КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Захиствід лазерних випромінювань
Характеристика лазерного випромінювання (ЛВ). В даний час лазерна техніка знаходить дуже широке застосування. Зараз нараховується більше 200 галузей застосування ОКГ. Вони використовуються в дальнометрії, системах передачі інформації, телебаченні, спектроскопії, в електронній та обчислювальній техніці, для забезпечення термоядерних процесів, біології, медицині, у металообробці, металургії, під час обробки твердих і надтвердих матеріалів, під час зварювальних робіт і ін. Мала кутова розбіжність ЛВ дозволяє здійснити його фокусування на площах малих розмірів (порівняних з довжиною хвилі) і одержувати щільність потужності світлового потоку, достатнью для інтенсивного розігрівання і випаровування матеріалів (густина потужності випромінювання досягає 10і'-1014 Вт/см2). Висока локальність нагрівання і відсутність механічних дій дозволяє використовувати лазери для збирання мікросхем (зварювання металевих виводів і напівпровідникових матері-ачів). За допомогою лазерного променя здійснюють проплав багатошарових матеріалів. Використовують ОКГ для приєднання резисторів, конденсаторів, виготовлення друкованих схем. Широко використовують ОКГ для одержання мікроотворів у надтвердих матеріалах. Розширене застосування лазерних установок у різних галузях діяльності людини сприяє залученню великої кількості працівників для їх обслуговування. Поряд з унікальними властивостями (спрямованість і величезна густина енергії в промені) і перевагами перед іншим устаткуванням лазерні установки створюють певну небезпеку для здоров'я обслуговуючого персоналу. Принцип дії лазерного випромінювання заснований на використанні змушеного (стимульованого) електромагнітного випромінювання, одержуваного від робочої речовини в результаті порушення його атомів електромагнітною енергією зовнішнього джерела. Стимульоване випромінювання має такі якості: 1 - когерентність (сталість різниці фаз між коливаннями і монох- 2 - мала розбіжність променя (22" - теоретична, 2' - практична); 3 - висока густина потужності (1014 Вт/см2). У залежності від характеру робочої речовини розрізняють ОКГ: твердотілі (робоча речовина - рубін, скло з неодимом, пластмаси); напівпровідникові (2п0, Са5е, Те, РЬ і ін.); рідинні (з рідко земельними активаторами, органічними барвниками); газові (Не-№, Аг, Хе, СО2 та ін.). За режимом роботи лазери підрозділяються на безупинної дії й імпульсні. Зараз отримано лазерне випромінювання в діапазоні від 0,6 мм (субміліметрові) до 1 мкм, що входить в області 14, видиму УФ. Уже з'явилися повідомлення про створення лазерів у діапазоні рентгенівського (6 нм - 0,01 нм) і ведуться роботи зі створення лазерів в області гамма-випромінювання (0,01-0,0005 нм). Лазерне випромінювання в цих діапазонах крім монохроматичності, когерентності, гострої спрямованості і високої густини потужності буде мати і високу проникаючу здатність. Як ми вже говорили, лазерне випромінювання може бути сконцентрованим у вузько спрямованому промені з великою густиною потужності. Густина потужності в промені лазера досягає великих величин внаслідок додавання енергії безлічі когерентних променів окремих атомів, що приходять в обрану точку простору в однаковій фазі. Густина потужності лазерного випромінювання на малій площині об'єкта визначається формулою:
(2.74) X2-/2 мегапаскалей (мільйони атмосфер) (лазерний промінь - потік фотонів, кожний з яких має енергію й імпульс сили) до 106 МПа. При цьому виникає температура до декількох мільйонів градусів К. При фокусуванні лазерного променя в газі відбувається утворення високотемпературної плазми, що є джерелом легкого рентгенівського випромінювання (1 нм). При проходженні променю через неоднорідне середовище (повітря, (деяке середовище) відбувається розбіжність і блукання, тобто відбивання променя. Відрізняють дзеркальне і дифузне відбивання лазерного променя. Для оцінки дифузного відображення випромінювання слід враховувати геометричні розміри поверхні, що відбиває (крапкова чи протяжна).
