Положительное и негативное влияние лазерного излучения на организм человека. Снимаем лазерный диод. Техника и методика лазерного излучения

Электромагнитное излучение как совокупность электрического и магнитного полей является одним из основных факторов влияния окружающей среды. Электрическое и магнитное поля отдельно не существуют, и их взаимные преобразования обусловливают возникновение единого электромагнитного поля, распространяющегося в окружающей среде в виде электромагнитных волн.

Этиология

К основным показателям электромагнитного излучения (ЭМИ) относятся частота колебаний и длина волны. Частота колебаний измеряется в герцах (1 Гц - одно колебание в 1 с), а длина волны - в метрах (м). Производными этих единиц соответственно являются килогерц (1 кГц = 103 Гц), мегагерц (1 мГц = 106 Гц), а также километр (км), сантиметр (см) и др. По частоте колебаний электромагнитные волны делятся на диапазоны низких (НЧ), средних (СЧ), высоких (ВЧ), ультравысоких (УВЧ), сверхвысоких (СВЧ) частот.

Единицей измерения плотности потока энергии является 1 Вт на 1 квадратный метр (Вт/м2). ПДУ плотности потока энергии облучения в диапазоне низких частот при облучении на протяжении всего рабочего дня составляет 0,1 Вт/м2, не более 2 ч - 1 Вт/м2, не более 15-20 мин - 10 Вт/м2 при условии обязательного применения защитных очков.

Источниками излучения радиоволн служат ламповые генераторы, превращающие энергию постоянного тока в энергию переменного тока высокой частоты.

Электромагнитные волны разных частотных диапазонов широко применяются в промышленности, науке, технике, медицине, радиолокации, радиометеорологии, радиоастрономии, радионавигации, космических исследованиях, ядерной физике и других направлениях деятельности человека.

Профессиональные заболевания, вызванные влиянием электромагнитного поля, чаще всего развиваются у работников радиовещания, телевидения, связи, медицинских отраслей, у лиц, выполняющих работы, связанные с термической обработкой металлов, дерева и других материалов, нагреванием и свариванием диэлектриков.

В условиях производства значительное количество работников может также подвергаться хроническому влиянию электромагнитного излучения малой интенсивности.

Электромагнитное излучение

Индукционное нагревание металлов и полупроводников осуществляется в основном магнитным полем диапазонов ВЧ и УВЧ. ВЧ и УВЧ оборудование используется: для сушки разных материалов (дерева, бумаги, кожи), нагревания пластмассы, сварки синтетических материалов (изготовление обложек для книг, папок, пакетов, игрушек), стерилизации продуктов.

Особенно широко применяется электромагнитное излучение ВЧ-, УВЧ- и СВЧ- диапазонов в радиосвязи и телевидении, а СВЧ-диапазона - для радиорелейной связи, радиолокации, радионавигации, радиодефектоскопии. Заслуживает внимания активное внедрение радиоизлучения в физиотерапию. Свойство радиоизлучения нагревать ткани организма используется в таких процедурах, как низкочастотная магнитотерапия (аппараты “Полюс-1”, “Полюс-101”), индуктотермия (аппараты ДК.В-2, ИКВ-4), микроволновая терапия сантиметровыми (аппараты “Луч-2”, “Луч-3”, “Луч-58”) и дециметровыми волнами (аппараты “Волна-2”, “Ранет”).

Основным источником искусственного электромагнитного излучения являются радио- и телевизионные станции, радиолокаторы, высоковольтные линии электропередач. Необходимо помнить, что наряду с радиоизлучением обслуживающий персонал нередко подвергается влиянию других вредных производственных факторов. На участках индукционного нагревания и при обработке электронных схем с применением пайки, в кабинах радиорелейных станций возможно загрязнение воздушной среды аэрозолями свинца, олова, углеводородов, оксидами азота. В кабинах радиорелейных станций, помещениях радио- и телерадиостанций, на участках индукционного нагревания отмечается высокая температура воздуха, а уровень шума может достигать 75-99 дБ. Трудовая деятельность операторов радиорелейных станций, персонала радио- и телерадиостанций сопровождается значительным нервно-эмоциональным напряжением и нагрузкой на орган зрения.

Патогенез

Механизм действия радиоизлучения на человека очень сложен и до конца не изучен. Установлено, что электромагнитное излучение оказывает на биологические объекты радиоволновое и тепловое действие. Тепловое действие микроволн сводится к тому, что при каждом изменении направления электромагнитного поля возникают релаксационные колебания и перемещение ионов в тканях организма, на которые направлено электромагнитное излучение, сопровождаемое выделением тепла и повышением температуры тканей. Больше всего нагреваются кровь, лимфа, паренхиматозные органы, мышцы, а также хрусталик глаза.

Таким образом, тепловое действие электромагнитного излучения основано на первичных процессах взаимодействия электромагнитных волн с молекулами тканей. Электромагнитная энергия в биологической среде превращается в кинетическую энергию поглощающих молекул, что приводит к нагреванию тканей. Степень повышения температуры тканей зависит от напряженности поля, продолжительности и частоты облучения, а также от того, какая часть тела подвергается его действию, эффективности терморегуляции и некоторых других факторов.

Механизм действия радиоизлучения небольшой (ниже тепловой) интенсивности реализуется, прежде всего, посредством его рефлекторного влияния на центральную нервную систему. Наиболее чувствительным к влиянию радиоволн является гипоталамус, где сосредоточены высшие вегетативные центры. Установлено, что парасимпатическая часть вегетативной нервной системы более чувствительна к действию радиоизлучения, чем симпатическая.

Действие радиоизлучения на головной мозг реализуется благодаря сложному комплексу биофизических, физико-химических, квантово-биологических эффектов. На клеточном и субклеточном уровне обнаруживают изменения калий-натриевого градиента в клетках, поляризацию биологических мембран с нарушением их проницаемости, деформацию структур водных систем, изменение активности ферментов, нарушение окислительных процессов и др.

Условно выделяют следующие механизмы биологического действия электромагнитного поля:

непосредственное влияние на ткани и органы, что приводит к изменению функций центральной нервной системы и связанной с ними нейрогуморальной регуляции;

рефлекторные изменения нейрогуморальной регуляции;

сочетание основных механизмов патогенеза действия электромагнитного излучения с преобладающим нарушением обмена веществ, активности ферментов.

Возможно, все три механизма действенны и удельный вес каждого определяется физическими и биологическими изменениями в организме.

Кроме того, влияние электромагнитных волн вызывает дезадаптацию организма, т. е. нарушает приобретенную ранее стойкость к разным неблагоприятным факторам, а также некоторые приспособительные реакции. Влияние электромагнитного поля характеризуется кумуляцией биологического эффекта. Экспериментально установлена особая чувствительность нервной и сердечно-сосудистой системы к действию электромагнитного поля, а также наличие дистрофических изменений в семенных железах и отставание в развитии у животных.

Клиническая картина влияния радиоизлучения зависит от его спектра, интенсивности и продолжительности и, возможно, от режима излучения.

Наиболее активными в биологическом смысле являются волны СВЧ-диапазона, затем УВЧ-диапазона, наименее активными - ВЧ-диапазона.

В зависимости от интенсивности и продолжительности влияния электромагнитных волн выделяют острые и хронические формы поражения организма.

Острая форма поражения организма

Острая форма патологического влияния электромагнитного излучения имеет три степени поражения: легкую, средней степени тяжести и тяжелую. Острая форма возникает во время аварий или в случае грубого нарушения техники безопасности, т. е. в том случае, если интенсивность излучения во много раз превышает тепловой порог. Клиническая картина характеризуется высокой фебрильной температурной реакцией (39-40 °С), лейкоцитозом, общей слабостью, недомоганием, покраснением лица, потливостью, лабильностью пульса и артериального давления. Иногда возникают гипоталамические кризы симпатоадреналового характера. Также у потерпевших наблюдаются брадикардия с периодическим сердцебиением в виде приступов пароксизмальной тахикардии, головная боль, повышение артериального давления. Возникают повторные носовые кровотечения. Появляются одышка, ощущение жажды, беспокойства и страха, тревоги, боль и ломота в конечностях и мышцах, адинамия, мышечная слабость.

В результате однократного интенсивного влияния электромагнитного излучения может развиться катаракта.

После острого поражения электромагнитным излучением могут возникнуть функциональные нарушения нервной системы в виде вегетососудистой дистонии или астеноневротического синдрома. Эти состояния длятся 2-3 мес.

