Фізіологічні ефекти при впливі лазерного випромінювання на людину

Безпосередній вплив на людину робить лазерне випромінювання будь-якої довжини хвилі, однак у зв’язку зі спектральними особливостями органів, що вражаються, і істотно різними гранично припустимими дозами опромінення звичайно розрізняють вплив на очі й шкірні покриви людини

1.1. Вплив лазерного випромінювання на органи зору

Основний елемент зорового апарата людини – сітківка очі – може бути уражена лише випромінюванням видимого ( від 0.4 мкм ) і ближнього Ик-Діапазонів ( до 1.4 мкм ), що пояснюється спектральними характеристиками людського ока ( мал. 1 ). При цьому кришталик і очне яблуко, діючи як додаткова фокусирующая оптика, істотно підвищують концентрацію енергії на сітківці, що, у свою чергу, на кілька порядків знижує максимально припустимий рівень ( МДУ ) опромінення зіниці

1.1.1. МДУ прямого опромінення сітківки

Крім довжини хвилі X, необхідно враховувати також тривалість впливу світлового випромінювання. При дуже коротких імпульсах ( коли не встигають спрацювати механізми теплопровідності в області сітківки ) нормують щільність енергії для видимого випромінювання ( 0.4<X<0.7 мкм ) при ?t< 2?10-5 c МДУ опромінення роговиці ока становить 5?10-3 Дж/м2; для Ик-Випромінювання ( 1.05<X<1.4 мкм ) при 2?10-5<?t<5?10-5 з – на порядок більше, тобто 5?10-2 Дж/м2. Якщо тривалість імпульсу перевищує 20 мкс для видимого й 20?50 мкс для ближнього ( до 1.4 мкм ) випромінювання, то нормують у першому наближенні щільність потужності: для видимого випромінювання МДУ становить 18?t0.75 Вт/м2; для Ик-Випромінювання – майже порядок більше, тобто 90?t0.75 Вт/м2.

Наведені дані по МДУ охоплюють область найбільш критичних значень параметрів опромінення зіниці ока, коли в інтервалі від 10-9 до 10 із причиною ушкодження сітківки є теплова дія сфальцьованого світла при прямому спостереженні лазерного пучка, тоді як сверхкороткие лазерні імпульси викликають в основному термоакустическое вплив – протоплазма кліток через швидкий розігрів закипає й розриває оболонку. У цьому випадку нормують щільність потужності: для видимого випромінювання МДУ становить 5?106 Вт/м2, для Ик-Випромінювання – 5?107 Вт/м2.

Тривале ( ?t>10 с) прямий вплив лазерного випромінювання на сітківку приводить в основному до фотохімічних процесів її руйнування. Щоб уникнути цього (як і у випадку сверхкоротких імпульсів), нормують енергетичну освітленість (експозицію). Для зеленого (X=550 нм) і більше короткохвильового (X>400 нм) видимого світла МДУ становить 100 Дж/м2. Що стосується “теплих” квітів (550<X<700 нм), те фотохімічні процеси починають відігравати помітну роль тільки при більших тимчасових впливах лазерного випромінювання (T2=100.02( X-500)+1 c), і в цьому випадку МДУ потрібно зменшити в З3 разів (C3=100.015( X-550)).

Сверхдлительное (?t>103?104 c) прямий вплив лазерного випромінювання характеризується малим значенням МДУ, а саме 0.01 Вт/м2 для зелений^-зеленого-синьо-зеленого (0.4<X<0.55 мкм) випромінювання. Більше довгохвильове видиме випромінювання (550<X<700 нм) допускає МДУ=100.015( X-500)+2 Вт/м2. У випадку ИК випромінювання перехід від експозиційного до мощностному обмеження (коли істотну роль грають регенераційні процеси, що компенсують фотохімічне руйнування) здійснюється при ?t>10 c: для 1.05<X<1.4 мкм МДУ становить 16 Вт/м2; для X>700 нм (темно-червоне випромінювання) і X<1050 нм (ближнє ИК випромінювання) монотонно зростаючий МДУ становить 3.2?10( X-700)/500 Вт/м2.

На перераховані МДУ опромінення орієнтуються при однократному впливі на око прямого лазерного випромінювання, фокусируемого кришталиком у дуже незначну пляму на сітківці

При наявності послідовності імпульсів не тільки жоден з них, але й усереднене опромінення не повинні перевищувати МДУ. При усередненні впливу послідовності імпульсів із тривалістю ?t<10 мкс і частотою повторення f>1 Гц МДУ одиночного імпульсу повинен бути зменшений у З5 разів:

Якщо тривалість окремих імпульсів ?t у послідовності перевищує 10 мкс ( а частота проходження f>1 Гц), те для імпульсу тривалістю N?t за обмеження опромінення приймають (1/N)-ю частина МДУ.