Густина енергії для прямого випромінювання визначається формулою (2.76)
де Р - вихідна потужність випромінювання лазера; Б - діаметр об'єкта оптичної системи; X - довжина хвилі; і - фокусна відстань оптичної системи. Наприклад: Р - 1 МВт, X = 0,69 мкм, В/і- 1,2, тоді Р5 = 3 • 1014 Вт/см2. Для порівняння густина потужності випромінювання на поверхні Сонця 108 Вт/см2. Лазерне випромінювання з високою густиною потужності супроводжується високою напруженістю електричного полю: (2.75) де ц - магнітна проникність середовища (для повітря ц0 = 4я • 10"7 Гн/м); є - діелектрична проникність середовища (для повітря є = 8,85 • 10"12 Ф/м). Значення електричної напруженості у вакуумі, якщо Р = 1 МВт, складає 2.74- 106 В/м. Випромінювання лазера з величезною густиною потужності руйнує і випаровує матеріали. Одночасно в області падіння ЛВ на поверхню в матеріалі створюється світловий тиску сотні тисяч де Іо - вихідна енергія ОКГ, (Вт) Дж; Ф - кут розбіжності випромінювання", К - відстань ОКГ до розрахункової точки, м; а - коефіцієнт ослаблення випромінювання ОКГ повітряним середовищем (залежить від дальності видимості) а = 3,9/У, V - видимість. В умовах відбитого випромінювання густина енергії в заданій точці можна визначити за формулою: (2.77) п-К2Кх ' де Іп - енергія, що падає на відбиваючу поверхню, Дж; К - коефіцієнт відбиття поверхні; Р - кут між нормаллю до поверхні і напрямком візування; К1 - коефіцієнт, що враховує розміри плями (наприклад, якщо К > 30г (радіусів плям), то ^ = 1 (точкове джерело). Біологічна дія лазерного випромінювання. Під біологічною дією розуміють сукупність структурних, функціональних і біохімічних змін, що виникають у живому організмі. ЛВ впливають на весь організм - шкіру, внутрішні органи, але особливо небезпечне для зору. Результат впливу ЛВ визначається як фізіологічними властивостями окремих тканин (відбиваючою і поглинаючою здатністю, теплоємністю, акустичними і механічними властивостями), так і характеристиками ЛВ (енергія в імпульсі, щільність потужності, довжина хвилі, тривалість дії, площа опромінювання). Тому що біологічні тканини мають різні характеристики поглинання, ЛВ діє вибірково на різні органи. При дії лазерного випромінювання на біологічні об'єкті розрізняють термічний та ударний ефекти. Термічний ефект. Ураження ЛВ подібне до тепловогу опіку: відбувається омертвляння тканин у результаті опіку. Для ЛВ характерні різкі границі уражених ділянок і можливість концентрації енергії в глибоких шарах тканини. На характер ушкодження сильно впливає ступінь природного пофарбування (пігментації), мікроструктура і щільність тканин. Максимальному ураженню піддаються тканини, що містять безбарвну речовину - меланин (пігмент шкіри), який поглинає Хтах = 0,5 - 0,55 мкм, тобто в діапазоні випромінювань найбільш розповсюджених ОКГ. Специфічне фарбування печінки і селезінки призводить до того, що їх Хпах = 0,48 і 0,51 мкм - характерні частоти аргонових ОКГ (синьо-зелене забарвлення). Залежність ступеня ураження від потужності випромінювання близька до лінійного. Для ОКГ із ^. = 0,48-10,6 мкм гранична щільність лазерної енергії для біологічної тканини дорівнює 50 Дж/см2. Прояв теплової дії: від опікових міхурів і випаровування поверхневих шарів до ураження внутрішніх органів. Ступінь ураження поверхні тіла залежить від того, сфокусоване чи несфокусоване випромінювання. Для внутрішніх органів фокусування ЛВ має менше значення. Тепловий ЛВ ефект характерний у випадку безупинного режиму роботи ОКГ. Ударний ефект. Причиною багатьох видів ураження ЛВ є ударні хвилі. Різке підвищення тиску поширюється спочатку з надзвуковою швидкістю, а потім сповільнюється. Ударна хвиля може виникнути як на поверхні тіла, так і у внутрішніх органах. Поширення ударної хвилі в організмі призводить до руйнування внутрішніх органів без будь-яких зовнішніх проявів. Взаємодія ЛВ з біологічною тканиною, крім ударної хвилі, призводить до появи УЗ хвиль (2 • 104 - 1013 Гц), що викликають кавітаційні процеси і руйнування тканин. Ударний ефект характерний для імпульсного режиму роботи ОКГ. Вплив ЛВ невеликої інтенсивності призводить до різних функціональних зрушень у серцево-судинній системі, ендокринних залозах, центральній нервовій системі. З'являється стомлюваність, великі стрибки артеріального тиску, головні болі та ін. З локальних дій найбільше небезпечне ЛВ для очей. Для X < 0,4 мкм і X > 1,4 мкм ЛВ являє небезпеку для рогівки очей і шкіри, а у значен- нях X = 0,4 - 1,4 мкм - для сітківки ока. Кришталик ока діє, як додаткова фокусуюча оптика, що підвищує концентрацію енергії на сітківці. Це значно (у 5-10 разів) знижує максимально припустимий рівень опромінювання для зіниці ока. Нормування лазерного випромінювання. Нормування лазерного випромінювання здійснюється згідно санітарних норм і правила СНиП 5804-91. За нормативами для проектування лазерної техніки має бути діючим принцип відсутності впливу на людину прямого, дзеркального та дифузного випромінювання. Визначаючи клас небезпеки лазерного випромінювання враховують три спектральних діапазони (нм): І - 180 < X < 380, її - 380 <?. < 1400, III - 1400 < X < 105. Нормованими параметрами ЛВ з погляду небезпеки є енергія ^ (Дж) і потужність Р (Вт) випромінювання, що пройшло обмежуючу апертуру діаметрами с1а = 1,1 мм (у спектральних діапазонах І і II) і сі = 7 мм (у діапазоні III); енергетична експозиція Н і опромінення Е, усереднені по обмежуючій апертурі: ІІ = >У/5а;Е-Р/5а, (2.78) де 5а — площа обмежуючої апертури. Згідно нормативам лазерне устаткування за ступенем небезпеки розділяється на 4 класи: 1 клас - повністю безпечні лазери, які не мають шкідливої дії на очі 2 клас - мають небезпеку для очей та шкіри у випадку дії коліміро- 3 клас - це лазери, які діють у видимій межі спектру і являють 4 клас - найбільш потужні лазери, які небезпечні при дифузному Згідно СНиП 5804-91 регламентуються гранично допустимі рівні (ГДР) для кожного режиму роботи лазера і його спектрального діапазону і встановлюється для двох умов - одночасного та хронічного (того, що систематично повторюється) опромінювання. Граничні значення щільність потоку нормується на шкірі, сітківці, рогівці. Наприклад, відповідно до санітарних норм, під час роботи з ОКГ ГДР випро- мінювання для очей є енергія XV (Дж), яка нормується в залежності від довжини хвилі і тривалості впливу (таблиця 2.27). Гранично допустимі рівні лазерного випромінювання у діапазоні 1400 < X < 105 нм наведені у таблиці 2.28. Таблиця 2.27
Дата добавления: 2014-11-20; Просмотров: 449; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |