Проект лазер вред или польза
Лазеры и излучение от них используется человечеством уже довольно давно. Помимо медицинской среды эксплуатации подобные устройства получили широкое применение в технических отраслях промышленности. Взяли их на вооружение специалисты из области декорирования и создания спецэффектов. Теперь ни одно масштабное шоу не обходится без сцены с лазерными лучами.
Чуть позже такое излучение перестало принимать только промышленные формы и стало встречаться в быту. Но не все знают, как отражается влияние лазерного излучения на организм человека при регулярном и периодическом облучении.
Что такое лазерное излучение?
Лазерное излучение рождается по принципу создания света. В обоих случаях используются атомы. Но в ситуации с лазерами присутствуют другие физические процессы, и прослеживается воздействие электромагнитного поля внешнего типа. Из-за этого ученые называют излучение от лазеров вынужденным или стимулированным.
В терминологии физики лазерным излучением называют электромагнитные волны, которые распространяются почти параллельно по отношению друг к другу. Из-за этого лазерный луч отличается острой направленностью. Кроме этого такой луч обладает небольшим углом рассеивания совместно с огромной интенсивностью влияния на поверхность, которую облучают.
Главным отличием лазера от стандартной лампы накаливания считается спектральный диапазон. Лампа числится рукотворным источником света, который излучает электромагнитные волны. Спектр освещения у классической лампы составляет почти 360 градусов.
Воздействие лазерного облучения на все живое
Вопреки стереотипам, влияние лазерного излучения на организм человека не всегда подразумевает что-то негативное. Из-за повсеместного использования квантовых генераторов в разных жизненных сферах ученые решили задействовать возможности узконаправленного луча в медицине.
В ходе многочисленных исследований стало понятно, что лазерное облучение имеет несколько характерных свойств:
- Повреждения от лазера могут производиться не только в процессе прямого воздействия на организм из аппарата. Нанести ущерб может даже рассеянное облучение или отраженные лучи.
- Между степенью поражения и основными параметрами электромагнитной волны прослеживается прямая связь. Также на тяжесть поражения влияет расположение облученной ткани.
- Негативный эффект при поглощении тканями энергии может выражаться в тепловом или световом воздействии.
Но вот последовательность при поражении лазером всегда предусматривает идентичный биологический принцип:
- повышение температуры, которое сопровождается ожогом;
- закипание межтканевой и клеточной жидкостей;
- образование пара, создающего весомое давление;
- взрыв и ударная волна, разрушающие все ткани поблизости.
Зачастую неправильно использованный лазерный излучатель несет, в первую очередь, угрозу для кожных покровов. Если влияние было особенно сильным, то кожа будет выглядеть отечной, со следами многочисленных кровоизлияний. Также на теле будут встречаться большие участки омертвевших клеток.
Задевает такое облучение и внутренние ткани. Но при масштабных внутренних поражениях рассеянное воздействие лучами не столько сильно, как прямое или отраженное зеркально. Подобные повреждения будут гарантировать патологические изменения в функционировании различных систем организма.
Кожный покров, который страдает больше всего, является защитой внутренних органов каждого человека. Из-за этого он берет большую часть негативного воздействия на себя. В зависимости от разных степеней поражения на коже будут проявляться покраснения или прослеживаться некроз.
Исследователи пришли к выводу, что люди с темной кожей менее восприимчивы к глубинным поражениям из-за лазерного облучения.
Схематически все ожоги можно разделить на четыре степени вне зависимости от пигментации:
- I степень. Подразумевает стандартные ожоги эпидермиса.
- II степень. Включает ожоги дермы, что выражается в образовании характерных пузырей поверхностного слоя кожи.
- III степень. Основывается на глубинных ожогах дермы.
- IV степень. Самая опасная степень, которая отличается деструкцией всей толщины кожи. Поражение охватывает подкожную клетчатку, а также соседствующие к ней слои.
Лазерные поражения глаз
На втором месте в негласном рейтинге возможного отрицательного влияния лазера на организм человека находятся поражения органов зрения. Короткие лазерные импульсы способны за небольшой промежуток времени вывести из строя:
- сетчатку,
- роговицу,
- радужную оболочку,
- хрусталик.