Хроническая форма поражения организма

Хроническая форма поражения возникает в результате продолжительного влияния электромагнитного излучения, интенсивность которого превышает ПДУ, но находится ниже теплового порога.

Реакция-ответ организма в этом случае заключается как в адаптационной перестройке нервной и сердечно-сосудистой системы, так и в развитии кумулятивного эффекта, сопровождаемого усилением патологических реакций в организме с увеличением стажа работы. Наибольшее внимание привлекает нарушение функций нервной и сердечно-сосудистой системы. У лиц, долго работающих в условиях действия электромагнитного поля, повышается адренокортикотропная активность гипофиза, снижается активность половых желез, развиваются энзимопатия, нейроциркуляторная дистония по гипер- или гипотензивному типу, изменяется иммунобиологическая реакция организма, происходит угнетение эритроцитопоэза, возникают трофические расстройства.

Итак, хроническое влияние электромагнитных волн на организм человека приводит к возникновению:

Астеновегетативного синдрома: головная боль, головокружение, потемнение в глазах, кратковременная потеря сознания, повышенная утомляемость, общая слабость, снижение трудоспособности, адинамия, нарушение сна, неприятные ощущения в области сердца, потливость, одышка, акроцианоз, общий гипергидроз, стойкий ярко-красный дермографизм, дрожание век и пальцев вытянутых рук, оживление сухожильных рефлексов.

Астеноневротического синдрома: чрезмерная раздражительность, эмоциональная лабильность, резкие колебания настроения, неадекватная реакция на внешние раздражители.

Ангиодистонического синдрома: лабильность пульса и артериального давления, сердцебиение, сужение артериол сетчатки.

Энцефалопатии: ослабление памяти, депрессия, психические нарушения, ипохондрические состояния, навязчивые мысли об угрозе смерти.

Диэнцефального синдрома: приступообразная интенсивная головная боль, приступы внутренней дрожи, боль в области сердца, общая слабость, тахикардия, артериальная гипертензия, повышение температуры тела, кратковременные расстройства сознания, беспокойство, чувство страха, бледность кожи.

Миокардиодистрофии: неприятные ощущения, боль в области сердца, смещение границ сердца влево, приглушенность тонов, систолический шум на верхушке, снижение сократительной функции миокарда, нарушение проводимости и ритма сердечных сокращений, амплитуды зубца Т.

Нейроциркуляторной дистонии по гипотоническому, а затем - по гипертоническому типу.

Диспептического синдрома.

Болевого синдрома.

Синдрома функциональной недостаточности клеток печени (повышение уровня билирубина, холестерина, уменьшение содержания протромбина; диспро- теинемия, снижение альбумино-глобулинового коэффициента).

Гипертиреоидизма.

Гематологического синдрома: лейкопения с нейтропенией, лимфоцитоз, моноцитоз, анемия с компенсаторным ретикулоцитозом, тромбоцитопения.

Синдрома дегенеративно-дистрофических изменений в хрусталике, катаракты: помутнение в области заднего полюса, вблизи экватора в виде белых точек, мелкой пыли, отделыудх нитей, по форме напоминающих цепочки, бляшки и пятна.

В зависимости от выраженности изменений, возникших в разных органах и системах, выделяют три стадии заболевания.

Первая (I) стадия характеризуется развитием астенического синдрома, который нередко сочетается с незначительно выраженными ваготоническими симптомами. У больных наблюдается повышение функциональной активности щитовидной железы. Эти изменения имеют функциональный характер и почти не сказываются на трудоспособности больных.

Вторая (II) стадия патологического процесса сопровождается развитием астеновегетативного синдрома со стойкой брадикардией и артериальной гипотензией. Хотя возможно возникновение и вегетососудистой дистонии с лабильностью пульса и артериального давления. В миокарде наблюдаются более глубокие дистрофические изменения; также обнаруживают изменения в периферической крови, умеренные эндокринно-обменные нарушения.

Третья (III) стадия заболевания развивается очень редко. У больных наблюдается гипоталамический синдром, симпатоадреналовые кризы приобретают стойкий характер. Пострадавшие жалуются на приступообразную головную боль, озноб, сдавливающую боль в сердце, выраженную общую слабость, артериальную гипертензию. При большой мощности электромагнитного поля может развиться энцефалопатия с психическими нарушениями, ослаблением памяти, депрессией, ипохондрическим состоянием.

Диагностика

При постановке диагноза профессионального заболевания, вызванного влиянием электромагнитного излучения, нужна детальная санитарно-гигиеническая характеристика с указанием частотного спектра колебаний, интенсивности излучения, продолжительности контакта, стажа работы во вредных условиях производства. С учетом неспецифичности проявлений этого заболевания следует исключить другие общие болезни, которые могут обусловить развитие астении, вызвать нейроциркуляторные нарушения.

Характерными признаками воздействия электромагнитного излучения на организм человека являются астенический или астеновегетативный синдром с ваготоническими нарушениями, которые в дальнейшем сменяются синдромом вегетативно-сенсорной дистонии с преобладанием симпатико-тонических реакций, возникновением эндокринно-обменных нарушений, изменений показателей крови, катаракты. Быстрое обратное течение, особенно в начальных стадиях, под влиянием лечения и в результате нормализации условий труда служит подтверждением этого диагноза.

Лечение

Лечение заболевания, вызванного влиянием электромагнитного излучения, преимущественно симптоматическое и направлено на восстановление нормального соотношения возбудительно-тормозных процессов в коре большого мозга и тонуса отделов вегетативной нервной системы, а также нормализацию кровоснабжения головного мозга.

Астенические состояния являются показанием к назначению:

транквилизаторов (триоксазин по 0,3 г, сибазон по 5 мг 2-3 раза в сутки);

общеукрепляющих препаратов (инъекции 5 мл 5 % раствора аскорбиновой кислоты с 20 мл 40 % раствора глюкозы внутривенно 1 раз в сутки, на курс - 15 инъекций, 1 мл 6 % раствора тиамина бромида, 1 мл 5 % раствора пиридоксина гидрохлорида внутримышечно 1 раз в сутки, на курс - 15-20 инъекций);

тонизирующих препаратов (сапарал по 0,05 г 2-3 раза в сутки, настойка женьшеня по 25 капель 3 раза в сутки).

В случае парасимпатико-тонической направленности вегетативных нарушений применяются холинолитические препараты (эрготамина гидротартрат - беллоид, беллатаминал по 1 таблетке 2-3 раза в сутки), антигистаминные средства (димедрол по 0,05 г, супрастин по 0,025 г).

При наличии гиперкинетического синдрома (тахикардия, сердцебиение, тенденция к повышению артериального давления) назначают малые дозы адреноблокаторов: анаприлин по 0,02 г 2-3 раза в день; препараты, расширяющие сосуды и имеющие антигипертензивное действие (раунатин по 2 мг, циннаризин по 25 мг, кавинтон по 5 мг 3 раза в сутки, но-шпа или папаверина гидрохлорид по 2 мл 2 % раствора внутримышечно 1 раз в сутки на протяжении 10-15 дней).

Кроме того, назначают лечебную гимнастику, рефлексо- и психотерапию, диету с небольшой энергетической ценностью, но с высоким содержанием белков, радоновые и хвойные ванны.

Экспертиза трудоспособности

В начальной стадии заболевания трудоспособность больных не нарушена. После активного лечения таких лиц следует перевести на работу, не связанную с действием электромагнитного излучения, сроком на 1 мес. В случае благоприятного течения заболевания они могут выполнять обычную для себя работу.

Лица, перенесшие заболевание в умеренно выраженной стадии, нуждаются в лечении в условиях специализированного стационара, после чего для закрепления результатов лечения и динамического наблюдения их следует перевести на работу, не связанную с действием электромагнитного излучения, сроком на 1-2 мес. Возвращение к обычной трудовой деятельности возможно лишь при условии полного восстановления функций организма.

Если не наблюдается явного лечебного эффекта, а также в случае тяжелой стадии поражения больные нуждаются в рациональном трудоустройстве вне действия электромагнитных колебаний. Резкое снижение квалификации является основанием для направления таких работников на МСЭК и определения степени потери трудоспособности на период обретения другой профессии (1 год). При наличии катаракты дальнейшая работа, связанная с электромагнитным излучением, запрещена.

Профилактика

Для защиты от влияния энергии электромагнитного поля рекомендуются следующие методы и мероприятия: организационные, технологические, санитарно-технические, индивидуальные, лечебно-профилактические.

К основным организационным мероприятиям, позволяющим улучшить состояние окружающей среды в местах размещения источников электромагнитного излучения, относятся уменьшение продолжительности их действия и увеличение расстояния от них до работника.

