục của bộ cộng hưởng thoát ra qua bề mặt bên và không tham gia vào quá trình tạo ra. Dòng chảy của họ đang nhanh chóng cạn kiệt.

Các photon, sau khi phát xạ tự phát, di chuyển dọc theo trục của bộ cộng hưởng, liên tục đi qua cơ thể làm việc, bị phản xạ từ các gương. Đồng thời, chúng tương tác với các hạt bị kích thích, bắt đầu phát xạ kích thích. Do đó, sự tăng trưởng "giống như tuyết lở" của các photon cảm ứng, di chuyển theo cùng một hướng, diễn ra. Luồng photon được khuếch đại gấp bội thoát ra qua một gương bán trong suốt, tạo ra một chùm mạnh gồm các chùm kết hợp gần như song song. Trên thực tế, bức xạ laser được tạo ra Đầu tiên một photon tự phát di chuyển dọc theo trục của bộ cộng hưởng. Điều này đảm bảo sự kết hợp của bức xạ.

Do đó, tia laser chuyển đổi năng lượng của nguồn bơm thành năng lượng của ánh sáng kết hợp đơn sắc. Hiệu quả của một chuyển đổi như vậy, tức là Hiệu quả phụ thuộc vào loại laser và nằm trong khoảng từ một phần trăm đến vài chục phần trăm. Hầu hết các tia laser có hiệu suất 0,1-1%.

Các loại laze

Tia laser được tạo ra đầu tiên (1960) đã sử dụng một viên hồng ngọc và hệ thống bơm quang học làm môi trường làm việc. Ruby là một oxit nhôm kết tinh A1 2 O 3 chứa khoảng 0,05% nguyên tử crom (chính crom tạo cho hồng ngọc có màu hồng). Các nguyên tử crom được nhúng trong mạng tinh thể là môi trường hoạt động

với cấu hình của các mức năng lượng được hiển thị trong Hình. 31.3. Bước sóng bức xạ của laze hồng ngọc là λ = 694,3nm. Sau đó đến laser sử dụng phương tiện hoạt động khác.

Tùy thuộc vào loại chất lỏng làm việc, laser được chia thành khí, trạng thái rắn, chất lỏng, chất bán dẫn. Trong laser trạng thái rắn, phần tử hoạt động thường được chế tạo ở dạng hình trụ, chiều dài của nó lớn hơn nhiều so với đường kính của nó. Môi trường hoạt tính dạng khí và lỏng được đặt trong một cuvet hình trụ.

Tùy thuộc vào phương pháp bơm, có thể thu được bức xạ laser liên tục và xung. Với hệ thống bơm liên tục, quá trình nghịch đảo quần thể được duy trì trong thời gian dài nhờ nguồn năng lượng bên ngoài. Ví dụ, kích thích liên tục bằng phóng điện trong môi trường khí. Với hệ thống bơm xung, nghịch đảo dân số được tạo ra ở chế độ xung. Tốc độ lặp xung từ 10 -3

Hz đến 10 3 Hz.

31.4. Đặc điểm của bức xạ laser

Bức xạ laser trong các tính chất của nó khác biệt đáng kể so với bức xạ của các nguồn sáng thông thường. Chúng tôi lưu ý các tính năng đặc trưng của nó.

1. mạch lạc. bức xạ là mạch lạc caođó là do tính chất của phát xạ kích thích. Trong trường hợp này, không chỉ diễn ra sự gắn kết về mặt thời gian mà còn cả về không gian: độ lệch pha tại hai điểm của mặt phẳng vuông góc với hướng truyền sóng không đổi (Hình 31.5, a).

2. chuẩn trực. Bức xạ laze là chuẩn trực những thứ kia. tất cả các tia trong chùm gần như song song với nhau (Hình 31.5, b). Ở khoảng cách lớn, chùm tia laze chỉ tăng đường kính một chút. Vì góc phân kỳ φ nhỏ, sau đó cường độ của chùm tia laze giảm nhẹ theo khoảng cách. Điều này làm cho nó có thể truyền tín hiệu trên một khoảng cách lớn mà cường độ của chúng ít bị suy giảm.

3. đơn sắc. Bức xạ laze có trong đơn sắc cao, những thứ kia. chứa các sóng có tần số gần giống nhau (bề rộng của vạch quang phổ là Δλ ≈0,01nm). trên

Hình 31.5c cho thấy sơ đồ so sánh độ rộng vạch của chùm tia laze và chùm sáng thông thường.

Cơm. 31.5. Sự kết hợp (a), chuẩn trực (b), tính đơn sắc (c) của bức xạ laze

Trước khi laser ra đời, bức xạ với một mức độ đơn sắc nhất định có thể thu được bằng cách sử dụng các thiết bị - bộ đơn sắc tách ra các khoảng phổ hẹp (dải bước sóng hẹp) từ phổ liên tục, nhưng năng lượng ánh sáng trong các dải đó thấp.

4. Năng lượng cao. Với sự trợ giúp của tia laser, có thể cung cấp công suất bức xạ đơn sắc rất cao - lên tới 10 5 W ở chế độ liên tục. Công suất của laser xung cao hơn vài bậc độ lớn. Do đó, một tia laser neodymium tạo ra một xung có năng lượng E = 75 J, thời lượng của nó là t = 3x10 -12 s. Công suất trong xung là P = E / t = 2,5x10 13 W (để so sánh: công suất của nhà máy thủy điện là P ~ 10 9 W).

5. Cường độ cao. Trong laze xung, cường độ bức xạ laze rất cao và có thể đạt tới I = 10 14 -10 16 W/cm 2 (xem cường độ ánh sáng mặt trời gần bề mặt trái đất I = 0,1 W/cm 2).

6. Độ sáng cao.Đối với laser hoạt động trong vùng khả kiến, độ sáng bức xạ laser (cường độ ánh sáng trên một đơn vị bề mặt) rất cao. Ngay cả những tia laser yếu nhất cũng có độ sáng 10 15 cd/m 2 (để so sánh: độ sáng của Mặt trời là L ~ 10 9 cd/m 2).

7. Sức ép. Khi một chùm tia laze chiếu vào bề mặt của vật thể, một sức ép(Đ). Với sự hấp thụ hoàn toàn bức xạ laser tới vuông góc với bề mặt, áp suất D = I/c được tạo ra, trong đó I là cường độ bức xạ, c là tốc độ ánh sáng trong chân không. Với hiện tượng phản xạ toàn phần, áp suất cao gấp đôi. Đối với cường độ I \u003d 10 14 W / cm 2 \u003d 10 18 W / m 2; D \u003d 3,3x10 9 Pa \u003d 33.000 atm.

8. Phân cực.Ánh sáng laze hoàn toàn phân cực.

31.5. Đặc điểm của bức xạ laze dùng trong y học

bước sóng bức xạ

Bước sóng bức xạ (λ) của laser y tế nằm trong khoảng 0,2 -10 µm, tức là từ tử ngoại đến hồng ngoại xa.

năng lượng bức xạ

Công suất bức xạ (P) của laser y tế thay đổi trong một phạm vi rộng, được xác định bởi mục đích của ứng dụng. Đối với laser có bơm liên tục, P = 0,01-100 W. Laser xung được đặc trưng bởi công suất xung P và thời lượng xung τ và

Đối với laser phẫu thuật P u = 10 3 -10 8 W và thời lượng xung t u = 10 -9 -10 -3 s.

Năng lượng trong một xung bức xạ

Năng lượng của một xung bức xạ laze (E u) được xác định bởi mối quan hệ E u = P u -m u, trong đó t u là khoảng thời gian của xung bức xạ (thường t u = 10 -9 -10 -3 s). Đối với laser phẫu thuật E và = 0,1-10 J.