Причин для подобного воздействия существует несколько. Основными из них выступают:
- Невозможность вовремя среагировать. Из-за того что длительность импульса составляет не более 0,1 секунды, человек не успевает моргнуть. Из-за этого глаз остается незащищенным.
- Легкая уязвимость. По своим особенностям хрусталик и роговица считаются сами по себе уязвимыми органами.
- Оптическая глазная система. Из-за фокусировки лазерного излучения на глазном дне, точка облучения при попадании на сосуд сетчатки способна закупорить его. Так как там нет болевых рецепторов, то повреждение обнаружить мгновенно не получится. Только после того как выжженная территория становится больше, человек замечает отсутствие части изображения.
Чтобы быстрее сориентироваться при потенциальном поражении, эксперты советуют прислушиваться к таким симптомам:
- спазмы век,
- отек век,
- болевые ощущения,
- кровоизлияние в сетчатке,
- помутнение.
Опасности добавляет тот факт, то поврежденные лазером клетки сетчатки теряют возможность восстановиться. Так как интенсивность облучения, влияющего на органы зрения ниже, чем идентичный порог для кожи, врачи призывают к осторожности.
Следует остерегаться инфракрасных лазеров разного типа, а также приборов, которые генерируют излучение с мощностью свыше 5 мвт. Распространяется правило на технику, выдающую лучи видимого спектра.
Взаимосвязь между лазерной волной и ее сферой применения
Каждая из областей применения лазерного излучения ориентируется на строго определенный показатель длины волны.
Данный показатель напрямую зависит от природы. Вернее, от электронного строения рабочего тела. Это означает, что ответственной за длину волны выступает среда, где происходит генерация ее излучения.
В мире имеются разные виды твердотельных и газовых лазеров. Задействованные лучи должны принадлежать к одному из трех наиболее распространенных типов:
- видимый,
- ультрафиолетовый,
- инфракрасный.
При этом рабочий диапазон облучения может колебаться от 180 нм до 30 мнм.
Особенности влияния лазера на человеческий организм базируются на длине волны. Так, например, человек быстрее реагирует на зеленый лазер, чем на красный. Последний не отличается безопасностью для всего живого. Причина кроется в том, что наше зрение почти в 30 раз луче воспринимает зеленый, нежели красный цвет.
Как защититься от лазера?
В большинстве случаев защита от лазерного излучения нужна тем людям, чья работа тесно связана с его постоянным использованием. Если предприятие имеет на своем балансе любой тип квантового генератора, то его руководители обязательно производят инструктаж своих сотрудников.
Эксперты разработали отдельную сводку правил поведения и безопасности, которые позволят защитить сотрудника от возможных последствий излучения. Главным правилом выступает наличие средств индивидуальной защиты. Причем подобные средства могут разительно отличаться в зависимости от прогнозируемой степени опасности.
Всего в международной классификации предусмотрено разделение на четыре класса опасности. Соответствующую маркировку должен указать изготовитель. Только первый класс считается относительно безопасным даже для органов зрения.
Ко второму классу принадлежат излучения прямого типа, которые поражают органы глаз. Также к представленной категории причислено зеркальное отражение.
Гораздо опаснее излучение третьего класса. Его прямое воздействие угрожает глазам. Не менее опасно отраженное излучение диффузного типа на расстоянии 10 см от поверхности. Кожные поражения будут происходить не только при прямом воздействии, но и при зеркально отраженном.
При четвертом классе страдает и кожа, и глаза при различных форматах воздействия.
К коллективным защитным мерам на производстве причисляют:
- специальные кожухи,
- защитные экраны,
- световоды,
- инновационные методы слежения,
- сигнализации,
- блокировки.
Из относительно примитивных, но действенных способов выделяют ограждение зоны, где производится облучение. Это позволит защитить работников от случайного облучения по неосторожности.
Также на особо опасных предприятиях обязательно использовать средства индивидуальной защиты сотрудников. Они подразумевают под собой особый комплект спецодежды. Не обойтись во время работы и без ношения очков, предусматривающих защитное покрытие.
В качестве профилактики врачи рекомендуют просто придерживаться правил техники безопасности и эксплуатации установки. Нельзя отказываться и от регулярного прохождения медицинской комиссии.
Лазерные гаджеты и их излучение
Многие не подозревают о том, насколько серьезными могут быть последствия бесконтрольной эксплуатации самодельных устройств с лазерным принципом. Касается это самодельных конструкций вроде лазерных:
- светильников,
- указок,
- фонариков.
Особенно это касается старшеклассников, которые стремятся провести ряд опытов, не имея представления о правилах безопасности при их конструировании.
Использовать лазеры домашнего производства в помещениях, где присутствуют люди, недопустимо. Также нельзя направлять лучи на стекла, металлические пряжки и прочие предметы, которые могут давать отблески.
Даже если луч отличается небольшой интенсивностью, он может привести к трагедии. Если навести лазер на глаза водителя во время активного движения, то он может ослепнуть и не справиться с управлением.
Ни при каких обстоятельствах нельзя заглядывать в объектив лазерного источника излучения. Отдельно стоит учитывать то, что очки для работы с лазером должны быть рассчитаны на ту длину волны, которую будут генерировать выбранные аппараты.
Чтобы не допустить серьезной трагедии доктора просят прислушаться к этим рекомендациям и следовать им всегда.
- Автор: Елена
- Распечатать
Оцените статью:
Источник
Автор работы:
Чираев Азат Рустамович
Руководитель проекта:
Любавина Светлана Анатольевна
Учреждение:
ГАПОУ РС(Я) МРТК филиал «Удачнинский»
В готовой ученической исследовательской работе по физике на тему «Лазерные технологии» автор изучает лазерные технологии и их применение в современной жизни, определяет постоянный темп роста развития лазерных технологий и их внедрения в нашу жизнь.
Подробнее о работе:
В рамках исследовательского проекта по физике о лазерных технологиях и их применении автор рассмотрел сведения из истории создания лазеров и хронологию их развития до сегодняшнего дня. В проекте представлены характеристики современных лазерных технологий и указаны причины их востребованности и развития. Автор описывает лазер-устройство и принцип его действия, дает характеристику свойств лазерного излучения.
В ходе учебного исследовательского проекта по физике «Лазерные технологии и их применение» учащийся провел исследование высокой интенсивности лазерного излучения, подробно описал все виды лазеров, провел проверку монохромотичности и возможности фокусировки лазерного луча, изучил особенности применения лазерных технологий в медицине и вооруженных силах. Автор проекта провел эксперимент, направленный на выявление способа повышения мощности лазерного излучения.
Оглавление
Введение
1. История создание лазеров.
2. Лазер-устройство и принцип действия.
3. Свойства лазерного излучения (принципы работы лазера) .
4. Высокая интенсивность лазерного излучения.
5. Основные виды лазеров.
6. Проверка монохромотичности и возможности фокусировки лазерного луча.
6.1 Вооружение.
6.2 Медицина.
7. Эксперимент.
Заключение
Список литературы
Ведение
Данная работа посвящается изучению лазеров и их применения в различных сферах деятельности человека.
Уникальные свойства излучения лазеров позволили использовать их в различных отраслях науки и техники, а также в быту, начиная с чтения и записи компакт-дисков, считывания штрих-кодов в магазинах и заканчивая исследованиями в области управляемого термоядерного синтеза.
В последние годы открываются принципиально новые виды лазеров, обладающих высоким коэффициентом полезного действия. Так же, лазеры упрощаются и дорабатываются под нужды той или иной отрасли жизнедеятельности людей. В результате этого существенно расширился диапазон выполняемых функций лазерной техники. Наряду с увеличением производительности и качества традиционных лазерных технологических процессов обработки были разработаны новые процессы, обеспечивающие общий прогресс развития теории и практики в технологии приборостроения.
В настоящее время применение лазерных технологий в приборостроительном производстве чрезвычайно разнообразно. К числу таких технологий относятся сварка, терм упрочнение, легирование, наплавка, резка, размерная обработка, маркировка, гравировка, прецизионная микросварка и многие другие. В некоторых случаях лучевые технологии находятся вне конкуренции, так как с помощью лазеров можно получить технические и экономические результаты, которых нельзя достичь другими техническими средствами.