Технологические мероприятия предусматривают обеспечение механизации и автоматизации производственных процессов, применение манипуляторов и дистанционного управления.

Санитарно-технические мероприятия включают экранирование всех источников электромагнитного излучения.

К средствам индивидуальной защиты относятся радиозащитная одежда, очки.

Лечебно-профилактические мероприятия состоят в проведении предварительных и периодических медицинских осмотров, во время которых важным является исследование систем организма, подвергающихся наибольшему поражению в результате воздействия электромагнитного излучения.

Профессиональные болезни, обусловленные воздействием лазерного излучения

Научно-технический прогресс ознаменовался внедрением во многих отраслях хозяйства оптических квантовых генераторов - лазеров. Диапазон применения лазеров довольно широк, а темпы внедрения чрезвычайно высоки. Термин “лазер” образован из начальных букв пяти слов словосочетания “Light amplification by stimulated emission of radiation”, что в переводе с английского означает “усиление света посредством его вынужденного излучения”.

Этиология

Излучение оптических квантовых генераторов (лазеров) является сравнительно новым фактором производственной среды. Лазеры - это качественно иные источники мощного направленного электромагнитного излучения. В результате концентрации большой энергии излучения в относительно небольшом объеме лазеры дают возможность осуществлять плавку, сварку и резку твердых металлов, образовывать высокотемпературную плазму, проводить термоядерные и инициировать химические реакции. На сегодня лазерное излучение применяется при геодезических работах, в системах передачи информации и наведения, в разных научных исследованиях по медицине, при решении сложных медико-биологических проблем, выполнении хирургических операций в онкологии, офтальмологии, дерматологии и др.

Основными физическими величинами лазерного излучения (и его единицами) являются:

длина волны (мкм);

мощность излучения (Вт);

плотность потока излучения (Вт*м2);

энергия излучения (Дж);

плотность потока энергии (Дж*м2).

Лазерное излучение даже небольшой интенсивности за счет своих свойств, влияя на зрительный анализатор, способно совершать выраженное неблагоприятное влияние, прежде всего, на центральную нервную систему и подкорковые образования, вследствие чего происходит нарушение подвижности основных нервных процессов - возбуждения и торможения. Таким образом, реализуется рефлекторный механизм общих реакций организма, обусловленный влиянием лазерного излучения на зрительный анализатор.

Клиническая картина

Острые поражения в результате лазерного излучения характеризуются поражением кожи (эритема, ожог, глубокий некроз), ожогами сетчатки глаза (развиваются скотомы, хориоретинальные рубцы), кровоизлияниями в сетчатку, коагуляцией белков роговицы. Действие лазерного излучения на здоровую сетчатку и другие структуры глаза зависит от пигментации глазного дна и диапазона излучения. При этом видимый диапазон излучения действует преимущественно на фотосенсорный слой сетчатки, вызывая временную потерю зрения, а в случае ожога - потерю зрения в данной области зрительного пространства.

Лазерное лечение

В ультрафиолетовом диапазоне (240-450 нм) лазерного излучения энергию поглощают все белковые структуры глаза, в том числе роговица и хрусталик. В результате ожога поражению в первую очередь подвергается слизистая оболочка глаза. При высоком уровне энергии излучения коагуляция белков роговицы приводит к необратимой и полной потере зрения. В инфракрасном диапазоне (ближний и средний участки - 820-1500 нм) лазерного излучения энергию поглощают радужка, хрусталик и стекловидное тело. Радужка быстро нагревается, и происходит коагуляция белков хрусталика. Субъективно нагревание радужки обусловливает ощущение раздражения и мигательный рефлекс. При высоком уровне энергии излучения в результате температурного помутнения хрусталика наступает необратимая потеря зрения. Поражение глаз при лазерном излучении этого диапазона наступает обычно после его продолжительного действия. Диапазон ближнего участка инфракрасного спектра (1000-1600 нм) является наименее опасным для глаз, так как временные поверхностные поражения возникают даже при высоком уровне энергии излучения.

Лица, долго работающие с лазерами, жалуются на утомление глаз в конце рабочего дня, тупую или режущую боль в глазных яблоках, непереносимость яркого света, слезотечение или сухость. Острота зрения, как правило, не изменяется, но может наступить повышение порога цветораспознавания, увеличение продолжительности адаптации в темноте, иногда - сужение полей зрения.

Поражение кожи при влиянии прямого или диффузно отраженного лазерного излучения может иметь самый разнообразный характер - от эритемы до ожога. В легких случаях обнаруживают функциональные изменения активности внутрикожных ферментов, а также электропроводности кожи.

Хронические поражения характеризуются развитием:

астенического синдрома (общая слабость, утомляемость в конце рабочего дня);

астеновегетативного синдрома (гипергидроз, акроцианоз, стойкий красный дермографизм, усиление пиломоторного рефлекса, головная боль, нарушение сна, сердцебиение, “замирание” сердца);

астеноневротического синдрома (раздражительность, вспыльчивость, плаксивость, невнимательность);

ангиодистонического синдрома (лабильность, асимметрия пульса и артериального давления, нарушение ритма сердечных сокращений (чаще всего по типу синусовой брадикардии), снижение тонуса сосудов, неадекватная реакция сердечно-сосудистой системы при проведении функциональных проб);

миокардиодистрофии (уплощенный, двухфазный или отрицательный зубец Т, уменьшение интервала P-Q, снижение и деформация желудочкового комплекса QRS)",

болевого синдрома (кардиалгия);

нейроциркуляторной дистонии по гипотоническому типу (нейроциркуляторного криза с сильной головной болью, головокружением, кратковременными расстройствами сознания, болью в области сердца, сердцебиением, похолоданием конечностей, потливостью);

астенопии (резкое утомление глаз во время работы, туман перед глазами, снижение четкости зрения, тупая или режущая боль и ощущение давления в глазных яблоках, непереносимость яркого света, слезотечение или сухость глаза);

синдрома дегенеративно-дистрофических изменений (точечные помутнения стекловидного тела и хрусталика глаза, лучевая катаракта);

коагулопатии (умеренная тромбоцитопения, снижение уровня протромбина);

лейкемоидного синдрома (лейкоцитоз, моноцитоз и лимфоцитопения).

Лазерное излучение при продолжительном воздействии вызывает нарушение функции нервной и сердечно-сосудистой системы, изменение гематологических, иммунологических показателей, активности некоторых ферментов и медиаторов. В большинстве случаев они объединяются в астенические и астеновегетативные синдромы, сопровождаемые компенсаторно-приспособительными реакциями. Клиническая симптоматика в данном случае не имеет специфического характера и является результатом действия комплекса неблагоприятных производственных факторов, возникающих при нарушении эксплуатации лазеров.

Диагностика профессиональных заболеваний, обусловленных влиянием лазерного излучения, основывается на результатах субъективного и объективного обследования и данных санитарно-гигиенической характеристики условий работы.

Данное заболевание может быть заподозрено при наличии очевидной связи с началом работы с лазерным оборудованием, а также при отсутствии других этиологических причин (вегетососудистой дистонии, астеновегетативного синдрома, поражения органа зрения, кожи). Детальное обследование в условиях стационара, наблюдение в процессе лечения могут подтвердить или исключить профессиональное происхождение нейродинамических и сосудистых расстройств.

Лечение

При повреждении глаз или кожи характер медицинской помощи определяется видом поражения, которое зависит от длины волны излучения. В случае воздействия ультрафиолетового излучения назначаются холодные примочки на веки. В конъюнктивальный мешок закапывают 0,25 % раствор дикаина или 2,5 % раствор новокаина. При ожоге радужки, вызванном излучением видимого или близкого инфракрасного участка спектра, в конъюнктивальный мешок закапывают 0,1 % раствор атропина сульфата, на пораженный глаз накладывают асептическую повязку, потерпевшего срочно направляют к офтальмологу.

В случае хронического влияния назначается комплексное лечение, направленное на восстановление нарушенных функций организма. В его состав входят:

адаптогены - настои пустырника, женьшеня, китайского лимонника, элеутерококка;

общеукрепляющие средства - раствор глюкозы с аскорбиновой кислотой, витамином В, внутривенно;

аминазин, мепротан, триоксазин, элениум, диазепам (седуксен) в небольших дозах при невротических состояниях с признаками нарушения гипоталамических отделов головного мозга;

кальция глюконат, глутаминовая кислота, беллатаминал (белласпон) - при выраженных симптомах нейроциркуляторной дистонии;

физиотерапевтические процедуры (гальванический воротник, массаж, общие ванны, душ);

высококалорийная диета с достаточным содержанием витаминов;

рациональный режим труда и отдыха.