Tần số xung

Đặc tính này (f) của laze xung cho biết số xung bức xạ do laze tạo ra trong 1 s. Đối với laser điều trị f = 10-3000 Hz, đối với laser phẫu thuật f = 1-100 Hz.

Công suất bức xạ trung bình

Đặc tính này (P cf) của laze xung lặp đi lặp lại cho biết mức năng lượng mà laze phát ra trong 1 giây và được xác định theo mối quan hệ sau:

Cường độ (mật độ công suất)

Đặc tính này (I) được định nghĩa là tỷ lệ giữa công suất bức xạ laser với diện tích mặt cắt ngang của chùm tia. Đối với laser cw I = P/S. Trong trường hợp laser xung, một sự phân biệt được thực hiện cường độ xung I và = P và /S và cường độ trung bình I cf = P cf /S.

Cường độ của laser phẫu thuật và áp suất do bức xạ của chúng tạo ra có ý nghĩa như sau:

đối với laze cw I ~ 10 3 W/cm 2 , D = 0,033 Pa;

đối với laser xung I và ~ 10 5 -10 11 W / cm 2, D \u003d 3,3 - 3,3x10 6 Pa.

Mật độ năng lượng trong một xung

Giá trị này (W) đặc trưng cho năng lượng trên một đơn vị diện tích của bề mặt được chiếu xạ trên mỗi xung và được xác định bởi mối quan hệ W = E và /S, trong đó S (cm 2) là diện tích của vết sáng (tức là, mặt cắt ngang của chùm tia laze) trên mô sinh học bề mặt. Đối với laser dùng trong phẫu thuật, W ≈ 100 J/cm2.

Thông số W có thể coi là liều bức xạ D trên 1 xung.

31.6. Thay đổi tính chất mô và nhiệt độ của nó dưới tác động của bức xạ laser công suất cao liên tục

Thay đổi nhiệt độ và tính chất mô

dưới tác động của bức xạ laze liên tục

Sự hấp thụ bức xạ laser công suất cao của mô sinh học đi kèm với sự giải phóng nhiệt. Để tính nhiệt lượng giải phóng, một giá trị đặc biệt được sử dụng - mật độ lớn của nhiệt(q).

Sự giải phóng nhiệt đi kèm với sự gia tăng nhiệt độ và các quá trình sau xảy ra trong các mô:

ở 40-60°C, có sự kích hoạt các enzym, hình thành phù nề, thay đổi và tùy thuộc vào thời gian tác dụng, tế bào chết, biến tính protein, bắt đầu đông máu và hoại tử;

ở 60-80°C - biến tính collagen, khiếm khuyết màng; ở 100°C - mất nước, bay hơi nước mô; trên 150°C - cháy thành than;

trên 300 ° C - bốc hơi mô, hình thành khí. Động lực học của các quá trình này được thể hiện trong hình. 31.6.

Cơm. 31.6.Động lực thay đổi nhiệt độ mô dưới ảnh hưởng của bức xạ laser liên tục

1 giai đoạn.Đầu tiên, nhiệt độ mô tăng từ 37 đến 100°C. Trong phạm vi nhiệt độ này, các đặc tính nhiệt động của vải thực tế không thay đổi và nhiệt độ tăng tuyến tính theo thời gian (α = const và I = const).

2 giai đoạn.Ở nhiệt độ 100°C, nước mô bắt đầu bay hơi và cho đến khi kết thúc quá trình này, nhiệt độ không đổi.

3 giai đoạn. Sau khi nước bốc hơi, nhiệt độ bắt đầu tăng trở lại, nhưng chậm hơn so với phần 1, do mô bị mất nước hấp thụ năng lượng yếu hơn bình thường.

4 giai đoạn. Khi đạt đến nhiệt độ T ≈ 150 °C, quá trình hóa than và do đó, quá trình “làm đen” mô sinh học bắt đầu. Trong trường hợp này, hệ số hấp thụ α tăng lên. Do đó, người ta quan sát thấy sự gia tăng nhiệt độ phi tuyến tính, tăng tốc theo thời gian.

5 giai đoạn. Khi đạt đến nhiệt độ T ≈ 300 °C, quá trình bay hơi của mô sinh học bị cháy khô đã khử nước bắt đầu và quá trình tăng nhiệt độ lại dừng lại. Tại thời điểm này, chùm tia laze cắt (loại bỏ) mô, tức là trở thành một con dao mổ.

Mức độ tăng nhiệt độ phụ thuộc vào độ sâu của mô (Hình 31.7).

Cơm. 31.7. Các quá trình xảy ra trong các mô được chiếu xạ ở các độ sâu khác nhau: một- ở lớp bề mặt, vải bị nung nóng đến vài trăm độ và bốc hơi; b- năng lượng bức xạ bị suy giảm bởi lớp trên cùng không đủ để làm bay hơi mô. đông mô xảy ra (đôi khi cùng với than - một đường dày màu đen); Trong- sự nóng lên của mô xảy ra do sự truyền nhiệt từ vùng (b)

Độ dài của các vùng riêng lẻ được xác định bởi cả đặc tính của bức xạ laser và đặc tính của chính mô (chủ yếu là do hệ số hấp thụ và dẫn nhiệt).

Tác động của chùm bức xạ laser tập trung mạnh cũng đi kèm với sự xuất hiện của sóng xung kích, có thể gây tổn thương cơ học cho các mô lân cận.

Cắt bỏ mô dưới ảnh hưởng của bức xạ xung laser công suất cao

Khi mô tiếp xúc với các xung bức xạ laser ngắn với mật độ năng lượng cao, một cơ chế bóc tách và loại bỏ mô sinh học khác được thực hiện. Trong trường hợp này, có sự gia nhiệt rất nhanh của dịch mô đến nhiệt độ T > T sôi. Trong trường hợp này, chất lỏng mô ở trạng thái quá nóng có thể di chuyển. Sau đó, có sự sôi "bùng nổ" của dịch mô, đi kèm với việc loại bỏ mô mà không bị cháy thành than. Hiện tượng này được gọi là cắt bỏ. Quá trình cắt bỏ đi kèm với việc tạo ra sóng xung kích cơ học có thể gây tổn thương cơ học cho các mô ở vùng lân cận vùng tác động của laser. Thực tế này phải được tính đến khi chọn các tham số của bức xạ xung laser, ví dụ, khi đánh bóng da, khoan răng hoặc điều chỉnh thị lực bằng laser.

31.7. Việc sử dụng bức xạ laser trong y học

Các quá trình đặc trưng cho sự tương tác của bức xạ laze (LR) với các đối tượng sinh học có thể được chia thành 3 nhóm:

hành động không gây phiền nhiễu(không có tác dụng rõ rệt đối với đối tượng sinh học);

hành động quang hóa(một hạt bị kích thích bởi tia laze hoặc chính nó tham gia vào các phản ứng hóa học tương ứng hoặc chuyển sự kích thích của nó sang một hạt khác tham gia phản ứng hóa học);

quang hủy(do giải phóng nhiệt hoặc sóng xung kích).

chẩn đoán laze

Chẩn đoán bằng laser là một hiệu ứng không gây nhiễu đối với một đối tượng sinh học, sử dụng mạch lạc Bức xạ laser. Chúng tôi liệt kê các phương pháp chẩn đoán chính.

Giao thoa. Khi bức xạ laser bị phản xạ từ một bề mặt gồ ghề, các sóng thứ cấp phát sinh gây nhiễu lẫn nhau. Kết quả là, một mô hình các đốm sáng và tối (đốm) được hình thành, vị trí cung cấp thông tin về bề mặt của vật thể sinh học (phương pháp giao thoa kế đốm).

toàn ảnh. Với sự trợ giúp của bức xạ laser, người ta thu được hình ảnh 3 chiều của vật thể. Trong y học, phương pháp này cho phép thu được hình ảnh ba chiều của các khoang bên trong dạ dày, mắt, v.v.