Развитие современного производства обуславливает все возрастающее внедрение наукоемких технологий, в частности, лазерной обработки материалов. Такая обработка является одной из технологий, которые определяют современный уровень производства в промышленно-развитых странах. Использование лазерной обработки материалов позволяет обеспечить высокое качество получаемых изделий, заданную производительность процессов, экологическую чистоту, а также экономию людских и материальных ресурсов.
Цель исследования: Целью данной работы является изучение лазерных технологий и применение в современной жизни.
Актуальность данной темы: Выявить постоянный темп рост развития лазерных технологий и их внедрения в нашу жизнь.
Задачи исследования:
- Ознакомиться с принципом работы различных типов лазеров;
- Способы повышения мощности лазерного излучения;
- Выбрать варианты применения лазеров.
Предмет исследования: Лазерные технологии.
История изобретения лазеров
В 1900 году один из талантливейших умов нашей планеты – немецкий ученый Макс Планк открывает элементарную порцию энергии – квант и теоретически описывает связь энергии кванта с частотой электромагнитного излучения, вызвавшей его появление. Спустя 8 лет в 1918 году за свое открытие он получает Нобелевскую премию. Кстати примерно в это же время другой выдающийся ученый Альберт Эйнштейн открывает наименьшую элементарную частицу света – фотон и доказывает теорию дискретности света.
В 1917 году Эйнштейн формулирует теорию «Вынужденного излучения», которая описывает возможность создания условий, при которых электроны одновременно излучают свет одной длины волны. То есть, по сути, он описал теоретическую возможность создания некоего управляемого электромагнитного излучателя, названного впоследствии лазером.
Только через 34 года идея Эйнштейна из теории начала превращаться в реальность. В 1951 году профессор Колумбийского университета Чарльз Таунс решается использовать теорию «вынужденного излучения» для создания реального действующего прибора. В 1954 году он со своими единомышленниками Гербертом Цайгером и Джеймсом гордоном на практике реализует свой замысел, представив на суд общественности – первый в мире реально работающий лазер.
Правда, тогда он назывался «мазер». Прибор генерировал очень тонкий луч света на частоте 100 Гц мощностью 10 нВт. Конечно же, по сегодняшним меркам это немного, но тогда это был настоящий прорыв в оптоэлектронике.
Спустя год в 1955 году советские ученые Александр Прохоров и Николай Басов из Института физики Академии наук CCCP совершенствуют конструкцию мазера, изменяя метод накачки электронов. В 1964 году они вместе с Таунсом получают за свои открытия Нобелевскую премию. В 1956 году американский ученый Николас Блумберген из Гарвардского университета разрабатывает твердотельный мазер. До этого существовали только газовые.
Что касается самого названия, то впервые термин «лазер» упоминает в своих научных работах выпускник Колумбийского университета и коллега по научным изысканиям Чарльза Таунса – Гордон Гуд. Это произошло в 1957 году. Почему такое изменение? Дело в том, что первые мазеры работали не в оптическом диапазоне и были невидимы для человеческого глаза. Таунс же разработал конструкцию оптического свет генерирующего прибора, а Гуд ввёл понятие «лазер» и нотариально заверил право первого, кто описал принцип работы этого прибора.
Затем лазерная техника получила бурное развитие. Появились: газовые, газодинамические, химические лазеры, лазеры на свободных электронах, волоконные и другие.
С момента своего изобретения лазеры зарекомендовали себя как «готовые решения ещё неизвестных проблем». В силу уникальных свойств излучения лазеров, они широко применяются во многих отраслях науки и техники, а также в быту.
Лазеры широко применяются в научных измерениях и экспериментах. Они позволяют создать высокую точность там, где это потребуется.
Современные источники лазерного излучения дают в руки экспериментаторов монохроматический свет с практически любой желаемой длиной волны. В зависимости от поставленной задачи это может быть, как непрерывное излучение с чрезвычайно узким спектром, так и ультракороткие импульсы длительностью вплоть до сотен аттосекунд (1 ас = 10−18 секунды).
Лазеры применяются в информационной сфере. Лазерные принтеры и лазерные проигрыватели компакт дисков прочно вошли в наш обиход.
Лазер используется в строительстве. Лазерные уровни, угломеры и линейки позволяют делать замеры с большой точностью.