Найбільше складно визначити МДУ для повторюваних серій, що складаються з певного числа імпульсів. Коли в серії не більше 10 імпульсів, неї дорівнюють до одного еквівалентного імпульсу. При цьому:

1) якщо ?t серії менше 10 мкс, те за тривалість еквівалентного імпульсу приймають тривалість самого короткого імпульсу в серії, а за енергетичний вплив – сумарне (повне) енергетичний вплив всієї серії;

2) якщо ?t серії більше 10 мкс, те за тривалість еквівалентного імпульсу приймають сумарну тривалість парціальних імпульсів, а за енергетичний вплив – сумарний енергетичний вплив всієї серії

Якщо в серії більше 10 імпульсів, те МДУ розраховують як для одного, нібито безперервного імпульсу, що охоплює вся послідовність

1.1.2. МДУ для зовнішніх покривів очей людини

Невидиме УФ (0.2<X<0.4 мкм) або ИК випромінювання (1.4<X<1000 мкм) практично не доходить до сітківки й тому може ушкоджувати лише зовнішні частини очей людини: УФ випромінювання викликає фотокератит, середньохвильове ИК випромінювання (1.4<X<3 мкм) – набряк, катаракту й опік рогової оболонки ока; далеке ИК випромінювання (3 мкм<X<1 мм) – опік роговиці. Тому МДУ опромінення очей при УФ і ИК випромінюванні розглядають тут, хоча (через відсутність фокусирующего дії кришталика) чисельні значення даного МДУ на кілька порядків більше значень, наведених у підрозділі “МДУ прямого опромінення сітківки”, і відповідають МДУ для шкірних покривів. До того ж для зовнішніх покривів ока й шкірних покривів МДУ нормуються щодо апертури діаметром 1 мм (для сітківки – 7 мм), що ще більше знижує вимоги променевої безпеки в розглянутому випадку. Проте ці дані можуть виявитися корисними, тому що в цей час зростає число комерційних лазерів, що працюють в УФ і ИК діапазонах

Щільність потужності для сверхкоротких (менш 1 нс) імпульсів майже однакова в обох діапазонах: 30 Гвт/м2 в УФ області й 100 Гвт/м2 в ИК області (1.4 мкм<X<1 мм).

При більших часах впливу ситуація найбільш проста для твердого (200<X<320.5 нм) УФ випромінювання, де МДУ=30 Дж/м2, аж до длительностей опромінення 30000 з, тобто понад 8 годинник

Більше складна система завдання МДУ для вузької ділянки УФ випромінювання з 302.5<X<315 нм. Для скільки-небудь тривалого впливу (10<?t<30000 c) МДУ зростає на 2.5 порядку за законом З2=10( X-295)/5 Дж/м2. В області імпульсних впливів (1 нс<?t<10 c) таке швидке наростання МДУ має місце лише при ?t>T1=10( X-295)/5 c; якщо ?t<T1, те МДУ не залежить від довжини хвилі й становить ІЗ1=5600(?t)0.75 Дж/м2.

МДУ для ближньої УФ області (315<X<400 нм) у випадку імпульсного (1 нс<?t<10 c) опромінення майже не міняється, становлячи З1=5600(?t)0.25 Дж/м2, що плавно переходить в 10 Кдж/м2 для часу опромінення від 10 до 1000 з; якщо тривалість опромінення перевищує 1000 з, те нормують щільність потужності, і МДУ дорівнює 10 Вт/м2.

В ИК області МДУ опромінення зовнішніх покривів майже не залежить від довжини хвилі й становить: для сверхкоротких (?t<1 нс) імпульсів 100 ГВт/м2; для гігантських ( 1 нс<?t<100 нс) імпульсів 100 Дж/м2; для інших (100 нс<?t<10 с) імпульсів 5600(?t)0.25 Дж/м2. Щільність потужності при безперервному опроміненні (10 з<?t<30000 c) не повинна перевищувати 1 кВт/м2.

Треба відзначити, що такі значення справедливі й для далекої ИК області (0.1<X<1 мм) з тією лише різницею, що МДУ задають тут в апертурі діаметром 11 мм (а не 1 мм, як для УФ і основного ИК діапазонів).

1.1.3. Подання МДУ опромінення як поверхні в координатах X – ?t

В 825-й публікації МеК повністю, хоча й не завжди з досить високою точністю, визначені МДУ опромінення рогової оболонки ока людини прямим (тобто спрямованим безпосередньо з оптичної системи, а не неуважним на яких-небудь шорсткуватих поверхнях) лазерним випромінюванням. Для зручності практичного застосування ці рекомендації МеК представлені у вигляді таблиці 1.1.

Pages: 1 2

Збережи - » Фізіологічні ефекти при впливі лазерного випромінювання на людину . З'явився готовий твір.

Фізіологічні ефекти при впливі лазерного випромінювання на людину





Шкільні предмети. Шкільна фізика. Уроки з англійської, французької, німецької мов.