Экспертиза трудоспособности

Решение экспертных вопросов зависит от степени поражения того или иного органа. Если повреждена роговица, больных нужно временно отстранить от работы на период лечения (1-2 недели). Пациенты с поражением хрусталика и сетчатки нуждаются в более длительном лечении (до 1 мес.) с дальнейшим переводом (сроком до 2 мес.) на работу, не связанную с влиянием лазерного излучения. Если наблюдается прогрессирование заболевания, работника отстраняют от работы с лазерами и на период переквалификации устанавливают III группу инвалидности.

Профилактика

Во время работы с лазерами уровни вредных производственных факторов не должны превышать установленных государственными стандартами и действующей нормативно-технической документацией.

Лазеры должны быть размещены в отдельных помещениях (лазеры III- IV классов) или иметь экраны и ограждения (лазеры II-III классов). Лазерная установка должна быть оснащена экранирующими щитами, ширмами, шторами. Для защиты работников от поражения электрическим током используются дистанционное управление, блокировка; для защиты рук - хлопчатобумажные перчатки, глаз - защитные очки.

Организационные мероприятия включают внедрение рациональной организации работы с проведением регламентированных физкультурных пауз и плановой санитарно-образовательной работы среди работников лазерных лабораторий по вопросам профилактики возможной патологии.

Санитарно-технические профилактические мероприятия:

Эксплуатация лазеров в помещениях площадью не менее 20 м2.

Экранирование установок (щиты, ширмы, шторы), установление ограждения.

Окрашивание стен, приборов, оборудования темной матовой краской, которая имеет минимальный коэффициент отражения.

Предотвращение превышения уровня вредных производственных факторов, установленных государственными стандартами и действующей нормативно-технической документацией.

Соблюдение правил техники безопасности при работе с лазерными установками.

Защита работников (дистанционное управление, блокировка; хлопчатобумажные перчатки, защитные очки).

Предварительный и периодический инструктаж персонала.

Проведение постоянных исследований в области лазерной дозиметрии и обеспечение постоянного контроля уровней отраженного и рассеянного лазерного излучения.

Медико-профилактические мероприятия:

Обязательное проведение предварительных и периодических медицинских осмотров работников, допущенных к работе с лазерами.

Обязательное проведение витаминизации (ретинол, аскорбиновая кислота, витамины группы В) в весенне-зимние месяцы с целью профилактики возникновения профессиональной патологии.

Профессиональные болезни, обусловленные воздействием ультразвука

Ультразвук - это механические колебания упругой среды, которые отличаются от обычного звука более высокой частотой колебаний (свыше 20 кГц) и не воспринимаются ухом человека.

Этиология

Ультразвук эффективен для изготовления эмульсий из жидкостей, которые не смешиваются, ускоряет электролитические процессы в гальванотехнике. Ультразвук широко применяется в медицине, в частности в следующих направлениях:

сварка органов в местах повреждения в эксперименте;

изготовление фармацевтических препаратов (ускорение процессов созревания, растворения компонентов);

диагностическая и лечебная ультразвуковая аппаратура;

“скальпель” для вскрытия ткани на границе контакта клеточных оболочек благодаря высокочастотной энергии;

разработка устройств по ориентации для людей с нарушениями органа зрения и т. п.

Ультразвук применяется в разных отраслях народного хозяйства: металлургии, машино- и приборостроении, радиотехнической, химической и легкой промышленности, медицине и т. п. Распространенное применение ультразвука обусловливает увеличение количества работников, находящихся под его влиянием. Основными профессиональными группами, на которые влияет ультразвук в условиях производства, являются: дефектоскописты, монтажники, операторы очистительных установок, сварщики, паяльщики, врачи и медицинские сестры, обслуживающие терапевтическую и диагностическую ультразвуковую аппаратуру, установки для хирургического вмешательства и стерилизации инструментов.

Кстати, наиболее опасно для организма человека контактное влияние ультразвука, реализующееся при удержании инструмента в процессе обработки деталей в производственных условиях и при работе с ультразвуковой диагностической аппаратурой.

Патогенез

В зависимости от интенсивности ультразвуковых волн и влияния его на живые ткани различают три вида ультразвука:

Ультразвук малой интенсивности (до 1,5 Вт/см2), рассматриваемый в качестве физического катализатора. Он служит причиной некоторых изменений физико-химических реакций организма, ускорения обменных процессов, незначительного нагревания тканей, микромассажа и не приводит к морфологическим нарушениям внутри клеток.

Ультразвук средней интенсивности (до 1,5-3,0 Вт/см2), обусловливающий реакцию угнетения в нервной ткани. Скорость восстановления функций зависит от интенсивности и продолжительности влияния ультразвука.

Ультразвук большой интенсивности может послужить причиной необратимого изменения ткани, вплоть до полного ее разрушения.

Биологическое действие ультразвука заключается в нарушении:

функционального состояния рецепторного аппарата и периферических вегетативных образований (раздражение температурных, тактильных, болевых виброрецепторов);

перехода энергии механических колебаний в тепловую с расширением сосудов, что в дальнейшем сменяется их спазмом.

Это сопровождается усилением поглощения клетками кислорода и снижением концентрации углекислого газа, накоплением азотистых шлаков, оказывающих выраженное токсическое действие на центральную и периферическую нервную систему, вызывающих повреждение клеточных мембран.

Таким образом, ультразвуковые колебания обусловливают механический, термический и физико-химический эффект. Механизм действия ультразвука (сжатие-разрежение) обеспечивает механический эффект, в то время как переход механической энергии в тепловую, усиливающийся на границе распределения (например, твердое тело-жидкость) - термический. Особым свойством ультразвука является образование кавитации (микроскопических пузырьков), что обеспечивает его физико-химический эффект: развитие фото- и электрохимических процессов в кавитационных полостях.

Следует отметить, что длительное или периодическое, но в целом хроническое влияние на организм работников контактного ультразвука может привести сначала к функциональным, а со временем - и к органическим нарушениям центральной и периферической нервной системы, сердечно-сосудистой системы, опорно-двигательного аппарата.

Доказано, что в низких дозах ультразвук малой интенсивности дает положительный общебиологический эффект на организм, благодаря чему он применяется в терапевтической практике. Ультразвуковая энергия малой интенсивности обусловливает перестройку “внутренней” среды организма, повышает проницаемость кожи, гематоэнцефалического барьера, изменяет структуру клеточных мембран, стимулирует процессы кровоснабжения, гидролиза, гликолиза.

Клиническая картина

При систематическом влиянии ультразвука, интенсивность которого и время контакта с которым превышают ПДУ, могут возникать функциональные изменения со стороны центральной нервной, сердечнососудистой и эндокринной системы, слухового и вестибулярного анализаторов в виде астенического, астеновегетативного, астеноневротического, гипоталамического, ангиодистонического синдромов, полиневропатии, энцефалопатии, нейроциркуляторная дистония, миокардиодистрофии, синдромы дегенеративно-дистрофических изменений.

Лица, длительное время обслуживающие ультразвуковое оборудование, жалуются на головную боль, головокружение, общую слабость, быструю утомляемость, нарушение сна, раздражительность, ухудшение памяти, повышенную чувствительность к звукам, непереносимость яркого света, нередко на диспепсические расстройства.

До конца рабочего дня у таких работников возникают брадикардия и артериальная гипертензия, на ЭКГ обнаруживают брадисистолию, нарушение внутрисердечной и внутрижелудочковой проводимости. В крови - моноцитоз, эозинофилия, позже переходящая в эозинопению. Нередко наблюдаются снижение концентрации глюкозы в крови, гиперпротеинемия. Все эти проявления имеют неустойчивый характер.

В тех случаях, когда ультразвук передается не только через воздух (это касается низкочастотного ультразвука), но и контактным путем (высокочастотный ультразвук), указанная симптоматика более выражена.

При клиническом обследовании обнаруживают астеновегетативный синдром, иногда наблюдаются диэнцефальные нарушения: снижение массы тела, субфебрильная температура тела, пароксизмальные приступы по типу висцеральных кризов, повышение механической возбудимости мышц, зуд.

При длительной работе с ультразвуковыми дефектоскопами у операторов могут развиться вегетососудистые нарушения в виде ангиодистонического синдрома, вегетативного полиневрита, вегетомиофасцита рук и вегетососудистой дисфункции.

