Выполнил студент гр.. Принял преподаватель 200 Федеральное агентство по образованию Государственный архитектурно-строительный университет Кафедра безопасности жизнедеятельности Федеральное агентство по образованию Государственный архитектурно-строительный университет Кафедра безопасности жизнедеятельности Дисциплина: безопасность жизнедеятельности Дисциплина: безопасность жизнедеятельности Презентация на тему: Лазерное и Радиактивное излучение Презентация на тему: Лазерное и Радиактивное излучение
Введение Радиоактивное и лазерное излучение являются одними из самых опасных и смертоносных излучений!!! Их изучение имеет мировую актуальность!
Содержание Краткое описание устройства лазера Краткое описание устройства лазера Краткая характеристика Краткая характеристика Краткая характеристика Краткая характеристика Наиболее распространенное применение лазеров в технике Наиболее распространенное применение лазеров в технике Медико-биологические аспекты Медико-биологические аспекты ЗНАКИ И НАДПИСИ ИНСТРУКЦИЯ ПО ОКАЗАНИЮ ПЕРВОЙ ПОМОЩИ ПРИ ПОВРЕЖДЕНИИ ОРГАНА ЗРЕНИЯ И КОЖНЫХ ПОКРОВОВ ЛАЗЕРНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ Биологическое действие ионизирующих излучений (радиация) ЧЕРНОБЫЛЬСКАЯ АЭС Средства индивидуальной защиты
С появлением лазеров техники оптические квантовые генераторы или лазеры находят все более широкое применение в промышленности, медицине и в коммерческих структурах. Их широкое использование возможно благодаря таким уникальным свойствам, как монохроматичность и высокая плотность излучаемых колебаний, и благодаря возможности формирования узких пучков излучений с высокой концентрацией в них электромагнитом энергии. Излучение может охватить весь оптический диапазон электромагнитной энергии, Диапазон длин волн, излучаемых лазером, охватывает видимый спектр и распространяется на инфракрасную и ультрафиолетовую области. Чаще всего используются лазеры с длиной волн 0,49-0,51; 0,53-0,63; 0,694,1,06 и 10,6 мкм. При распространении в среде волны лазера с частотой v, соответствующей разности каких-либо двух энергетических уровней E1, E2 атомов или молекул среды (hv = E2 E1, где h Планка постоянная) атомы, находящиеся на нижнем энергетическом уровне E1, в результате поглощения квантов света с энергией hn переходят на уровень E2 (рис. 2, а).Атомы на верхнем энергетическом уровне E2 под действием квантов hn вынужденно переходят на уровень E1 (рис. 2, б). В результате же переходов E2 к E1 световая волна усиливается. Результирующее изменение энергии световой волны определяется разностью (N2 N1). В условиях термодинамического равновесия населённость нижнего уровня N1 всегда больше населённости верхнего N2. Поэтому волна теряет больше энергии, чем приобретает, т. е. имеет место поглощение света. Но в некоторых случаях оказывается возможным создать такие условия, когда возникает инверсия населённостей уровней E1 и E2, при которой N2 > N1. При этом вынужденные переходы E2 к E1 преобладают и поставляют в световую волну больше энергии, чем теряется в результате переходов E1 к E2. Световая волна в этом случае усиливается. Рис. 2. а квантовые переходы, соответствующие поглощению волны; б переходы, соответствующие вынужденному излучению. назад
Излучаемые атомами в результате вынужденных переходов E2 к E1 волны по частоте n, направлению распространения, поляризации и фазе тождественны первичной волне и, следовательно, когерентны друг другу независимо от того, каким образом происходило возбуждение атомов на уровень E 2. Именно когерентность вынужденного излучения приводит к усилению световой волны в среде с инверсией населённостей, а не просто к дополнительному излучению новых волн. Среду с инверсией населённостей какой-либо пары уровней E1, E2, способную усиливать излучение частоты n = (E2 E1)/h, обычно называют активной. Спонтанное излучение одного из возбуждённых атомов