Лазерное излучение (ЛИ)

ЛИ представляет собой особый вид электромагнитного излучения, генерируемого в диапазоне волн 0,1…1000 мкм.

Источники ЛИ – квантовые оптические генераторы (КОГ) и побочные факторы некоторых процессов (металлургия, стекловарение).

При работе с лазерными установками в комплексе производственных факторов в основном доминирует постоянное воздействие на работающих монохроматического лазерного излучения. Воздействие на операторов непосредственно прямого лазерного луча возможно только при грубых нарушениях техники безопасности. Однако работающие с лазерными приборами могут подвергаться облучению отраженного и рассеянного монохроматического излучения. Отражающими и рассеивающими излучение поверхностями могут являться различные оптические элементы, размещенные по ходу луча, мишени, приборы, а также стены производственных помещений. В особенности опасны зеркально отражающие поверхности.

Воздействие ЛИ на глаза приводит ожогам, разрыву сетчатки и стойкой утрате зрения.

Воздействие ЛИ на кожу приводит к ее нокрозу (омертвлению).

Ультрафиолетовое излучение — вид лучистой энергии.

К ультрафиолетовой части спектра относятся волны длиной от 0,1 до 0,4 мкм. В производственных условиях встречается при электросварке, действии ртутно-кварцевых ламп, плавке металла в электропечах, используется в кино- и фотопромышленности, при светокопировальных и плазменных процессах. Ультрафиолетовое излучение применяется для предупреждения D-витаминной недостаточности у рабочих на подземных выработках, а также в физиотерапевтических кабинетах.

Основными искусственными источниками ультрафиолетового излучения являются ртутные лампы высокого и среднего давления, ксеноновые дуговые лампы, а также лампы, содержащие смеси различных газов, в состав которых входят ксенон или пары ртути.

Биологическая активность ультрафиолетовые лучей зависит от длины их волн.

Различают 3 участка спектра с длиной волны:

1. 0,4—0,31 мкм — оказывающие слабое биологическое действие;

2. 0,31—0,28 мкм — оказывающие сильное действие на кожный покров;

3. 0,28—0,20 мкм — активно действующие на тканевые белки и липоиды, способные вызывать гемолиз.

Биологические объекты способны поглощать энергию падающего на них излучения. При этом световой фотон, взаимодействуя с молекулой, выбивает электрон из ее орбиты. В результате образуется положительно заряженная молекула, или малый ион, действующий как свободный радикал, нарушающий структуру белков и повреждающий клеточные мембраны. Так как энергия фотона обратно пропорциональна длине волны, коротковолновое ультрафиолетовое излучение обладает большей повреждающей способностью по отношению к биологическим объектам.

Повреждение живых объектов ультрафиолетовым излучением всегда фотохимическое, оно не сопровождается заметным повышением температуры и может возникнуть после длительного латентного периода.

Для повреждения достаточно малых доз излучения, действующих в течение длительного времени.

Действие ультрафиолетового облучения на кожу, превышающее естественную защитную способность кожи (загар) приводит к ожогам.

Длительное действие ультрафиолета способствует развитию меланомы, различных видов рака кожи, ускоряет старение и появление морщин.

Ультрафиолетовое излучение неощутимо для глаз человека, но при интенсивном облучении вызывает типично радиационное поражение (ожог сетчатки). Так, 1 августа 2008 года десятки россиян повредили сетчатку глаза во время солнечного затмения, несмотря на многочисленные предупреждения о вреде его наблюдения без защиты глаз. Они жаловались на резкое снижение зрения и пятно перед глазами.

Интенсивное воздействие ультрафиолетового излучения может вызвать профессиональные дерматиты с диффузной эритемой и экссудацией, поражение слизистой и роговой оболочек глаза (электроофтальмию).

Ионизирующее электромагнитное излучение. К этой группе традиционно относят рентгеновское и гамма-излучение, хотя, строго говоря, ионизировать атомы может и ультрафиолетовое излучение, и даже видимый свет. Границы областей рентгеновского и гамма-излучения могут быть определены лишь весьма условно. Для общей ориентировки можно принять, что энергия рентгеновских квантов лежит в пределах 20 эВ — 0,1 МэВ, а энергия гамма -квантов — больше 0,1 МэВ. В узком смысле гамма-излучение испускается ядром, а рентгеновское — атомной электронной оболочкой при выбивании электрона с низколежащих орбит, хотя эта классификация неприменима к жёсткому излучению, генерируемому без участия атомов и ядер (например, синхротронному или тормозному излучению).