Tán xạ ánh sáng. Khi một chùm tia laze có định hướng cao đi qua một vật thể trong suốt, ánh sáng sẽ bị tán xạ. Đăng ký sự phụ thuộc góc của cường độ ánh sáng tán xạ (phương pháp nephelometry) giúp xác định kích thước của các hạt trung bình (từ 0,02 đến 300 μm) và mức độ biến dạng của chúng.

Trong quá trình tán xạ, sự phân cực của ánh sáng có thể thay đổi, điều này cũng được sử dụng trong chẩn đoán (phương pháp đo thận phân cực).

Hiệu ứng Doppler. Phương pháp này dựa trên việc đo sự dịch chuyển Doppler của tần số LR, xảy ra khi ánh sáng bị phản xạ ngay cả từ các hạt chuyển động chậm (phương pháp đo tốc độ gió). Bằng cách này, tốc độ dòng máu chảy trong mạch, khả năng di chuyển của vi khuẩn, v.v. được đo.

Tán xạ bán đàn hồi. Với sự tán xạ như vậy, một sự thay đổi không đáng kể trong bước sóng của LR thăm dò xảy ra. Nguyên nhân là do có sự thay đổi về đặc tính tán xạ (cấu hình, cấu tạo hạt) trong quá trình đo. Những thay đổi tạm thời trong các tham số của bề mặt tán xạ được thể hiện ở sự thay đổi phổ tán xạ so với phổ của bức xạ đầu vào (phổ tán xạ được mở rộng hoặc các cực đại bổ sung xuất hiện trong đó). Phương pháp này cho phép thu được thông tin về các đặc tính thay đổi của bộ tán xạ: hệ số khuếch tán, vận tốc truyền theo hướng và kích thước. Đây là cách các đại phân tử protein được chẩn đoán.

quang phổ khối laze. Phương pháp này dùng để nghiên cứu thành phần hóa học của vật thể. Các chùm bức xạ laser cực mạnh làm bốc hơi chất này khỏi bề mặt của vật thể sinh học. Các cặp được phân tích khối phổ, kết quả được sử dụng để đánh giá thành phần của chất.

Xét nghiệm máu bằng laze. Một chùm tia laze đi qua một mao mạch thạch anh hẹp, qua đó máu được xử lý đặc biệt được bơm vào, làm cho các tế bào của nó phát huỳnh quang. Ánh sáng huỳnh quang sau đó được bắt bởi một cảm biến nhạy cảm. Ánh sáng này đặc trưng cho từng loại tế bào đi qua phần của chùm tia laze. Tổng số tế bào trong một thể tích máu nhất định được đếm. Các chỉ tiêu định lượng chính xác được xác định cho từng loại tế bào.

phương pháp quang hủy. Nó được sử dụng để nghiên cứu bề mặt thành phần sự vật. Các chùm tia LR mạnh giúp có thể lấy các mẫu siêu nhỏ từ bề mặt của các vật thể sinh học bằng cách làm bay hơi một chất và sau đó phân tích khối phổ của hơi này.

Việc sử dụng bức xạ laser trong điều trị

Liệu pháp sử dụng tia laser cường độ thấp (cường độ 0,1-10 W/cm2). Bức xạ cường độ thấp không gây ra tác động phá hủy rõ rệt lên các mô trực tiếp trong quá trình chiếu xạ. Trong vùng khả kiến ​​và tử ngoại của quang phổ, tác động của bức xạ là do phản ứng quang hóa và không khác với tác động gây ra bởi ánh sáng đơn sắc thu được từ các nguồn không điều hợp thông thường. Trong những trường hợp này, laser chỉ là nguồn ánh sáng đơn sắc thuận tiện cung cấp

Cơm. 31.8.Đề án sử dụng nguồn laser để chiếu xạ máu nội mạch

xác định chính xác nội địa hóa và liều lượng tiếp xúc. Như một ví dụ, trong hình. Hình 31.8 trình bày sơ đồ sử dụng nguồn bức xạ laze để chiếu xạ máu nội mạch ở bệnh nhân suy tim.

Dưới đây là các phương pháp điều trị bằng laser phổ biến nhất.

Trị liệu bằng ánh sáng đỏ. Bức xạ laser He-Ne với bước sóng 632,8nm được sử dụng cho mục đích chống viêm để điều trị vết thương, vết loét, bệnh tim mạch vành. Hiệu quả điều trị có liên quan đến ảnh hưởng của ánh sáng có bước sóng này đến hoạt động tăng sinh của tế bào. Ánh sáng đóng vai trò điều chỉnh quá trình trao đổi chất của tế bào.

Trị liệu bằng ánh sáng xanh. Ví dụ, bức xạ laser có bước sóng trong vùng ánh sáng khả kiến ​​màu xanh lam được sử dụng để điều trị bệnh vàng da ở trẻ sơ sinh. Căn bệnh này là hậu quả của sự gia tăng mạnh nồng độ bilirubin trong cơ thể, chất này có mức hấp thụ tối đa ở vùng màu xanh lam. Nếu trẻ em được chiếu xạ bằng bức xạ laser trong phạm vi này, thì bilirubin sẽ bị phá vỡ, tạo thành các sản phẩm hòa tan trong nước.

Laser vật lý trị liệu - việc sử dụng bức xạ laser kết hợp với các phương pháp điện vật lý trị liệu khác nhau. Một số tia laser có vòi phun từ tính để tác động kết hợp giữa bức xạ laser và từ trường - liệu pháp laser từ tính. Chúng bao gồm thiết bị trị liệu bằng laser từ trường hồng ngoại "Milta".

Hiệu quả của liệu pháp laser tăng lên khi tiếp xúc kết hợp với các dược chất trước đây được áp dụng cho vùng chiếu xạ (laserophoresis).

Liệu pháp quang động của các khối u. Liệu pháp quang động (PDT) được sử dụng để loại bỏ các khối u tiếp xúc với ánh sáng. PDT dựa trên việc sử dụng chất cảm quang khu trú trong các khối u làm tăng độ nhạy cảm của các mô trong quá trình

chiếu xạ tiếp theo bằng ánh sáng khả kiến. Sự phá hủy các khối u trong quá trình PDT dựa trên ba hiệu ứng: 1) sự phá hủy quang hóa trực tiếp các tế bào khối u; 2) tổn thương mạch máu của khối u, dẫn đến thiếu máu cục bộ và khối u chết; 3) sự xuất hiện của phản ứng viêm huy động sự bảo vệ miễn dịch chống khối u của các mô cơ thể.

Để chiếu xạ các khối u có chứa chất cảm quang, người ta sử dụng bức xạ laser có bước sóng 600-850nm. Trong vùng quang phổ này, độ sâu thâm nhập của ánh sáng vào các mô sinh học là tối đa.

Liệu pháp quang động được sử dụng trong điều trị các khối u ở da, các cơ quan nội tạng: phổi, thực quản (đồng thời, bức xạ laser được đưa đến các cơ quan nội tạng bằng cách sử dụng các hướng dẫn ánh sáng).

Việc sử dụng bức xạ laser trong phẫu thuật

Trong phẫu thuật, tia laser cường độ cao được sử dụng để cắt các mô, loại bỏ các vùng bệnh lý, cầm máu và hàn các mô sinh học. Bằng cách chọn đúng bước sóng của bức xạ, cường độ và thời gian tiếp xúc, có thể thu được các hiệu ứng phẫu thuật khác nhau. Vì vậy, để cắt các mô sinh học, người ta sử dụng chùm tia hội tụ của laser CO 2 liên tục, có bước sóng λ = 10,6 μm, công suất 2x10 3 W/cm 2 .