активной среды (т. е. атома, находящегося на уровне E2), прежде чем оно выйдет из объёма V, может вызвать вынужденные переходы др. возбуждённых атомов и вследствие этого усилится (рис. 3). Существенно, что усиление зависит от пути, проходимого волной в среде, т. е. от направления. Если поместить активную среду в простейший оптический резонатор, т. е. между двумя параллельными полупрозрачными зеркалами, находящимися на определённом расстоянии друг от друга, как в интерферометре Фабри Перо (рис. 4), то в наиболее благоприятные условия попадает волна, распространяющаяся вдоль оси интерферометра. Рис. 3. Усиление световой волны атомами активной среды Рис. 4. Активная среда в интерферометре Фабри Перо. назад
Интерферометр Фабри Перо, заполненный активной средой с достаточно большим коэффициентом усиления, представляет собой простейший лазер. В них используются оптические резонаторы и др. типов с плоскими зеркалами, сферическими, комбинациями плоских и сферических и др. В оптических резонаторах, обеспечивающих обратную связь в лазерам, могут возбуждаться только некоторые определённые типы колебаний электромагнитного поля, называются собственными колебаниями или модами резонатора. Моды характеризуются частотой и формой, т. е. пространственным распределением колебаний. В резонаторе с плоскими зеркалами (рис. 4) преимущественно возбуждаются типы колебаний, соответствующие плоским волнам, распространяющимся вдоль оси резонатора. Интерферометр Фабри Перо, заполненный активной средой с достаточно большим коэффициентом усиления, представляет собой простейший лазер. В них используются оптические резонаторы и др. типов с плоскими зеркалами, сферическими, комбинациями плоских и сферических и др. В оптических резонаторах, обеспечивающих обратную связь в лазерам, могут возбуждаться только некоторые определённые типы колебаний электромагнитного поля, называются собственными колебаниями или модами резонатора. Моды характеризуются частотой и формой, т. е. пространственным распределением колебаний. В резонаторе с плоскими зеркалами (рис. 4) преимущественно возбуждаются типы колебаний, соответствующие плоским волнам, распространяющимся вдоль оси резонатора. Оптический резонатор накладывает ограничения на спектральный состав излучения. При заданной длине резонатора L в нём возбуждаются волны с частотами, где с скорость света, n целое число. В результате спектр излучения лазера, как правило, представляет собой набор узких спектральных линий, интервалы между которыми одинаковы и равны c/2L. Число линий (компонент) при заданной длине L зависит от свойств активной среды, т. е. от спектра спонтанного излучения на используемом квантовом переходе и может достигать нескольких десятков и сотен (рис. 5). Оптический резонатор накладывает ограничения на спектральный состав излучения. При заданной длине резонатора L в нём возбуждаются волны с частотами, где с скорость света, n целое число. В результате спектр излучения лазера, как правило, представляет собой набор узких спектральных линий, интервалы между которыми одинаковы и равны c/2L. Число линий (компонент) при заданной длине L зависит от свойств активной среды, т. е. от спектра спонтанного излучения на используемом квантовом переходе и может достигать нескольких десятков и сотен (рис. 5). Рис. 5. Моды оптического резонатора. назад