Общемозговые нарушения обычно сочетаются с симптомами вегетативного полиневрита рук разной степени выраженности, что проявляется акроцианозом, отечностью, гипергидрозом, снижением всех видов чувствительности по типу коротких или длинных перчаток.

Лечение

При наличии в клинической картине астенического синдрома больным показано назначение транквилизаторов: мепробамата по 0,2 г 1-2 раза в сутки, триоксазина по 0,3 г 2 раза в сутки. Наряду с этим рекомендуется применение аскорбиновой кислоты по 0,05 г 3 раза в сутки. Из общеукрепляющих процедур - теплый душ, хвойные ванны, прогулки перед сном.

Лицам с более выраженной симптоматикой - постоянными жалобами астенического характера, признаками нейроциркуляторной дистонии - наряду с транквилизаторами (3 раза в сутки) необходимо назначать витамины группы В (тиамин по 1 мл 6 % раствора внутримышечно, рибофлавин по 0,005-0,01 г 2-3 раза в сутки на протяжении 15 дней, кокарбоксилазу по 0,05 г одноразово внутримышечно 20-25 дней подряд).

Вегетативный полиневрит с чувствительными и трофическими нарушениями нуждается в более длительном лечении. Таким больным показаны массаж, озокеритовые аппликации, радоновые ванны в комплексе с внутривенным введением 10 мл 0,5 % раствора новокаина, всего - 15-20 инъекций. Хороший результат дает санаторно-курортное лечение.

Экспертиза трудоспособности

При наличии ранних, резко выраженных проявлений астенизации и вегетососудистых нарушений больным разрешается дальнейшая работа по специальности при условии постоянного наблюдения и амбулаторного лечения. Таким больным рекомендуется лечение в условиях санатория-профилактория. В отдельных случаях показана временная (на 1-2 мес.) трудовая деятельность, не связанная с влиянием ультразвука.

Лазерное излучение – это узконаправленные вынужденные потоки энергии. Оно бывает непрерывным, одной мощности или импульсным, где мощность периодически достигает определенного пика. Энергия образуется с помощью квантового генератора – лазера. Поток энергии представляет собой электромагнитные волны, которые распространяются параллельно относительно друг друга. Это создает минимальный угол рассеивания света и определенную точную направленность.

Сфера применения лазерного излучения

Свойства лазерного излучения позволяет применять его в различных сферах жизнедеятельности человека:

• наука – исследования, опыты, эксперименты, открытия;
• военно-оборонная промышленность и космическая навигация;
• производственная и техническая сфера;
• локальная термическая обработка – сварка, резка, гравировка, паяние;
• бытовое применение – лазерные датчики для считывания штрихкода, устройства для считывания компактных дисков, указки;
• лазерное напыление для повышения износостойкости металла;
• создание голограмм;
• усовершенствование оптических устройств;
• химическая промышленность – запуск и анализ реакций.

Применение лазера в медицине

Лазерное излучение в медицине – это прорыв в лечении пациентов, требующих оперативного вмешательства. Лазер применяют для производства хирургического инструментария.

Неоспоримые преимущества хирургического лечения лазерным скальпелем очевидны. Он позволяет сделать бескровный разрез мягких тканей. Это обеспечивается мгновенной спайкой мелких сосудов и капилляров. Во время использования такого инструмента хирург полностью видит все операционное поле. Лазерный поток энергии рассекает на определенном расстоянии, не контактируя с внутренними органами и сосудами.

Важным приоритетом является обеспечение абсолютной стерильности. Строгая направленность лучей позволяет делать операции с минимальной травматизацией. Реабилитационный период пациентов значительно сокращается. Быстрее возвращается трудоспособность человека. Отличительной особенностью применения лазерного скальпеля является безболезненность в послеоперационный период.

Развитие лазерных технологий позволило расширить возможности его применения. Были обнаружены свойства лазерного излучения положительно влиять на состояние кожи. Поэтому его активно применяют в косметологии и дерматологии.

В зависимости от своего типа, кожа человека по-разному поглощает лучи и реагирует на них. Аппараты лазерного излучения могут создать нужную длину волны в каждом конкретном случае.

Применение:

• эпиляция – разрушение волосяной луковицы и удаления волос;
• лечение угревой сыпи;
• удаление пигментных и родимых пятен;
• шлифовка кожи;
• применение при бактериальном поражении эпидермиса (обеззараживает, убивает патогенную микрофлору), излучение лазера предупреждает распространение инфекции.

Офтальмология – это первая отрасль, которая применила лазерное излучение. Направления в применении лазеров в микрохирургии глаза:

• лазеркоагуляция – использование термических свойств для лечения сосудистых заболеваний глаза (поражение сосудов роговицы, сетчатки);
• фотодеструкция – рассечение тканей на пике мощности лазера (вторичная катаракта и ее рассечение);
• фотоиспарение – длительное воздействие тепла, применяют при воспалительных процессах глазного нерва, при конъюнктивите;
• фотоабляция – постепенное удаление тканей, используют для лечения дистрофических изменений роговицы, устраняет ее помутнение, операционное лечение глаукомы;
• лазерстимуляция – оказывает противовоспалительное, рассасывающее действие, улучшает трофику глаза, применяется для лечения склеритов, экссудации в камере глаза, гемофтальмов.

Лазерное облучение используется при онкологических заболеваниях кожи. Наиболее эффективен лазер для удаления меланобластомы. Иногда метод применяют для лечения рака пищевода или прямой кишки 1-2 стадии. При глубоком расположении опухоли и метастазах лазер не эффективен.

Истории наших читателей

Владимир
61 год

Какую опасность представляет лазер для человека

Влияние лазерного излучения на организм человека может быть негативным. Облучение может быть прямым, рассеянным и отраженным. Негативное воздействие обеспечивается световыми и тепловыми свойствами лучей. Степень поражения зависит от нескольких факторов – длина электромагнитной волны, место локализации воздействия, поглотительная способность тканей.

Наиболее подвержены влиянию лазерной энергии глаза. Сетчатка глаза очень чувствительна, поэтому часто случаются ее ожоги. Последствия – частичная потеря зрения, необратимая слепота. Источник лазерного излучения – инфракрасные приборы-излучатели видимого света.

Симптомы поражения радужки, сетчатки, роговицы, хрусталика лазером:

• болезненные ощущения и спазмы в глазу;
• отек век;
• кровоизлияния;
• помутнение хрусталика.

При облучении средней интенсивности возникают термические ожоги кожи. В месте контакта лазера и кожи резко повышается температура. Происходит вскипание и испарение внутриклеточной и межтканевой жидкости. Кожа становится красной. Под давлением происходит разрыв тканевых структур. На коже появляется отек, в некоторых случаях внутрикожные кровоизлияния. Впоследствии на месте ожога появляются некротические (омертвевшие) участки. В тяжелых случаях обугливание кожи происходит моментально.

Отличительный признак лазерного ожога – четкие границы поражения кожи, а пузыри образуются в эпидермисе, а не под ним.

При рассеянном поражении кожи в месте поражения она становится нечувствительной, а эритема появляется через несколько дней.

Лазерное излучение инфракрасного спектра может проникать глубоко через ткани и поражать внутренние органы. Характерность глубокого ожога – чередование здоровой и поврежденной ткани. Первоначально при воздействии лучей человек не испытывает боли. Наиболее уязвимый орган – печень.

Воздействие излучения на организм в целом вызывает функциональные расстройства центральной нервной системы, сердечно-сосудистой деятельности.

Признаки:

• перепады артериального давления;
• повышенная потливость;
• необъяснимая общая утомляемость;
• раздражительность.

Меры предосторожности и защиты от лазерного излучения

Наиболее риску облучения подвержены люди, деятельность которых связана с применением квантовых генераторов.

В соответствии с санитарными нормами лазерное излучение разделяется на четыре класса опасности. Для организма человека опасность представляет второй, третий, четвертый классы.

Технические методы защиты от лазерного излучения:

1. Правильная планировка промышленных помещений, внутренняя отделка должна соответствовать правилам техники безопасности (лазерные лучи не должны зеркально отражаться).
2. Соответствующее размещение излучающих установок.
3. Ограждение зоны возможного облучения.
4. Порядок и соблюдение правил обслуживания и эксплуатации оборудования.

Еще одна защита от лазера – индивидуальная. Она включает такие средства: очки от лазерного излучения, защитные кожухи и экраны, комплект спецодежды (технологические халаты и перчатки), линзы и призмы, отражающие лучи. Все сотрудники регулярно должны проходить профилактические медицинские осмотры.