Việc sử dụng chùm tia laser trong phẫu thuật mang lại hiệu quả chọn lọc và kiểm soát. Phẫu thuật laser có một số ưu điểm:

Không tiếp xúc, mang lại sự vô trùng tuyệt đối;

Tính chọn lọc, cho phép lựa chọn bước sóng bức xạ để tiêu diệt các mô bệnh lý theo liều lượng mà không ảnh hưởng đến các mô khỏe mạnh xung quanh;

Không có máu (do đông máu protein);

Khả năng đạt được các hiệu ứng vi phẫu do mức độ tập trung của chùm tia cao.

Hãy nêu một số lĩnh vực ứng dụng ngoại khoa của laser.

Hàn laser các loại vải. Việc kết nối các mô bị mổ xẻ là một bước cần thiết trong nhiều hoạt động. Hình 31.9 cho thấy cách hàn một trong các thân của dây thần kinh lớn được thực hiện ở chế độ tiếp xúc bằng cách sử dụng chất hàn, trong đó

Cơm. 31.9. Hàn dây thần kinh bằng tia laze

giọt từ pipet được áp dụng tại nơi chiếu laser.

Phá hủy các vùng sắc tố. Laser xung được sử dụng để phá hủy các vùng sắc tố. Phương pháp này (quang nhiệt phân)được sử dụng để điều trị u mạch, hình xăm, mảng xơ cứng trong mạch máu, v.v.

nội soi laze. Sự ra đời của nội soi đã cách mạng hóa y học phẫu thuật. Để tránh các hoạt động mở rộng, bức xạ laze được đưa đến vị trí phơi nhiễm bằng cách sử dụng các hướng dẫn ánh sáng sợi quang, cho phép bức xạ laze được đưa đến các mô sinh học của các cơ quan rỗng bên trong. Điều này làm giảm đáng kể nguy cơ nhiễm trùng và các biến chứng sau phẫu thuật.

kiểm tra laze. Laser xung ngắn kết hợp với hướng dẫn ánh sáng được sử dụng để loại bỏ các mảng bám trong mạch máu, sỏi trong túi mật và thận.

Laser trong nhãn khoa. Việc sử dụng tia laser trong nhãn khoa cho phép thực hiện các can thiệp phẫu thuật không đổ máu mà không vi phạm tính toàn vẹn của nhãn cầu. Đây là những hoạt động trên cơ thể thủy tinh thể; hàn võng mạc tróc vảy; điều trị bệnh tăng nhãn áp bằng cách “đâm” lỗ (đường kính 50÷100 micron) bằng chùm tia laze để dẫn lưu dịch nội nhãn ra ngoài. Cắt bỏ từng lớp mô giác mạc được sử dụng để điều chỉnh thị lực.

31.8. Các khái niệm và công thức cơ bản

Cuối bảng

31.9. nhiệm vụ

1. Trong phân tử phenylalanin, độ chênh lệch năng lượng ở trạng thái cơ bản và trạng thái kích thích là ΔE = 0,1 eV. Tìm mối quan hệ giữa các quần thể của các mức này ở T = 300 K.

Câu trả lời: n \u003d 3,5 * 10 18.

Laser ngày càng trở thành công cụ nghiên cứu quan trọng trong y học, vật lý, hóa học, địa chất, sinh học và kỹ thuật. Nếu sử dụng sai, chúng có thể gây lóa mắt và thương tích (bao gồm bỏng và điện giật) cho người vận hành và nhân viên khác, bao gồm cả những người đến thăm phòng thí nghiệm thông thường, đồng thời gây thiệt hại đáng kể về tài sản. Người dùng các thiết bị này phải hiểu đầy đủ và áp dụng các biện pháp phòng ngừa an toàn cần thiết khi xử lý chúng.

Tia laze là gì?

Từ "laser" (eng. LASER, Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) là từ viết tắt của "khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ kích thích". Tần số của bức xạ do tia laser tạo ra nằm trong hoặc gần phần nhìn thấy được của phổ điện từ. Năng lượng được khuếch đại đến trạng thái cường độ cực cao bằng một quá trình gọi là "bức xạ laze cảm ứng".

Thuật ngữ "bức xạ" thường bị hiểu sai bởi vì nó cũng được sử dụng để mô tả nó. Trong ngữ cảnh này, nó có nghĩa là sự truyền năng lượng. Năng lượng được truyền từ nơi này sang nơi khác bằng cách dẫn, đối lưu và bức xạ.

Có nhiều loại laser khác nhau hoạt động trong các môi trường khác nhau. Khí (ví dụ: argon hoặc hỗn hợp helium và neon), tinh thể rắn (ví dụ: hồng ngọc) hoặc thuốc nhuộm lỏng được sử dụng làm môi trường làm việc. Khi năng lượng được cung cấp cho môi trường làm việc, nó sẽ chuyển sang trạng thái kích thích và giải phóng năng lượng dưới dạng các hạt ánh sáng (photon).

Một cặp gương ở hai đầu của ống kín phản xạ hoặc truyền ánh sáng trong một dòng tập trung gọi là chùm tia laze. Mỗi phương tiện làm việc tạo ra một chùm tia có bước sóng và màu sắc độc đáo.

Màu sắc của ánh sáng laser thường được biểu thị bằng bước sóng. Nó không ion hóa và bao gồm phần tử ngoại (100-400 nm), khả kiến ​​(400-700 nm) và hồng ngoại (700 nm - 1 mm) của quang phổ.

phổ điện từ

Mỗi sóng điện từ có một tần số và độ dài duy nhất được liên kết với tham số này. Giống như ánh sáng đỏ có tần số và bước sóng riêng, nên tất cả các màu khác - cam, vàng, lục và lam - đều có tần số và bước sóng riêng. Con người có thể cảm nhận được những sóng điện từ này, nhưng không thể nhìn thấy phần còn lại của quang phổ.

Tia cực tím cũng có tần số cao nhất. Bức xạ hồng ngoại, vi sóng và sóng vô tuyến chiếm tần số thấp hơn của quang phổ. Ánh sáng khả kiến ​​nằm trong một phạm vi rất hẹp ở giữa.

tác động của con người

Tia laser tạo ra một chùm ánh sáng có hướng cường độ cao. Nếu chiếu trực tiếp, phản xạ hoặc tập trung vào một vật thể, chùm tia sẽ bị hấp thụ một phần, làm tăng nhiệt độ bề mặt và bên trong vật thể, điều này có thể khiến vật liệu thay đổi hoặc biến dạng. Những phẩm chất này, được sử dụng trong phẫu thuật laser và xử lý vật liệu, có thể gây nguy hiểm cho mô người.

Ngoài bức xạ, có tác dụng nhiệt lên các mô, bức xạ laze, tạo ra hiệu ứng quang hóa, rất nguy hiểm. Điều kiện của nó đủ ngắn, tức là phần cực tím hoặc màu xanh lam của quang phổ. Các thiết bị hiện đại tạo ra bức xạ laser, tác động lên con người được giảm thiểu. Năng lượng của tia laser công suất thấp không đủ để gây hại và chúng không gây nguy hiểm.

Các mô của con người rất nhạy cảm với năng lượng và trong một số trường hợp nhất định, bức xạ điện từ, kể cả bức xạ laze, có thể gây tổn thương cho mắt và da. Các nghiên cứu đã được tiến hành về mức ngưỡng của bức xạ chấn thương.

nguy hiểm về mắt

Mắt người dễ bị tổn thương hơn da. Giác mạc (mặt trước trong suốt bên ngoài của mắt), không giống như lớp hạ bì, không có lớp tế bào chết bên ngoài để bảo vệ khỏi các tác động của môi trường. Tia laze và được giác mạc của mắt hấp thụ, có thể gây hại cho nó. Chấn thương đi kèm với phù nề biểu mô và xói mòn, và trong những vết thương nghiêm trọng - sự đóng băng của khoang phía trước.

Thủy tinh thể của mắt cũng có thể dễ bị tổn thương khi tiếp xúc với các bức xạ laze khác nhau - tia hồng ngoại và tia cực tím.

Tuy nhiên, mối nguy hiểm lớn nhất là tác động của tia laser lên võng mạc ở phần nhìn thấy được của quang phổ - từ 400 nm (tím) đến 1400 nm (gần hồng ngoại). Trong vùng quang phổ này, các chùm chuẩn trực tập trung vào những vùng rất nhỏ của võng mạc. Biến thể phơi sáng bất lợi nhất xảy ra khi mắt nhìn vào khoảng cách và một chùm tia trực tiếp hoặc phản xạ đi vào nó. Trong trường hợp này, nồng độ của nó trên võng mạc đạt tới 100.000 lần.

Như vậy, chùm tia nhìn thấy có công suất 10 mW/cm 2 tác động lên võng mạc với công suất 1000 W/cm 2 . Điều này là quá đủ để gây ra thiệt hại. Nếu mắt không nhìn vào khoảng cách, hoặc nếu chùm tia phản xạ từ một bề mặt khuếch tán, không đặc trưng, ​​thì bức xạ mạnh hơn nhiều sẽ dẫn đến chấn thương. Hiệu ứng laser trên da không có hiệu ứng tập trung, vì vậy nó ít bị tổn thương hơn ở các bước sóng này.

tia X

Một số hệ thống điện áp cao có điện áp trên 15 kV có thể tạo ra tia X có công suất đáng kể: bức xạ laze, nguồn của chúng là nguồn bơm điện tử công suất cao, cũng như hệ thống plasma và nguồn ion. Các thiết bị này phải được kiểm tra bao gồm để đảm bảo che chắn thích hợp.

phân loại

Tùy thuộc vào công suất hoặc năng lượng của chùm tia và bước sóng của bức xạ, laser được chia thành nhiều loại. Việc phân loại dựa trên khả năng thiết bị có thể gây thương tích ngay lập tức cho mắt, da hoặc hỏa hoạn khi tiếp xúc trực tiếp với chùm tia hoặc khi bị phản xạ từ các bề mặt phản xạ khuếch tán. Tất cả các laser thương mại đều có thể được nhận dạng bằng cách đánh dấu áp dụng cho chúng. Nếu thiết bị tự chế hoặc không được đánh dấu khác, nên tìm lời khuyên về cách phân loại và dán nhãn thích hợp. Laser được phân biệt theo công suất, bước sóng và thời gian phơi sáng.

Thiết bị an toàn

Các thiết bị hạng nhất tạo ra bức xạ laser cường độ thấp. Nó không thể đạt đến mức độ nguy hiểm, vì vậy các nguồn được miễn hầu hết các biện pháp kiểm soát hoặc các hình thức giám sát khác. Ví dụ: máy in laser và đầu đĩa CD.

Thiết bị an toàn có điều kiện

Laser của lớp thứ hai phát ra trong phần nhìn thấy được của quang phổ. Đây là bức xạ laze, nguồn gây ra phản ứng bình thường của một người là từ chối ánh sáng quá chói (phản xạ chớp mắt). Khi tiếp xúc với chùm tia, mắt người sẽ nhấp nháy sau 0,25 giây, giúp bảo vệ đầy đủ. Tuy nhiên, bức xạ laze trong phạm vi khả kiến ​​có thể gây hại cho mắt khi tiếp xúc liên tục. Ví dụ: con trỏ laser, laser trắc địa.

Laser loại 2a là thiết bị có mục đích đặc biệt với công suất đầu ra nhỏ hơn 1 mW. Các thiết bị này chỉ gây ra hư hỏng khi tiếp xúc trực tiếp trong hơn 1000 giây trong một ngày làm việc 8 giờ. Ví dụ: đầu đọc mã vạch.

tia laser nguy hiểm

Loại 3a đề cập đến các thiết bị không gây thương tích khi tiếp xúc ngắn hạn với mắt không được bảo vệ. Có thể nguy hiểm khi sử dụng các thiết bị quang học hội tụ như kính thiên văn, kính hiển vi hoặc ống nhòm. Ví dụ: laze He-Ne 1-5 mW, một số con trỏ laze và cấp độ tòa nhà.

Chùm tia laze loại 3b có thể gây thương tích nếu chiếu trực tiếp hoặc nếu nó bị phản chiếu. Ví dụ: Laser He-Ne 5-500 mW, nhiều loại laser nghiên cứu và điều trị.

Loại 4 bao gồm các thiết bị có mức công suất lớn hơn 500 mW. Chúng nguy hiểm cho mắt, da và cũng là một nguy cơ hỏa hoạn. Tiếp xúc với chùm tia, phản xạ gương hoặc khuếch tán của nó có thể gây thương tích cho mắt và da. Tất cả các biện pháp an ninh phải được thực hiện. Ví dụ: Laser Nd:YAG, hiển thị, phẫu thuật, cắt kim loại.

bức xạ laze: bảo vệ

Mỗi phòng thí nghiệm phải cung cấp bảo vệ đầy đủ cho những người làm việc với laze. Cửa sổ trong các phòng mà bức xạ từ các thiết bị loại 2, 3 hoặc 4 có thể đi qua gây hại ở những khu vực không được kiểm soát phải được che phủ hoặc có biện pháp bảo vệ khác trong quá trình vận hành thiết bị đó. Để bảo vệ mắt tối đa, những điều sau đây được khuyến nghị.

• Chùm tia phải được bao bọc trong hộp không phản chiếu, không bắt lửa để giảm thiểu nguy cơ vô tình tiếp xúc hoặc hỏa hoạn. Để căn chỉnh chùm tia, hãy sử dụng màn huỳnh quang hoặc điểm tham quan phụ; tránh tiếp xúc trực tiếp với mắt.
• Sử dụng công suất thấp nhất cho quy trình căn chỉnh chùm tia. Nếu có thể, hãy sử dụng các thiết bị cấp thấp cho quy trình căn chỉnh sơ bộ. Tránh sự hiện diện của các vật thể phản chiếu không cần thiết trong khu vực của tia laser.
• Hạn chế sự đi qua của chùm tia trong khu vực nguy hiểm trong thời gian không làm việc, sử dụng cửa chớp và các rào cản khác. Không sử dụng các bức tường của căn phòng để căn chỉnh chùm tia laser loại 3b và 4.
• Sử dụng các công cụ không phản chiếu. Một số hàng tồn kho không phản xạ ánh sáng nhìn thấy được sẽ trở nên đặc trưng trong vùng không nhìn thấy được của quang phổ.
• Không đeo trang sức phản quang. Đồ trang sức bằng kim loại cũng làm tăng nguy cơ bị điện giật.

Kính bảo vệ

Phải đeo kính bảo hộ khi làm việc với laser loại 4 ở khu vực nguy hiểm ngoài trời hoặc nơi có nguy cơ phản xạ. Loại của chúng phụ thuộc vào loại bức xạ. Kính phải được chọn để bảo vệ khỏi phản xạ, đặc biệt là phản xạ khuếch tán và để bảo vệ ở mức mà phản xạ bảo vệ tự nhiên có thể ngăn ngừa thương tích cho mắt. Các thiết bị quang học như vậy sẽ giữ lại một số khả năng hiển thị của chùm tia, ngăn ngừa bỏng da và giảm khả năng xảy ra các tai nạn khác.