Для создания активной одним из наиболее простых и эффективных методов является метод оптической накачки, который был использован в первом лазере на рубине. Рубин - кристалл окиси алюминия Al2O3 с примесью (~ 0,05%) ионов Cr3+, замещающих атомы Al. Уровни энергии иона Cr3+ в рубине показаны на рис. 6. Поглощение света, соответствующего синей и зелёной областям спектра, переводит ионы Cr3+ с основного уровня E1 на возбуждённые уровни, образующие две широкие полосы 1 и 2. Затем за сравнительно малое время (~ 10-8 сек) осуществляется безызлучательный переход этих ионов на уровни E2. Избыток энергии при этом передаётся колебаниям кристаллической решётки. Время жизни ионов Cr3+ на уровнях E2 и составляет 10-3 сек. Только по истечении этого времени ионы снова возвращаются на основной уровень E1. Переходам E2 к E1 соответствует излучение в красной области спектра. Для создания активной одним из наиболее простых и эффективных методов является метод оптической накачки, который был использован в первом лазере на рубине. Рубин - кристалл окиси алюминия Al2O3 с примесью (~ 0,05%) ионов Cr3+, замещающих атомы Al. Уровни энергии иона Cr3+ в рубине показаны на рис. 6. Поглощение света, соответствующего синей и зелёной областям спектра, переводит ионы Cr3+ с основного уровня E1 на возбуждённые уровни, образующие две широкие полосы 1 и 2. Затем за сравнительно малое время (~ 10-8 сек) осуществляется безызлучательный переход этих ионов на уровни E2. Избыток энергии при этом передаётся колебаниям кристаллической решётки. Время жизни ионов Cr3+ на уровнях E2 и составляет 10-3 сек. Только по истечении этого времени ионы снова возвращаются на основной уровень E1. Переходам E2 к E1 соответствует излучение в красной области спектра. Метод оптической накачки применим для возбуждения сред с большой концентрацией частиц (твёрдые тела, жидкости). И этот метод возбуждения весьма селективен. Так, в рубине в основном поглощается только та часть спектра излучения ламп накачки, которая ответственна за возбуждение ионов Cr3+. В рубине теряется лишь та часть энергии, которая идёт на возбуждение собственных колебаний кристаллической решётки в результате безызлучательных переходов (рис. 6, волнистые стрелки). Метод оптической накачки применим для возбуждения сред с большой концентрацией частиц (твёрдые тела, жидкости). И этот метод возбуждения весьма селективен. Так, в рубине в основном поглощается только та часть спектра излучения ламп накачки, которая ответственна за возбуждение ионов Cr3+. В рубине теряется лишь та часть энергии, которая идёт на возбуждение собственных колебаний кристаллической решётки в результате безызлучательных переходов (рис. 6, волнистые стрелки). Рис. 6. Структура уровней энергии кристалла рубина. E1, E2, E'2 - уровни иона Cr3+. назад
Твердотельные лазеры. Существует большое количество твердотельных лазеров, как импульсных, так и непрерывных. Наибольшее распространение среди импульсных получили лазеры. на рубине (см. выше) и неодимовом стекле (стекле с примесью Nd). Неодимовый лазер работает на длине волны l = 1,06 мкм. Стало возможно изготовлять сравнительно большие и достаточно оптически однородные стержни длиной до 100 см и диаметром 45 см. Один такой стержень способен дать импульс генерации с энергией 1 к Дж за сек. Примером твердотельных лазеров непрерывного действия являются на флюорите кальция CaF 2 с примесью диспрозия Dy и на иттриево-алюминиевом гранате Y 3 Al 5 O 12 с примесями различных редкоземельных атомов. Большинство таких лазеров работает в области длин волн l от 1 до 3 мкм. Возможность реализации непрерывного режима в этих лазеров обычно связана с тем, что нижним уровнем рабочего перехода является не основной уровень E 1, а возбуждённый уровень E 2 (рис. 7). Если уровень E 2 достаточно далеко отстоит по энергии от основного уровня E 1 (по сравнению с кТ, где к Больцмана постоянная, Т температура) и характеризуется достаточно малым временем жизни, то инверсия населённостей для уровней E 2, E 3 может быть создана с помощью сравнительно маломощных источников оптической накачки.. Рис. 7 Типичная схема уровней активной cреды твердотельного лазера непрерывного действия. назад
