Особенности влияния лазерных излучений на человеческий организм

Особенности влияния лазерных излучений на человеческий организм

Как известно, лазеры – это устройства, генерирующие когерентные электромагнитные волны за счет вынужденного испускания или вынужденного рассеяния света активной средой, находящейся в оптическом резонаторе (LASER – Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation – усиление света вынужденным излучением).

Излучение лазеров, в отличии от всех известных источников света, обладает монохроматичностью (излучение на одной частоте/длине волны), узкой диаграммой направленности, что приводит даже при малых уровнях выходной мощности лазеров к высокому значению плотности потока мощности (Power Density – PD).

Например: при выходной мощности лазера в Pвых= 1 мВт и площади сечения
S = πd2/4 = 1,57 ×10 –10 м2 ( для диаметра одномодового оптического волокна d = 10 мкм) значение PD составит П1 = Рвых/ S = 6,36 ×105 мВт/см2, в то время как безопасный для людей уровень составляет не более П без = 10 мкВт/см2, при этом отношение
П1/ П без= 6,36 ×107 – т.е. превышение уровня излучения на 7 порядков выше безопасного.

Именно благодаря высокой степени монохроматичности и высоких уровней плотности потока мощности излучения эффективная температура лазерного излучения чрезвычайно высока, она превышает все реализующиеся в природе значения.

Так как мощность лазерного излучения можно варьировать в широких пределах, то взаимодействие лазерного излучения различной интенсивности с веществом приводит к различным физико-химическим и биологическим эффектам (нагреванию, оптическому пробою, коагуляции, возникновению ударных волн и пр.)

При оценке воздействия лазеров и оптических систем на людей, очень важно учитывать степень опасности применения лазеров и оптических систем, в которых они используются. Опасность определяется как вредным воздействием лазерного излучения (из-за больших значений плотностей потока мощности электромагнитного излучения), так и другими факторами, связанными с использованием вспомогательных устройств (в которых могут быть токсичные вещества, газы высокого давления, высокие температуры).

Анализ степени риска с точки зрения безопасности крайне необходим, так как по мере развития и расширения сферы применения лазерной техники появляется все больше потребителей, которые используют лазеры, не обладая достаточными знаниями в данной области техники. Это важно и для тех специалистов, для которых лазерная техника является профессией.

К настоящему времени лазеры, используемые в системах связи ( при выходной мощности до 10 мВт) гораздо безопаснее лазеров применяемых в медицине ( до 10 Вт), лазерной обработке ( от 0,1 до 10 МВт/ см2), в химии (от 10 до 1000 кВт/см2), при резке металлов (около 100 кВт/см2).

Степень воздействия лазерного излучения на тело человека определяется следующими факторами:

  • Рабочей длиной волны,
  • Энергией, приходящейся на единичную поверхность облучаемой ткани (т.е. плотностью потока мощности), которая зависит от:
    • типа и вида источника (тип лазера),
    • изменения энергии излучения от импульса к импульсу,
    • угла расхождения светового потока излучателя,
    • вида оптической системы,
    • затухания в окружающей среде.
  • Режимом генерации колебаний: непрерывный, продолжительный или импульсный (с определенным коэффициентом скважности).
  • Расстоянием от источника излучения до ткани и ориентацией ткани в пространстве излучения этого источника.
  • Неоднородностью распределения энергии лазерного излучения.