Các yếu tố cần xem xét khi lựa chọn kính bảo hộ:

• bước sóng hoặc vùng phổ bức xạ;
• mật độ quang ở một bước sóng nhất định;
• độ chiếu sáng tối đa (W / cm 2) hoặc công suất chùm tia (W);
• loại hệ thống laser;
• chế độ năng lượng - bức xạ laser xung hoặc chế độ liên tục;
• khả năng phản xạ - gương và khuếch tán;
• đường ngắm;
• sự hiện diện của kính điều chỉnh hoặc kích thước đủ để cho phép đeo kính để điều chỉnh thị lực;
• an ủi;
• sự hiện diện của các lỗ thông gió ngăn sương mù;
• ảnh hưởng đến tầm nhìn màu sắc;
• chống va đập;
• khả năng thực hiện các công việc cần thiết.

Do kính bảo hộ có thể bị hư hỏng và mòn nên chương trình an toàn của phòng thí nghiệm phải bao gồm việc kiểm tra định kỳ các tính năng an toàn này.

Con người - đây là ngành công nghiệp, y học, nghiên cứu khoa học, giám sát môi trường, v.v. Bức xạ laze (LI), giống như các loại bức xạ khác, có ảnh hưởng xấu đến cơ thể con người. Các tia laze phát ra liên tục tạo ra cường độ theo thứ tự $10$ W/cm2, đủ để làm tan chảy và làm bay hơi bất kỳ vật liệu nào. Cường độ bức xạ trong quá trình tạo xung ngắn đôi khi lên tới hơn $10$ W/cm2. Để hình dung giá trị này, cần lưu ý rằng gần bề mặt Trái đất, cường độ ánh sáng mặt trời chỉ là $0,1$…$0,2$ W/cm2. LI là bức xạ kết hợp quang học, có định hướng cao và mật độ năng lượng cao.

Bức xạ được hình thành trong môi trường hoạt động, là thành phần chính của laser và để nó được hình thành, cần phải:

1. Ánh sáng từ các nguồn không phải laze;
2. Sự phóng điện trong chất khí;
3. Phản ứng hoá học;
4. Bắn phá bằng tia điện và các phương pháp khác.

Bộ cộng hưởng quang được hình thành bởi các gương, giữa đó có môi trường hoạt động, nó có thể là vật liệu rắn - thủy tinh, nhựa, hồng ngọc - có thể được biểu diễn bằng chất bán dẫn, chất lỏng có thuốc nhuộm hữu cơ, khí, v.v. Laser có thể phát xung và liên tục .

Theo các thông số vật lý và kỹ thuật của chúng, laser được phân loại:

1. Phiên bản thiết kế:

   • Laser cố định;
   • Laser di động;
   • mở tia laser;
   • laser khép kín.

2. Công suất bức xạ:

   • Laser hạng nặng;
   • Laser mạnh mẽ;
   • Laser công suất trung bình;
   • laser công suất thấp.

3. Chế độ làm việc:

   • laser CW;
   • Laser xung;
   • Laser xung chuyển mạch Q.

4. Phương pháp tản nhiệt:

   • Laser được làm mát tự nhiên;
   • Laser làm mát bằng nước cưỡng bức;
   • Laser làm mát bằng không khí cưỡng bức;
   • Laser làm mát cưỡng bức bằng chất lỏng đặc biệt.

5. Mục đích:

   • Laser công nghệ;
   • Laser là đặc biệt;
   • Nghiên cứu laser;
   • Laser là duy nhất.

6. Phương pháp bơm:

   • Bơm kích thích bằng hóa chất;
   • Bơm bằng cách cho dòng điện cao tần đi qua;
   • Truyền một dòng điện xung;
   • Bằng cách truyền dòng điện một chiều;
   • Bơm bằng ánh sáng xung;
   • Bơm với ánh sáng liên tục.

7. Độ dài của sóng ánh sáng được tạo ra:

   • tia laser hồng ngoại;
   • Laser ánh sáng khả kiến;
   • tia laser cực tím;
   • laser tia X;
   • laser dưới milimet.

8. Đối với phần tử hoạt động:

   • Laser động khí;
   • Laser trạng thái rắn;
   • Laser bán dẫn;
   • Laser lỏng;
   • Laser khí.

Bức xạ laser và cơ thể con người

Tất cả các tia laser, dựa trên mức độ nguy hiểm đối với người lao động, được chia thành 4 loại:

1. Không gây nguy hiểm bức xạ cho da và mắt người;
2. Cả bức xạ trực tiếp và phản xạ gương đều gây nguy hiểm lớn cho mắt;
3. Cả ba bức xạ - trực tiếp, phản xạ gương và phản xạ khuếch tán - ở khoảng cách $0,1$ m tính từ bề mặt phản xạ đều nguy hiểm. Ngoài ra còn có nguy cơ tiếp xúc với da;
4. Nguy cơ từ bức xạ phản xạ khuếch tán ở khoảng cách $0,1$ m tính từ bề mặt phản xạ khuếch tán.

Trong cơ thể con người, bức xạ laser có thể gây ra những thay đổi bệnh lý, rối loạn các cơ quan thị giác, hệ thống thần kinh trung ương và hệ thống tự trị. Bức xạ laser có tác động tiêu cực đến các cơ quan nội tạng của con người - gan, thận, tủy sống, v.v. Kết quả là bỏng bề mặt - Tác dụng sinh lý bệnh chính của chiếu xạ.

Các tia laser loại $II$, $III$, $IV$ bắt buộc phải được đánh dấu bằng các dấu hiệu nguy hiểm bằng tia laser và được trang bị các thiết bị phát tín hiệu trong toàn bộ thời gian hoạt động. Để ngăn bức xạ lan rộng ra ngoài các vật liệu đã xử lý, các laze loại $III$ và $IV$ được trang bị màn hình đặc biệt. Đối với sản xuất của họ, vật liệu hấp thụ ánh sáng, không nóng chảy, chống cháy được sử dụng. Việc điều khiển các tia laser như vậy là từ xa.

Đối với bức xạ laser được cài đặt mức giới hạn. Các mức này được xác định có tính đến vùng quang phổ riêng cho mắt và da. Công nhân laser nên trải qua cả cuộc kiểm tra y tế sơ bộ và hàng năm. Đối với tia laser $II$…$IV$, công nhân phải sử dụng thiết bị bảo vệ mắt cá nhân và đối với tia laser $IV$, phải đeo mặt nạ bảo vệ. Tùy thuộc vào bước sóng của bức xạ, các thấu kính của kính bảo hộ có thể không màu hoặc cam, xanh lục.

Tất cả những nguy hiểm của bức xạ laser được chia thành sơ đẳng– máy laser và sơ trung– trong quá trình tương tác giữa bức xạ laze và mục tiêu.

1. Các mối nguy cơ bản:

   • bức xạ laser trực tiếp;
   • Điện áp;
   • Phát xạ nhẹ;
   • tiếng ồn âm thanh;
   • Phụ kiện rung;
   • Khí gây ô nhiễm không khí phát ra từ thiết bị lắp đặt;
   • Bức xạ tia X ở điện áp trên $15$ kV.

2. Mối nguy thứ cấp:

   • Bức xạ laser phản xạ;
   • Hệ thống phân tán khí;
   • Tiếng ồn âm thanh;
   • Bức xạ của một ngọn đuốc plasma.

Phân loại bức xạ laser

Có hai cách tiếp cận dựa trên cơ sở khoa học để điều chỉnh bức xạ laser:

1. đầu tiên liên quan đến tác động gây hại cho các mô hoặc cơ quan trực tiếp tại vị trí chiếu xạ;
2. Thứ hai phương pháp này liên quan đến những thay đổi có thể phát hiện được trong các hệ thống và cơ quan không bị ảnh hưởng trực tiếp.

cốt lõi quy định vệ sinh là các tiêu chí cho hành động sinh học.

Dựa trên điều này, phạm vi bức xạ laser được chia thành các khu vực:

1. Vùng cực tím - từ $0,18$ - $0,38$ micron;
2. Vùng nhìn thấy - $0,38$ - $0,7$5 micron;
3. Vùng hồng ngoại gần - $0,75$ - $1,4$ µm;
4. Vùng xa hồng ngoại là hơn $1,4$ micron.

Ghi chú 2

Việc biện minh cho các tiêu chuẩn vệ sinh là khó khăn do phạm vi bước sóng rộng, các thông số của bức xạ laser và hiệu ứng sinh học rất đa dạng. Xác minh thử nghiệm và lâm sàng đòi hỏi thời gian và tiền bạc, do đó, mô hình toán học được sử dụng để làm rõ và phát triển mức LI tối đa cho phép.

mô hình toán học tất nhiên, có tính đến bản chất của sự phân bố năng lượng và đặc điểm hấp thụ của các mô được chiếu xạ. Phương pháp mô hình hóa toán học của các quá trình vật lý chính đã được sử dụng để xác định và tinh chỉnh LI PD. Nó được đưa vào phiên bản mới nhất của các tiêu chuẩn vệ sinh và quy tắc thiết kế và vận hành laser - SNiP số 5804-91.

Các định mức được phát triển có tính đến kết quả nghiên cứu khoa học và các quy định chính của các tài liệu:

1. Thiết bị SaNiP và hoạt động của laser № 2392-8 1;
2. Tiêu chuẩn IEC (ấn bản đầu tiên, $1984$);
3. Những thay đổi đối với Tiêu chuẩn của Ủy ban Kỹ thuật Điện Quốc tế ($1987, xuất bản $825).

Các định mức này có thể được áp dụng và điều này được chứng minh bằng Thư của Rospotrebnadzor ngày $16$.$05$.$2007$ № 0100/4961-07-32 . Mức tối đa cho phép của bức xạ laser thiết lập các quy tắc № 5804-91 .

Họ cũng đặt ra các yêu cầu đối với:

1. Thiết bị và hoạt động của laser;
2. Mặt bằng công nghiệp, bố trí thiết bị và nơi làm việc;
3. yêu cầu đối với nhân sự;
4. Điều kiện của lĩnh vực công nghiệp;
5. Áp dụng các biện pháp bảo vệ;
6. kiểm soát y tế.

bảo vệ bức xạ an toàn bằng laser

Tác động của tia laser lên cơ thể phụ thuộc vào các thông số bức xạ (công suất bức xạ và năng lượng trên một đơn vị bề mặt chiếu xạ, bước sóng, thời gian phát xung, tốc độ lặp lại xung, thời gian chiếu xạ, diện tích bề mặt chiếu xạ), vị trí chiếu xạ và các đặc điểm giải phẫu và sinh lý của vật thể bị chiếu xạ. các đối tượng.

Bức xạ laze là một loại bức xạ điện từ được tạo ra trong dải bước sóng quang học từ 0,1…1000 µm. Sự khác biệt của nó so với các loại bức xạ khác là đơn sắc, nhất quán và mức độ định hướng cao. Do sự phân kỳ nhỏ của chùm tia laser, mật độ thông lượng công suất có thể đạt tới 10 16 ... 10 17 W/m 2 .

Các tác động của phơi nhiễm (nhiệt, quang hóa, sốc âm, v.v.) được xác định bởi cơ chế tương tác của bức xạ laser với các mô và phụ thuộc vào các thông số năng lượng và thời gian của bức xạ, cũng như các đặc tính sinh học và vật lý - hóa học. đặc điểm của các mô và cơ quan được chiếu xạ.

Bức xạ laser đặc biệt nguy hiểm đối với các mô hấp thụ bức xạ ở mức tối đa. Giác mạc và thủy tinh thể của mắt tương đối dễ bị tổn thương, cũng như khả năng hệ thống quang học của mắt nhân mật độ năng lượng (công suất) của bức xạ trong vùng nhìn thấy và hồng ngoại gần (780<л<1400 нм) на глазном дне по отношению к роговице делают глаз наиболее уязвимым органом.

Khi bị tổn thương, mắt bị đau, co thắt mi, chảy nước mắt, sưng mi và nhãn cầu, đục võng mạc, xuất huyết. Các tế bào võng mạc không tái tạo sau khi bị hư hại.

Bức xạ cực tím gây viêm giác mạc, bức xạ hồng ngoại sóng trung bình (1400<л<3000 нм) может вызвать отек, катаракту и ожог роговой оболочки глаза; дальнее ИК - излучение (3000<л<10 6 нм) - ожог роговицы.

Tổn thương da có thể do bức xạ laze ở bất kỳ bước sóng nào trong dải quang phổ 180…100.000 nm gây ra. Bản chất của tổn thương da tương tự như bỏng nhiệt. Mức độ nghiêm trọng của tổn thương da và trong một số trường hợp là toàn bộ cơ thể phụ thuộc vào năng lượng của bức xạ, thời gian tiếp xúc, diện tích tổn thương, vị trí của nó, việc bổ sung các nguồn tiếp xúc thứ cấp (đốt, âm ỉ). Tổn thương tối thiểu cho da phát triển ở mật độ năng lượng 1000…10000 J/m 2 .

Bức xạ laser hồng ngoại xa (>1400 nm) có khả năng xuyên qua các mô của cơ thể ở độ sâu đáng kể, tác động đến các cơ quan nội tạng (bức xạ laser trực tiếp).

Hành động mãn tính lâu dài của bức xạ laser phản xạ khuếch tán ở cường độ không sinh nhiệt có thể gây ra các rối loạn mạch máu không đặc hiệu, chủ yếu là thực vật; sự thay đổi chức năng có thể được quan sát từ phía hệ thống thần kinh, tim mạch, tuyến nội tiết. Người lao động kêu đau đầu, mệt mỏi, bứt rứt, vã mồ hôi.

Các tác động sinh học xảy ra khi chiếu bức xạ laser lên cơ thể con người được chia thành 2 nhóm:

Hiệu ứng chính - những thay đổi hữu cơ xảy ra trực tiếp trong các mô được chiếu xạ;

Hiệu ứng thứ cấp - những thay đổi không đặc hiệu xuất hiện trong cơ thể để đáp ứng với bức xạ.

Mắt người dễ bị tổn thương nhất bởi bức xạ laser. Một chùm tia laze hội tụ vào võng mạc bởi thủy tinh thể của mắt sẽ trông giống như một điểm nhỏ với nồng độ năng lượng thậm chí còn dày đặc hơn cả bức xạ tới mắt. Do đó, việc chiếu bức xạ laser vào mắt rất nguy hiểm và có thể gây tổn thương võng mạc và màng mạch dẫn đến suy giảm thị lực. Ở mật độ năng lượng thấp, xuất huyết xảy ra và ở mật độ năng lượng cao, xảy ra bỏng, vỡ võng mạc và xuất hiện bong bóng mắt trong thể thủy tinh thể.

Bức xạ laser cũng có thể gây tổn thương cho da và các cơ quan nội tạng của một người. Tổn thương da do bức xạ laser tương tự như bỏng nhiệt. Mức độ tổn thương bị ảnh hưởng bởi cả đặc điểm đầu vào của tia laser cũng như màu sắc và mức độ sắc tố da. Cường độ bức xạ gây tổn thương cho da cao hơn nhiều so với cường độ gây tổn thương cho mắt.

Hiệu ứng sinh học của bức xạ laser phụ thuộc vào một số yếu tố: công suất bức xạ, bước sóng, bản chất xung, tốc độ lặp lại xung, thời gian chiếu xạ, kích thước của bề mặt chiếu xạ, v.v. Các tác động nhiệt và phi nhiệt, cục bộ và chung của bức xạ có thể được phân biệt.

Hiệu ứng nhiệt đối với laser CW có nhiều điểm chung với hệ thống sưởi thông thường. Dưới ảnh hưởng của tia laser hoạt động ở chế độ xung trong các mô được chiếu xạ, môi trường chất lỏng nóng lên nhanh chóng và sôi tức thời, cuối cùng dẫn đến tổn thương cơ học cho các mô. Hiệu ứng phi nhiệt chủ yếu là do các quá trình do sự hấp thụ có chọn lọc năng lượng điện từ của các mô, cũng như các hiệu ứng điện và quang hóa.

Về bản chất hoạt động của bức xạ laser trên cơ thể con người, có thể phân biệt hai hiệu ứng: sơ cấp và thứ cấp.

Các tác động chính xảy ra ở dạng thay đổi hữu cơ trong các mô tiếp xúc (mắt, da). Đi vào mắt, năng lượng laser được hấp thụ bởi các phần tử sắc tố và trong một thời gian rất ngắn làm tăng nhiệt độ trong đó lên mức cao, gây ra hiện tượng đông máu của các mô lân cận - bỏng màng đệm.

Rối loạn nhiệt đi kèm với tổn thương võng mạc mắt. Tổn thương hố mắt của võng mạc đặc biệt nguy hiểm vì nó quan trọng hơn về mặt chức năng. Thiệt hại cho khu vực này có thể dẫn đến suy giảm thị lực trung tâm sâu sắc và vĩnh viễn.

Bức xạ laser có thể gây tổn thương da. Mức độ phơi nhiễm được xác định bởi cả các thông số của bức xạ laser và sắc tố da, tình trạng lưu thông máu. Tổn thương da giống như bỏng nhiệt, có ranh giới rõ ràng được bao quanh bởi một vùng đỏ nhỏ.

Hiệu ứng thứ cấp - những thay đổi không đặc hiệu xảy ra trong cơ thể do phản ứng với bức xạ. Trong trường hợp này, các rối loạn chức năng của hệ thống thần kinh và tim mạch trung ương, chứng thần kinh thuộc loại suy nhược, bệnh lý của hệ thống thực vật-mạch máu ở dạng rối loạn chức năng thực vật-mạch máu và hội chứng suy nhược thực vật là có thể.

Rối loạn tim mạch có thể biểu hiện bằng loạn trương lực mạch máu nhược trương hoặc ưu trương, thiểu năng tuần hoàn não. Trong hình ảnh máu ngoại vi, huyết sắc tố giảm nhẹ, tăng số lượng hồng cầu, hồng cầu lưới và giảm số lượng tiểu cầu được tiết lộ. Có thể xảy ra những thay đổi trong chuyển hóa lipid, carbohydrate và protein, v.v.

Để đảm bảo an toàn khi làm việc trên hệ thống laser, cần tuân thủ các yêu cầu về quy trình công nghệ, bố trí thiết bị và tổ chức nơi làm việc:

1. Điều khiển từ xa phải được cung cấp khi bảo dưỡng lắp đặt bằng laser loại IV.

2. Trong các quy trình công nghệ, theo quy định, nên sử dụng các hệ thống laser loại kín để loại trừ khả năng phơi nhiễm của con người.

3. Cần giới hạn vùng nguy hiểm của tia laze hoặc che chắn tia bức xạ. Với vật liệu hấp thụ ánh sáng chống cháy.

4. Thiết kế lắp đặt laze nhằm bảo vệ người lao động khỏi sóng điện từ, tần số vô tuyến và ^ bức xạ ion hóa.

5. Laser được đánh dấu bằng biểu tượng nguy hiểm laser theo tiêu chuẩn hiện hành.

Để vận hành an toàn laser, điều quan trọng là cơ sở đặt chúng phải đáp ứng các yêu cầu vệ sinh:

1. Laser loại IV phải được đặt trong các phòng riêng biệt, thiết bị và trang trí nội thất của chúng phải đáp ứng các yêu cầu về tiêu chuẩn vệ sinh và quy tắc thiết kế và vận hành laser.

2. Cửa ra vào của các phòng chiếu laze hạng III - IV phải được trang bị khóa trong, biển báo "Cấm người lạ vào" và biển báo nguy hiểm bằng laze.

3. Chiếu sáng tự nhiên và chiếu sáng nhân tạo phải đảm bảo theo quy định hiện hành. Không khí của khu vực làm việc, khu vực sản xuất của cơ sở vận hành laser phải tuân thủ

yêu cầu vệ sinh. Nếu hoạt động của tia laser đi kèm với sự hình thành khí độc hại, hơi, sol khí, thì hệ thống thông gió khí thải được lắp đặt tại nơi làm việc, giúp định vị và loại bỏ các sản phẩm độc hại khỏi nơi hình thành chúng.

4. Ở những khu vực mở nơi đặt tia laze, một khu vực có mật độ năng lượng bức xạ gia tăng được chỉ định và các màn hình được lắp đặt để ngăn chặn sự lan truyền của bức xạ laze ra bên ngoài khu vực.

5. Để ngăn ngừa thiệt hại do chùm tia laze trực tiếp hoặc phản xạ đặc biệt, các rào chắn được cung cấp để ngăn chùm tia rời khỏi hệ thống lắp đặt đã đóng và khả năng có người đi vào khu vực chùm tia đi qua. Khóa hoặc chốt được sử dụng để bảo vệ mắt của người làm việc trên hệ thống lắp đặt trong đó hệ thống quan sát được kết hợp với hệ thống quang học. Kính bảo hộ được sử dụng.

6. Để bảo vệ người lao động khỏi bị điện giật, nhiều loại điều khiển từ xa, khóa liên động, công tắc tơ tự động, công tắc nối đất cơ học, báo động và thiết bị bảo vệ được sử dụng. Tất cả các yếu tố của cài đặt laser dưới điện áp được bảo vệ và vỏ kim loại của cài đặt được nối đất. Các phương pháp bảo vệ nhân viên khỏi trường điện từ và tiếng ồn, cũng như các tiêu chuẩn vệ sinh cho phép, thời gian thực hiện các phép đo kiểm soát, dụng cụ và phương pháp thực hiện các phép đo này được chỉ định trong các phần liên quan của sách tham khảo đặc biệt.

7. Người đủ 18 tuổi được phép làm việc với tia laser. Nhân viên bảo dưỡng các hệ thống laser phải trải qua các cuộc kiểm tra y tế định kỳ và sơ bộ, hướng dẫn các phương pháp làm việc an toàn với laser, v.v.

8. Nhân viên bị cấm thực hiện quan sát mà không có bảo vệ mắt cá nhân trong quá trình vận hành tia laze thuộc loại nguy hiểm II-IV và đặt các vật thể trong vùng tia laze gây phản xạ bức xạ gương, nếu điều đó không liên quan đến nhu cầu công nghệ. Kính bảo hộ có bộ lọc ánh sáng được sử dụng làm thiết bị bảo vệ cá nhân và khi làm việc với tia laser loại IV nguy hiểm, mặt nạ bảo vệ được sử dụng. Để bảo vệ khỏi bức xạ laze và trong khi vận hành ở chế độ ngủ của các hệ thống laze, chỉ những phương tiện bảo vệ được sử dụng có tài liệu kỹ thuật và quy định được phê duyệt theo cách thức quy định.