Использование лазера в быту тоже бывает опасным для здоровья. Неправильная эксплуатация световых указок, лазерных фонариков может нанести непоправимый вред человеку. Защита от лазерного излучения предусматривает простые правила:

1. Нельзя направлять источник излучения на стекла и зеркала.
2. Категорически запрещено направлять лазер в глаза себе или другому человеку.
3. Хранить гаджеты с лазерным излучением необходимо в недоступном для детей месте.

Действие лазера, в зависимости от модификации излучателя, бывает тепловым, энергетическим, фотохимическим и механическим. Наибольшую опасность представляет лазер с прямым излучением, с большой интенсивностью, узкой и ограниченной направленностью луча, высокой плотностью излучения. К опасным факторам, которые способствуют получению облучения, относится высокое производственное напряжение в сети, загрязнение воздуха химическими веществами, интенсивный шум, рентгеновское излучение. Биологические эффекты от лазерного излучения делятся на первичные (местный ожог), и вторичные (неспецифические изменения как ответная реакция всего организма). Следует помнить, что бездумное применение самодельных лазеров, световых указок, светильников, лазерных фонариков может нанести окружающим непоправимый вред.

ЛАЗЕРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ – это вынужденное (посредством лазера) испускание атомами вещества порций-квантов электромагнитного излучения. Слово «лазер» – аббревиатура, образованная из начальных букв английской фразы Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (усиление света с помощью индуцированного излучения). Следовательно, (оптический квантовый генератор) – это генератор электромагнитного излучения оптического диапазона, основанный на использовании вынужденного (стимулированного) излучения. Лазерная установка включает активную (лазерную) среду с оптическим резонатором, источник энергии ее возбуждения и, как правило, систему охлаждения. За счет монохроматичности лазерного луча и его малой расходимости (высокой степени коллиминированности) создаются исключительно высокие энергетические экспозиции, позволяющие получить локальный термоэффект. Это является основанием для использования лазерных установок при обработке материалов (резание, сверление, поверхностная закалка и др.), в хирургии и т. д.

Л. и. способно распространяться на значительные расстояния и отражаться от границы раздела двух сред, что позволяет применять это свойство для целей локации, навигации, связи и т. д. Путем подбора тех или иных веществ в качестве активной среды может индуцировать практически на всех длинах волн, начиная с ультрафиолетовых и кончая длинноволновыми инфракрасными. Наибольшее распространение в промышленности получили лазеры, генерирующие электромагнитные излучения с длиной волны 0,33; 0,49; 0,63; 0,69; 1,06; 10,6 мкм.

Основные физические величины, характеризующие Л. и.:

длина волны, мкм;

применение средств защиты;

ограничение времени воздействия излучения;

назначение и лиц, ответственных за организацию и проведение работ;

ограничение допуска к проведению работ;

Надзора за режимом работ;

четкая противоаварийных работ и регламентация порядка ведения работ в аварийных условиях;

Персонала.

Санитарно-гигиенические и лечебно-профилактические методы:

контроль за уровнями вредных и опасных факторов на рабочих местах;

контроль за прохождением персоналом предварительных и периодических медицинских осмотров.

От Л. и. должны обеспечивать предотвращение воздействия излучения или снижение его величины до уровня, не превышающего допустимого. К СКЗ от Л. и. относятся: ограждения, защитные экраны, блокировки и автоматические затворы, кожухи и др. СИЗ от Л. и. включают: , щитки, маски и др. СКЗ должны предусматриваться на стадии проектирования и монтажа лазеров, при организации рабочих мест, при выборе эксплуатационных параметров. Выбор средств защиты должен производиться в зависимости от класса лазера, интенсивности излучения в рабочей зоне, характера выполняемой работы. Показатели защитных свойств средств защиты не должны снижаться под воздействием др. вредных и опасных факторов (вибрации, температуры и т. д.). Конструкция средств защиты должна обеспечивать возможность смены основных элементов (светофильтров, экранов, смотровых стекол и пр.). СИЗ глаз и лица ( и щитки), снижающие интенсивность Л. и. до ПДУ, должны применяться только в тех случаях (пусконаладочные, ремонтные и экспериментальные работы), когда СКЗ не обеспечивают персонала.

Лазерное излучение и защита от него на производстве

Лазерное излучение — это электромагнитные излучения с длиной волны 0,2...1000 мкм: от 0,2 до 0,4 мкм — ультрафиолетовая область; свыше 0,4 до 0,75 мкм — видимая область; свыше 0,75 до 1 мкм — ближняя инфракрасная область; свыше 1,4 мкм — дальняя инфракрасная область.

Источниками лазерного излучения являются оптические квантовые генераторы — лазеры, которые нашли широкое применение в науке, технике, технологии (связи, локации, измерительной технике, голографии, разделении изотопов, термоядерном синтезе, сварке, резке металлов и т.п.).

Лазерное излучение характеризуется исключительно высоким уровнем концентрации энергии: плотность энергии — 1010...1012 Дж/см3; плотность мощности — 1020..1022 Вт/см3. По виду излучения оно разделяется на прямое (заключенное в ограниченном телесном угле); рассеянное (рассеянное от вещества, находящегося в составе среды, сквозь которую проходит лазерный луч); зеркально отраженное (отраженное от поверхности под углом, равным углу падения луча); на диффузно отраженное (отражается от поверхности по всевозможным направлениям).

В процессе эксплуатации лазерных установок обслуживающий персонал может подвергнуться воздействию большой группы физических и химических факторов опасного и вредного воздействия. Наиболее характерными при обслуживании лазерной установки являются следующие факторы: а) лазерное излучение (прямое, рассеянное или отраженное); б) ультрафиолетовое излучение, источником которого являются импульсивные лампы накачки или кварцевые газоразрядные трубки; в) яркость света, излучаемого импульсивными лампами или материалом мишени под воздействием лазерного излучения; г) электромагнитные излучения диапазона ВЧ и СВЧ; д) инфракрасное излучение; ж) температура поверхностей оборудования; з) электрический ток цепей управления и источника питания; и) шум и вибрации; к) разрушение систем накачки лазера в результате взрыва; л) запыленность и загазованность воздуха, происходящие в результате воздействия лазерного излучения на мишень и радиолиза воздуха (выделяются озон, окислы азота и другие газы).

Одновременность воздействия этих факторов и степень их проявления зависят от конструкции, характеристики установки и особенностей выполняемых с ее помощью технологических операций. В зависимости от потенциальной опасности обслуживания лазерных установок они подразделены на четыре класса. Чем выше класс установки, тем выше опасность воздействия излучения на персонал и тем большее число факторов опасного и вредного воздействия проявляется одновременно.

Если для 1-го класса опасности лазерной установки обычно характерна лишь опасность воздействия электрического поля, то для 2-го класса характерна еще и опасность прямого и зеркального отраженного излучения; для 3-го класса — еще и опасность диффузного отражения, ультрафиолетового и инфракрасного излучения, яркости света, высокой температуры, шума, вибраций, запыленности и загазованности воздуха рабочей зоны.

Лазерная установка 4-го класса опасности характеризуется полным наличием потенциальных опасностей, перечисленных выше.

В качестве основных критериев для нормирования лазерных излучений избрана степень изменения, происходящего под их влиянием в органах зрения и кожи человека. Безопасность при работе с лазерами оценивается вероятностью достижения того или иного патологического эффекта, определяемой:

Рбез = 1 - Рпат (3.47)

где Рбез — вероятность безопасности работы с лазером в конкретных условиях; РПат — фактический патологический эффект, измеренный при воздействии лазерного излучения.

В настоящее время доказано, что при воздействии лазерного излучения (особенно при разовом) существует однозначная связь между количественным показателем интенсивности воздействия поля и производимым им эффектом.

В целях обеспечения безопасных условий труда персонала установлены предельно допустимые уровни (ПДУ) лазерного излучения, которые при ежедневном воздействии на человека не вызывают в процессе работы или в отдаленные сроки отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами медицинских исследований.

1 — лазер, 2 — бленда, 3 — линза, 4 — диафрагма, 5 — мишень

Биологические эффекты воздействия лазерного излучения зависят не только от энергетической экспозиции, поэтому ПДУ лазерного излучения установлены с учетом длины волны излучения, длительности импульсов, частоты их повторения, времени воздействия и площади облучаемых участков, а также от биологических и физико-химических особенностей облучаемых тканей и органов.

Контроль уровней опасных и вредных факторов при эксплуатации лазеров проводится периодически (не реже одного раза в год), при приеме новых установок, при изменении конструкции лазерной установки или средств защиты, при организации новых рабочих мест.