Наиболее распространенное применение лазеров в технике Лазерная резка: а резка тонкой хромовой резистивной плёнки с целью подгонки сопротивления (толщина плёнки 0,5 мкм, ширина реза, указанного стрелкой, 50 мкм); б надрезы на стекле, по которым происходит термическое раскалывание (получены лазером на углекислом газе). микрофотография шлифа сварного соединения никелевой фольги толщиной 0,2 мм с медной пластиной. сварной шов, полученный при сварке листов ковара и нержавеющей стали толщиной 0,3 мм излучением лазера на алюмо-иттриевом гранате. Лазерная сварка : медно-константановая термопара, сваренная лучом лазера (диаметр проволоки 0,07 мм). назад
Медико-биологические аспекты назад По санитарным нормам источники излучения оптического диапазона в зависимости от спектрального состава излучения делятся на четыре диапазона. К 4-му интересующему нас диапазону относятся спектральные источники лазерного излучения, характеризуемые когерентностью и монохроматичностью. Это источники ЭМИ в диапазоне волн от 0,2 дм до 1000 мкм. Лазеры 4-го класса особенно опасны! Они представляют опасность при облучении кожи на расстоянии десяти сантиметров от ограждающей поверхности. Воздействие ЛИ на организм носит сложный характер и обусловлено как непосредственным воздействием ЛИ на облучаемые ткани, так и вторичными явлениями, выражающимися в различных изменениях, возникающих в организме. В оценку эффективности этих излучений положено их взаимодействие с тканями организма человека, в частности, с роговицей глаза и кожей. Биологическое воздействие ЛИ бывает термическим быстрый нагрев и мгновенное закипание жидкости, приводящее к механическому повреждению, и нетермическим, возникающим в результате избирательного поглощения тканями ЭМ энергии.
Сфокусированный на сетчатке хрусталиком глаза лазерный луч будет иметь 5 ид малого пятна с еще более плотной концентрацией энергии, чем попадающее в глаз излучение. Энергия лазера адсорбируется пигментным эпителием и в течение очень короткого времени повышает в нем температуру до высоких уровней, вызывая ожог. Наибольшая проницаемость глаза, доходящая до 100 %, лежит в области 0,50,9 мкм. Термические нарушения сопровождаются повреждением сетчатой оболочки глаза и могут привести к глубоким и стойким нарушениям центрального зрения. Ультрафиолетовое излучение в диапазоне от 0,2 до 0,4 мкм при воздействии на переднюю часть глаза вызывает конъюнктивит, поверхностное расслоение и помутнение стромы роговицы. Поглощение радужной оболочкой ЛИ и вторичное теплопроведение на хрусталик могут привести к развитию катаракты. Воздействие импульсного излучения с высокой энергией может вызывать локальное повышение температуры в облучаемом месте и образование акустической волны в виде перепадов давления в несколько атмосфер, которые могут вызвать разрушение ткани. Вторичными эффектами являются расстройства ЦНС и ССС, неврозы, нарушение мозгового кровообращения, изменения в составе крови, а также углеводного и белкового обменов, воздействие на кожу. Ожоги радужной оболочки излучением полупроводникового лазера 4 класса через 5 мин назад
ЛАЗЕРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ НЕ СМОТРИТЕ В ПУЧОК ЛАЗЕРНОЕ ИЗДЕЛИЕ КЛАССА II Лазерные изделия должны маркироваться в соответствии с приведенными ниже требованиями. Знаки должны быть четкими, хорошо видимыми и надежно укреплены на изделии. Рамки текста и обозначения должны быть черными на желтом фоне. Если размеры или конструкция изделия не позволяют прикрепить к нему знак или надпись, то они должны быть внесены в паспорт. Любое лазерное изделие I класса должно иметь пояснительный знак с надписью: ЗНАКИ И НАДПИСИ ЛАЗЕРНОЕ ИЗДЕЛИЕ КЛАССА I Любое лазерное изделие II класса должно иметь предупреждающий знак в соответствии с ГОСТ и пояснительный знак с надписью: назад
ЛАЗЕРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ ИЗБЕГАЙТЕ ОБЛУЧЕНИЯ ГЛАЗ И КОЖИ ПРЯМЫМ И РАССЕЯННЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ ЛАЗЕРНОЕ ИЗДЕЛИЕ КЛАССА IV ЛАЗЕРНАЯ АПЕРТУРА ЛАЗЕРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ ИЗБЕГАЙТЕ ОБЛУЧЕНИЯ ГЛАЗ ЛАЗЕРНОЕ ИЗДЕЛИЕ КЛАССА III Лазерное изделие III класса должно иметь предупреждающий знак и пояснительный знак с надписью: изделие IV класса должно иметь предупреждающий знак и пояснительный знак с надписью: Лазерные изделия II - IV класса должны иметь у апертуры, через которую испускается излучение, пояснительный знак с надписью: Лазерные изделия, за исключением изделий I класса, должны иметь на пояснительном знаке информацию об изготовителе, максимальной выходной энергии (мощности) лазерного излучения и длине волны излучения. Панель защитного корпуса (кожуха), при снятии или смещении которой возможен доступ человека к лазерному излучению, должна иметь пояснительный знак с надписью: ВНИМАНИЕ! ПРИ ОТКРЫВАНИИ - ЛАЗЕРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ назад
(!)Первая помощь при повреждении сетчатки: 1) внутривенное введение раствора глюкозы 40% - 20 мл с добавлением раствора супрастина 0,1% - 1 мл или 2) внутривенное введение хлористого натрия 10% - 10 мл, внутрь димедрол - 0,1 г После оказания первой помощи пострадавшего направляют в глазной стационар. При работе с лазерным излучением опасности подвергаются также открытые участки тела - кожные покровы. Следует учитывать, что энергия мощного лазерного излучения способна воздействовать на кожу и через некоторые текстильные материалы. Кроме того, существует возможность возгорания одежды при ее контакте с пучком лазерного излучения. Степень тяжести повреждения зависит от энергии излучения, длительности воздействия, площади поражения, ее локализации, добавления вторичных источников воздействия (горение, тление). При контакте с лазерным излучением появляется ощущение тепла или боли. Интенсивность боли зависит от распространенности очага поражения кожных покровов.Повреждение кожи энергией лазерного излучения ультрафиолетового диапазона спектра (нетепловые энергии) может происходить без возникновения каких-либо ощущений. Характер поражения кожи при воздействии лазерного излучения аналогичен термическим ожогам. В зависимости от уровня воздействовавшей энергии на поверхности кожи может появиться эритема, участок побледнения (коагуляционный некроз), сухие и влажные пузырьки (отслойка роговых чешуек и всего эпидермиса), зона обугливания верхних слоев кожи, воронкообразное углубление. Лазерные изделия, генерирующие излучение вне диапазона нм, должны иметь следующую надпись в пояснительном знаке: НЕВИДИМОЕ ЛАЗЕРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ назад
Биологическое действие ионизирующих излучений Это изменения, вызываемые в жизнедеятельности и структуре живых организмов при воздействии коротковолновых электромагнитных волн (рентгеновского и гамма-излученияя) или потоков заряженных частиц (альфа-частици, бета излучения, протонов) и нейтронов. Ионизирующее и рентгеновское излучение, проходя через живые организмы, нарушает их жизнедеятельность. Характерные закономерности: 1) Глубокие нарушения жизнедеятельности вызываются ничтожно малыми количествами поглощаемой энергии. Так, энергия, поглощённая телом млекопитающего животного или человека при облучении смертельной дозой, при превращении в тепловую привела бы к нагреву тела всего на 0,001°С. Согласно «теории мишени» лучевое повреждение развивается при попадании энергии в особенно радиочувствительную часть клетки «мишень». 2) Не ограничивается подвергнутым облучению организмом, может распространяться и на последующие поколения, что объясняется действием на наследственный аппарат организма. Именно эта особенность очень остро ставит перед человечеством вопросы изучения и защиты организма от излучений. 3) характерен скрытый период, продолжительность которого может варьировать от нескольких мин до десятков лет в зависимости от дозы, радиочувствительности организма и наблюдаемой функции (рис. 1, 3). При облучении в очень больших дозах (десятки тыс. рад) можно вызвать «смерть под лучом», длительное же облучение в малых дозах ведёт к изменению состояния нервной и других систем, к возникновению опухолей спустя годы. Рис. 1. Влияние дозы облучения на число (%) и сроки выживания клеток костного мозга крыс назад