К ионизирующим излучениям, имеющим квантовую природу относят потоки заряженных частиц: бета-частиц (электронов и позитронов), альфа-частиц (ядер атома гелия-4), протонов, других ионов, мюонов и др., а также нейтронов Чаще всего встречаются такие разновидности ионизирующих излучений, как рентгеновское и гамма-излучения, потоки альфа-частиц, электронов, нейтронов и протонов. Ионизирующее излучение прямо или косвенно вызывает ионизацию среды, т.е. образование заряженных атомов или молекул - ионов.

Альфа-излучение представляет собой поток альфа-частиц — ядер гелия-4. Альфа-частицы, рождающиеся при радиоактивном распаде, могут быть легко остановлены листом бумаги.

Бета-излучение — это поток электронов, возникающих при бета-распаде; для защиты от бета-частиц энергией до 1 МэВ достаточно алюминиевой пластины толщиной несколько мм.

Рентгеновские лучи возникают при сильном ускорении заряженных частиц (тормозное излучение), либо при высокоэнергетических переходах в электронных оболочках атомов или молекул. Оба эффекта используются в рентгеновских трубках.

Рентгеновское излучение можно получать также и на ускорителях заряженных частиц. Так называемое синхротронное излучение возникает при отклонении пучка частиц в магнитном поле, в результате чего они испытывают ускорение в направлении, перпендикулярном их движению.

На шкале электромагнитных волн гамма-излучение граничит с рентгеновским излучением, занимая диапазон более высоких частот и энергий. В области 1-100 кэВ гамма-излучение и рентгеновское излучение различаются только по источнику: если квант излучается в ядерном переходе, то его принято относить к гамма-излучению; если при взаимодействиях электронов или при переходах в атомной электронной оболочке — к рентгеновскому излучению.

Гамма-лучи, в отличие от α-лучей и β-лучей, не отклоняются электрическими и магнитными полями, характеризуются большей проникающей способностью при равных энергиях и прочих равных условиях. Гамма -кванты вызывают ионизацию атомов вещества.

В природе ионизирующее излучение обычно генерируется в результате спонтанного радиоактивного распада радионуклидов, ядерных реакций (синтез и индуцированное деление ядер, захват протонов, нейтронов, альфа-частиц и др.), а также при ускорении заряженных частиц в космосе (природа такого ускорения космических частиц до конца не ясна).

Искусственными источниками ионизирующего излучения являются искусственные радионуклиды (генерируют альфа-, бета- и гамма-излучения), ядерные реакторы (генерируют главным образом нейтронное и гамма-излучение), радионуклидные нейтронные источники, ускорители элементарных частиц (генерируют потоки заряженных частиц, а также тормозное фотонное излучение), рентгеновские аппараты (генерируют тормозное рентгеновское излучение)

Области применения гамма-излучения:

гамма-дефектоскопия, контроль изделий просвечиванием γ-лучами;

консервирование пищевых продуктов;

стерилизация медицинских материалов и оборудования;

лучевая терапия;

уровнемеры;

гамма-каротаж в геологии;

гамма-высотомер, измерение расстояния до поверхности при приземлении спускаемых космических аппаратов;

гамма-стерилизация специй, зерна, рыбы, мяса и других продуктов для увеличения срока хранения.

Для радиометрических исследований разрезов буровых скважин разрешается применять закрытые радионуклидные нейтронные и гамма - источники ионизирующего излучения, т.е. проводится гамма-каротаж — изучение естественного гамма излучения горных пород в буровых скважинах для выявления радиоактивных руд, литологического расчленения разреза

Специалисты - геологи могут сталкиваться с ионизирующими излучениями при проведении радиометрических работ, выполнении работ в шахтах, горных выработках, на урановых рудниках и др. Радиоактивный газ радон – 222. Газ, испускающий альфа-частицы, постоянно образуется в горных породах. Опасен при накоплении в шахтах, подвалах, на 1 этаже.

Природные источники дают суммарную годовую дозу примерно 200 мбэр (космос - до 30 мбэр, почва - до 38 мбэр, радиоактивные элементы в тканях человека - до 37 мбэр, газ радон - до 80 мбэр и другие источники).

Искусственные источники добавляют ежегодную эквивалентную дозу облучения примерно в 150-200 мбэр (медицинские приборы и исследования - 100-150 мбэр, просмотр телевизора -1-3 мбэр, ТЭЦ на угле - до 6 мбэр, последствия испытаний ядерного оружия - до 3 мбэр и другие источники).

Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) предельно допустимая (безопасная) эквивалентная доза облучения для жителя планеты определена в 35 бэр, при условии её равномерного накопления в течение 70 лет жизни.