В зависимости от класса лазерной установки используются различные защитные средства, включающие порядок эксплуатации установки, определенные «Санитарными нормами и правилами устройства и эксплуатации лазеров».

Комплекс мер, обеспечивающих безопасность работы с лазером, включает технические, санитарно-гигиенические и организационные мероприятия и направлен на предотвращение облучения персонала уровнями, превышающими ПДУ.

Достигается это обеспечением лазеров приспособлениями, исключающими воздействие прямого и отраженного излучения (экраны); использованием средств дистанционного управления, сигнализации и автоматического отключения; созданием специальных помещений для работ с лазером, их правильной компоновкой с обеспечением необходимого свободного пространства, систем контроля уровней облучения; оборудованием рабочих мест местной вытяжной вентиляцией.

В качестве экранирующих устройств от прямого и отраженного излучения на пути луча устанавливают бленды, а возле облучаемого объекта — диафрагмы.

К обслуживанию лазеров допускаются лица не моложе 18 лет, не имеющие медицинских противопоказаний, прошедшие инструктаж и обученные безопасным методам работы (имеют соответствующую квалификационную группу по технике безопасности).

В процессе эксплуатации установок на администрацию возложены обязанности контроля за безопасным ведением работ, а также предотвращение использования запрещенных приемов работ.

К средствам индивидуальной защиты от лазерного излучения, используемым только в комплексе со средствами коллективной защиты, относятся защитные очки и маски со светофильтрами.

Их выбор в каждом конкретном случае осуществляется с учетом длины волны генерируемого излучения.

Чтобы было понятно, что там внутри и зачем оно вообще там нужно, хотелось бы начать с краткого описания того как лазеры работают вообще. Итак:

Теория (скучная)

Лазер это гениально простое для понимания принципа его функционирования устройство. В то же время, для того, чтобы лазер заработал, нужно учесть кучу нюансов, что открывает огромный простор для творчества инженеров. Это как с атомной бомбой: вот есть два куска урана по половине критической массы, складываем их – ан нет, не взрывается что-то, только на сапоги стекает.

Все мы знаем, что если атому или молекуле вещества сообщить некоторую энергию, то через какое-то время этот атом/молекула от нее избавится – возможно даже, испустив квант излучения (если не столкнется с каким-нибудь другим атомом раньше). Это спонтанное излучение, и так работает лампочка: спираль нагревается электрическим током, тепловая энергия атомов (и вольфрама и всех примесей) переходит в энергию излучения. При этом спектр такого излучения примерно соответствует спектру абсолютно черного тела и представляет собой кучу разных длин волн с характерным пиком интенсивности для данной температуры.

В то же время, если по возбужденному атому ударить фотоном определенной частоты, не дожидаясь, пока атом скатится на нижний энергетический уровень сам, то в результате поглощения такого фотона атом снизит свою энергию на энергию фотона и выпустит два совершенно одинаковых фотона, идентичных тому, что прилетел. Идентичных абсолютно: по направлению, по фазе, по поляризации, и, конечно по энергии, т.е. длине волны. Это вынужденное излучение.

Если у нас много одинаковых возбужденных атомов, то велика вероятность, что «раздвоившийся» фотон ударит по такому атому, раздвоится снова и т.д., пока не кончатся возбужденные атомы в направлении распространения волны. Таким образом, всего один влетевший в пространство с нашими возбужденными атомами фотон правильной длины волны размножается многократно – усиливается, а атомы теряют энергию. Отсюда понятно, что для того, чтобы лазер работал непрерывно, излучившим атомам непрерывно же нужно сообщать энергию, переводящую их обратно на верхний энергетический уровень – «накачивать». Причем, для успешного усиления атомов на верхнем энергетическом уровне должно быть больше, чем на нижнем, это состояние вещества называется «инверсная населенность». Одного прохода усиленного пучка квантов через рабочее тело обычно недостаточно, поэтому его помещают в резонатор – два зеркала, одно из которых отражает излучение полностью, а второе – частично выпускает наружу усиленный пучок.

Атомы, о которых пойдет речь в контексте данного лазера – это ионы неодима, которые находятся в узлах решетки кристалла ванадата иттрия. Если бы они просто болтались в вакууме и находились в форме газа, то лазер был бы газовый, а поскольку они «закреплены» в кристалле, то лазер получается твердотельный. Кристалл подбирается такой, чтобы он был прозрачным для нужных нам длин волн, крепким механически, и подходил по ряду других параметров, которые для понимания работы не критичны. Собственно, кристалл ванадата иттрия YVO 4 с примесью (иначе говоря – легированием) неодимом Nd и называется рабочим телом лазера, а полностью формула записывается как Nd:YVO 4 . Тут важно понимать, что главное у нас здесь – именно неодим, а кристаллов с подходящими параметрами для легирования существует множество: Nd:Y 3 Al 5 O 12 (или короче Nd:YAG), Nd:YAlO 3 и др. У всех есть нюансы, но суть одна.

В примере вынужденного излучения у нашего атома было всего два энергетических уровня – верхний и нижний, но реальность выглядит более сурово:

Здесь мы видим «интересные» с точки зрения излучения и поглощения энергетические уровни иона неодима в кристалле аллюмо-иттриевого граната. Следует понимать, что ион неодима (как и любой квантовый объект) может поглотить только кванты определенных длин волн – энергия которых соответствует разности энергий его уровней. Это синие стрелки.

Хотя энергетически гораздо более выгодно накачивать кристалл длиной волны 869nm, мощных и дешевых источников такой длины волны нет. Поэтому используются лазерные диоды, излучающие 808nm (зато интенсивно), которые загоняют ионы на уровень выше, чем нужно. Через небольшое время происходит безызлучательный переход на уровень 4 F 3/2 . Это т.н. метастабильный энергетический уровень. «Метастабильный» означает, что на этом уровне ион остается относительно долгое время, не сбрасывая энергию, но в то же время, этот уровень и не основной (не с минимальной энергией). Это важно, поскольку в этом состоянии ион неодима должен «дождаться» своего кванта, который и будет усилен с переходом на более низкий уровень.

Возбужденный ион неодима может излучить квант с одой из четырех длин волн, пригодных к дальнейшему усилению (красные стрелки). Причем, хотя наибольшая вероятность излучения – на длине волны 1064nm, остальные переходы также возможны. С ними борются, применяя дихроичные зеркала резонатора, которые отражают только волны длиной 1064nm, а остальные – выпускают наружу, не давая усилиться в резонаторе. Таким образом можно выбрать одну или несколько из возможных частот излучения лазера просто заменяя зеркала.

Итак, накачивая лазерным диодом наш кристалл, помещенный в резонатор, мы получаем лазерное излучение с длиной волны 1064nm. Стоит отметить, что накачивать неодим можно не только лазерным диодом, но и лампами-вспышками и другими источниками излучения, у которых в спектре есть нужные длины волн, т.е. именно лазер как источник накачки тут не обязателен. Просто лазерный диод очень эффективен в плане преобразования электрической энергии в излучение одной нужной нам частоты (КПД достигает более 50%), а то, что его излучение имеет поляризацию и когерентность – это положительные, но не обязательные качества.

ИК-излучение 1064nm превращается в зеленое 532nm в процессе, называемом «генерация второй гармоники» (SHG). Боюсь, у меня не получится доступно объяснить суть этого процесса не увеличивая объем статьи вдвое, поэтому примем просто, что нелинейный кристалл, в котором это происходит, является черным ящиком, который получает на вход два кванта, а на выходе выдает один, но удвоенной частоты. Причем эффективность этого процесса зависит от амплитуды соответствующей кванту волны (в этом и есть его нелинейность), поэтому смотря через кристалл на окружающий мир, мы не увидим никаких сдвигов цвета – интенсивность света слишком мала. А вот при лазерных плотностях энергии эти эффекты проявляются во всей красе.

Так же как и с рабочим телом, существует множество нелинейных кристаллов: KTP (титанил-фосфат калия, KTiOPO 4), LBO (триборат лития, LiB 3 O 5) и множество других – все со своими плюсами и минусами. В непрерывных (CW) лазерах нелинейный кристалл помещают внутрь резонатора, чтобы добиться большей поляризации диэлектрика за счет многократного прохождения ИК-пучка через кристалл и тем самым повышая эффективность генерации второй гармоники. Лазеры такой конструкции называются лазерами с внутрирезонаторным удвоением частоты (intracavity second harmonic generation). В импульсных лазерах этим не заморачиваются – плотности энергии в импульсе и так достаточно чтобы еще усложнять резонатор.

Все DPSS лазеры средней мощности строятся по приблизительно одной оптической схеме:

LD – диод накачки, F – фокусирующая линза, HR – входное зеркало (пропускает 808nm и отражает 1064nm), Nd:Cr – кристалл, легированный неодимом (на его правую по схеме поверхность напылено отражающее покрытие для 532nm), KTP – нелинейный кристалл, OC – выходное зеркало (отражает 1064nm и пропускает все остальное).

Зеркала HR и OC образуют полусферический резонатор Фабри-Перо. Зеркало HR обычно напылено на кристалл рабочего тела, его стараются сделать с максимальной отражающей способностью для длины волны, генерируемой лазером. Отражающую способность зеркала OC выбирают так, чтобы максимизировать КПД лазера: чем выше коэффициент усиления среды (т.е. чем меньше проходов по кристаллу с неодимом нужно сделать пучку чтобы достаточно усилиться), тем больше коэффициент пропускания.

Как видно из схемы, единственным элементом, который задерживает излучение 808nm от лазерного диода, является кристалл рабочего тела. Все, что он не смог поглотить, проходит через зеркала в выходную апертуру. Поэтому после зеркала OC обычно ставят дихроичный фильтр, отражающий непоглощенное излучение накачки.

Теперь, зная основные теоретические принципы работы лазера и основы его конструкции, можно переходить к следующей части.

Практика

Откручиваем нижнюю панель и получаем доступ к четырем винтам, крепящим верхнюю крышку:

Аккуратно снимаем крышку, смещая ее вперед, чтобы не задеть линзу объектива:

Сам лазер занимает относительно небольшой объем излучателя. Видно два юстируемых держателя оптики – это хороший признак: значит, во-первых есть что юстировать, и во-вторых, значит, что лазер сделан не на «склейке» рабочего тела и нелинейного кристалла. Склейка непригодна для извлечения больших мощностей и не поддается юстировке.

Все щели тщательно замазаны силиконовым гелем, который исключает доступ пыли и влаги в резонатор. По паре юстировочных винтов расположено по центру на верхней части и сбоку от каждого из держателей. Основание лазера крепится к радиатору всего двумя винтами, которые прижимают его к термоэлементу. Таким образом, передний край платформы просто висит над радиатором, что внушает сомнения в общей жесткости конструкции.

Свободного места между оптическими элементами нет: моя идея поставить в резонатор модовую диафрагму и ИК-фильтр перед объективом оказалась обречена на провал. Об эталонах частоты и других оптических элементах, конечно, и речи быть не может; конструкция лазера не подразумевает модификации.

Снимаем вентилятор, чтобы получить доступ к лазерному диоду

Снимаем объектив и оба держателя:

Открывается вид на кристалл ванадата иттрия размером 5x5x3 мм, который может выдержать до 15 Вт накачки и выдать до порядка 6 Вт излучения на длине волны 1064nm. Доля примеси неодима составляет скорее всего около 1 атомного процента. На эту сторону нанесено просветляющее покрытие для 1064nm и отражающее для 532nm.

Теперь посмотрим на элементы в юстируемых держателях

Держатели выполнены из дюраля, позволяют производить юстировку в горизонтальной плоскости боковыми винтами и в вертикальной – верхними. Юстировку предполагается выполнять так: отпустить оба винта для одной оси, потом найти нужное положение держателя одним из винтов и зафиксировать его вторым винтом. Винты – самые обычные китайские M3, не микрометрические или точные.

Кристалл KTP имеет размеры 3x3x7 мм, и теоретически может «обслужить» гораздо большую мощность – до порядка 20 Вт @ 532nm. На его торцы нанесено просветляющее покрытие для волн длиной 532 и 1064nm, коэффициент отражения которого составляет менее 0.5%. Для юстировки кристалла неплохо было бы иметь и третью степень свободы – вращение вдоль оси резонатора, но тут изготовители положились на точность огранки и вклеивания.

В выходной держатель вклеено дихроичное вогнутое зеркало (на глаз вогнутости не видно): оно пропускает свет на длине волны 532nm и отражает 1064nm. При этом значительная часть излучения 808nm тоже проходит его насквозь.

Снимаем лазерный диод

Диод в корпусе F-mount закреплен на массивном латунном основании с нанесенной на него термопастой. В этом типе корпусов предусмотрено отверстие для установки терморезистора, контролирующего температуру диода; терморезистор присутствует на штатном месте. Произведён диод компанией Focuslight; т.к. кроме серийного номера, другой маркировки на нем нет, его мощность, скорее всего, составляет 5 Вт – это самая низкая мощность для диодов в таком корпусе, и логично предположить, что ничего мощнее и дороже китайцы туда ставить не станут. Исходя из даташита на этот тип диода, максимальный ток составляет 5.5A, т.е. без превышения допустимых величин установленный на заводе ток можно увеличить на 200 мА, что должно добавить еще порядка 50 мВт выходной мощности. Диод легко можно заменить на 10-ваттный, благо остальные компоненты позволяют, и получить на выходе более 3 Вт зеленого пучка (о его качестве, стабильности и модовом составе судить не берусь).

Крепление диода позволяет вращать его вдоль оси резонатора, чтобы подобрать оптимальную поляризацию накачивающего излучения.

Вид на рабочее тело с дугой стороны

На эту сторону кристалла нанесено просветляющее покрытие для 808nm и отражающее более 99.5% для 1064nm, которое образует плоское зеркало резонатора.

Как видим, никакой фокусирующей оптики между диодом и кристаллом нет: это снижает эффективность накачки.

Откручиваем основание лазера от радиатора

Под основанием находится распространенный элемент Пельтье марки TEC1-12706. Его характеристики: питание до 15В, ток до 6А, отводимая мощность до 50Вт при температуре горячей поверхности 60°C; размеры 40x40x4 мм. Под выходным держателем оптики проделано отверстие – вероятно, для нагревающего элемента при другой компоновке: в этом держателе крепился бы нелинейный кристалл, в предыдущем – фокусирующая оптика, а выходное зеркало крепилось бы отдельно (заодно это бы частично решило бы проблему с температурным расширением основания). Но это только мое предположение.

Собираем все обратно

Стоит ли говорить, что после сборки лазер не заработал? Однако я довольно-таки быстро поймал генерацию, играя юстировками выходного зеркала. Дальнейшая настройка зеркала не составила труда. С юстировкой же кристалла KTP все оказалось гораздо сложнее: честно говоря, я не представляю, как это делали китайцы, крутя отверткой филипсовские винты. Поэтому все юстировочные винты я заменил на болты под шестигранник, что дало возможность производить более точную юстировку ключом, при этом не давя на крепления.

И даже несмотря на это, точный критический угол KTP мне зафиксировать не удалось: все равно мощность пучка заметно скачет даже при простом надавливании пальцем и даже сама по себе. Тут нужно отметить, что генерация была в очень широких пределах юстировки кристалла, но в некоторых положениях мощность скачкообразно росла и так же скачкообразно падала при малейших внешних возмущениях. В итоге, вспоминая байку про лаборанта, колотившего пассатижами по корпусу лазера, чтобы вернуть на место люфтящее зеркало, мне удалось достичь стабильной мощности порядка 1650 мВт, то есть потеря составила порядка 200 мВт.

Теперь становится понятно, почему у этих лазеров такой большой разброс по мощности: возможно, что 1.8 Вт сделались возможными только благодаря счастливому удару при транспортировке, а с завода лазер выходил совсем с другой мощностью. К сожалению, никакого бланка об испытаниях к лазеру приложено не было.

Заключение

На кристаллах в лазере не сэкономили: они допускают гораздо большие мощности накачки. Предполагаю, что это сделано для унификации, и трехваттый лазер отличается от одноваттного только мощностью лазерного диода, блоком питания и в три раза большей ценой. Жесткость и точность механики оставляют желать лучшего – видно желание сделать недорого, но хотя бы конструкция ремонтопригодна. Заявленная долговечность конструкции, похоже, определяется в основном долговечностью лазерного диода (а найти ее в документации не удалось) и чистотой сборочного помещения – при разборке лазера никаких загрязнений на оптике я не увидел.

И подводя итог, хочу ответить на основной вопрос к первой части статьи, который возник у многих – «Зачем этот лазер вообще такой нужен?» Исходя из его мощности, недостаточной для эффективной накачки титан-сапфира и красителей, модового состава и стабильности, которые тоже так себе, основная сфера его применения – OEM компонент для лазерных проекторов. Его также можно использовать в целях подсветки: для регистрации люминесценции, в конфокальной микроскопии и т.п. областях где требуется высокая мощность подсветки при относительно стабильной частоте.