Рис. 3. Схема развития лучевого повреждения (в центре) и методы воздействия на него (справа). Первичное действие радиации любого вида на любой биологический объект начинается с поглощения энергии излучения,сопровождаемой возбуждением молекул и их ионизацией. При ионизации молекул воды в присутствии кислорода возникают активные радикалы (ОН- и др.), гидратированные электроны, а также молекулы перекиси водорода, включающиеся затем в цепь химических реакций в клетке. При ионизации органических молекул возникают свободные радикалы, которые, включаясь в протекающие в организме химические реакции, нарушают течение обмена веществ и, вызывая появление несвойственных организму соединений, нарушают процессы жизнедеятельности. При облучении в дозе 1000 р в клетке средней величины (10-9 г) возникает ок.1 млн. таких радикалов, каждый из которых в присутствии кислорода воздуха может дать начало цепным реакциям окисления, во много раз увеличивающим количество измененных молекул в клетке. Выяснение большой роли свободного кислорода в цепных реакциях, ведущих к лучевому поражению, т.н. кислородного эффекта, способствовало разработке ряда эффективных радиозащитных веществ, вызывающих искусственную гипоксию в тканях организма. Большое значение имеет и миграция энергии по молекулам биополимеров, в результате которой поглощение энергии, происшедшее в любом месте макромолекулы, приводит к поражению её активного центра (например, к инактивации белка- фермента). Эти физические и физико-химические процессы занимают доли сек (рис. 3). назад
Большое значение имеют также возраст (рис. 2), физиологическое состояние, интенсивность обменных процессов организма, а также условия облучения. При этом, помимо дозы облучения организма, играют роль: мощность, ритм и характер облучения (однократное, многократное, прерывистое, хроническое, внешнее, общее или частичное, внутреннее), его физические особенности, определяющие глубину проникновения энергии в организм (рентгеновское и гамма-излучение проникает на большую глубину, альфа-частицы до 40 мкм, бета-частицы на несколько мм), плотность вызываемой излучением ионизации (под влиянием альфа- частиц она больше, чем при действии других видов излучения). Все эти особенности воздействующего лучевого агента определяют относительную биологическую эффективность излучения. Если источником излучения служат попавшие в организм радиоактивные изотопы, то огромное значение для испускаемого этими изотопами, имеет их химическая характеристика, определяющая участие изотопа в обмене веществ, концентрацию в том или ином органе и характер облучения организма. Рис. 2. Выживаемость облученных мышей (ЛД 50/30) в зависимости от возраста назад
ЧЕРНОБЫЛЬСКАЯ АЭС ЧЕРНОБЫЛЬСКАЯ АЭС, на Украине, Киевская обл. Мощность 3000 МВт (3 энергоблока по 1000 МВт). 1-й блок введен в действие в В апреле 1986 на 4-м энергоблоке произошла авария, в результате которой значительная часть территории Украины, Белоруссии, Брянской и Калужской обл. Российской Федерации подверглась радиоактивному загрязнению. Население, проживавшее в 30-километровой зоне от АЭС, постепенно было эвакуировано. К ноябрю 1986 аварийный блок был изолирован. тысячи людей получили большие дозы облучения. Саркофаг над четвертым энергоблоком Чернобыльской АЭС. Установлен в 1998 г. организацией Greenpeace. Типичный символ, означающий радиацию/радиационное заражение. В чернобыле их установили почти везде!!! назад
19 Средства индивидуальной защиты при работе с «открытыми» источниками ионизирующих излучений. Как правило, к ним добавляют противогазы в качестве абсорбентов РА пыли. назад