Также лазеры применяются в быту. Лазерные указки, считыватели штрих-кодов и тому подобная техника успела завоевать популярность.
Лазер, устройство и принцип действия
Лазер или оптический квантовый генератор- это устройство, преобразующее энергию накачки (энергию, подводимую к активной среде) в энергию когерентного, монохроматического, поляризованного и узконаправленного потока излучения.
Другими словами, это устройство, преобразующее энергию накачки в более качественную энергию – энергию электромагнитного поля (лазерный луч). Качество лазерной энергии определяется ее высокой концентрацией и возможностью передачи на значительные расстояния. Преимуществом лазера является то, что его луч можно сфокусировать в очень маленькое пятнышко диаметром порядка световой волны и получить плотность энергии, превышающую плотность ядерного взрыва. К преимуществам лазера также относится то, что лазерный луч является самым емким носителем информации.
Излучение лазера может быть непрерывным, с постоянной мощностью или импульсным, достигающим предельно больших пиковых мощностей. Существует большое количество видов лазеров, использующих в качестве рабочей среды все агрегатные состояния вещества. Некоторые типы лазеров, например, лазеры на растворах красителей или полихроматические (основанные на комбинации нескольких цветов) твердотельные лазеры, могут генерировать целый набор частот в широком спектральном диапазоне. (Таблица 1)
Габариты лазеров разнятся от микроскопических для ряда полупроводниковых лазеров до размеров футбольного поля.
В основе работы лазеров лежат три явления: поглощение веществом энергии, спонтанное и вынужденное излучения возбужденной системы атомов.
Устройство лазера зависит от его назначения, режима работы, диапазона генерируемых длин волн, уровня генерируемой мощности или энергии. Оно во многом определяется также тем, какой вид энергии преобразуется лазером в когерентное излучение.
Следовательно, почти каждый лазер должен состоять из:
- Активного элемента (активной среды)
- Элемента накачки
- Резонансного оптического усилителя (системы обратной связи)
- Схемы отвода генерируемой мощности (только в мощных лазерах)
Предназначение элементов, входящих в строение лазера
Каждая лазерная система состоит из активной среды, помещенной между парой оптически параллельных и высоко отражающих зеркал, одно из которых полупрозрачное, и источника энергии для ее накачки. Чтобы лазер начал генерировать излучение, необходимо подвести энергию к его активной среде, чтобы создать в ней инверсную населенность. Данный процесс и называется накачкой лазера.
1. Активный элемент – Среда, которая «вбирает» в себя энергию и пере излучает ее виде когерентного излучения. Это может быть кристалл, раствор, газ или полупроводник, обеспечивающий конкретную длину волны в зависимости от своего химического состава. Среда, в которой создана инверсная населенность уровней, называется активной.
2. Элемент накачки – устройство, поставляющее энергию для насыщения активной среды и переработки ее в когерентное излучение. Накачка может быть оптической (лампы), а также лазерной, химической и даже тепловой. Накачка лазера – осуществление инверсии населенности, в веществе. Она происходит за счет поглощения энергии внешнего электромагнитного излучения или другими воздействиями.
3. Резонансный оптический усилитель – система с положительной обратной связью, состоящая из двух зеркал, одно из которых непрозрачное, а другое полупрозрачное. Зеркала, отражая часть излучения в активное вещество, играют роль резонатора, обеспечивающего многократное усиление и направленность генерируемого излучения. С выхода резонансного оптического усилителя часть сигнала снова поступает на вход, многократно при этом усиливаясь, при этом поступающий с выхода на вход сигнал согласован с изначальным входным сигналом по фазе. Это необходимо для возникновения генерации света.
Вещество помещается между парой зеркал таким образом, что свет, отражающийся в них, каждый раз проходит через него. При этом в среде должна поддерживаться инверсная населенность уровней. Достигнув значительного усиления, свет проникает сквозь полупрозрачное зеркало.
4 Схемы отвода генерируемой мощности.
Важным условием работы лазера является усиление лазерного излучения в так называемых активных средах из-за лавинного размножения квантов излучения. Понятно, что чем больше активной среды и уровень накачки, тем больше интенсивность выходящего из нее излучения. Лазерное излучение по своей структуре представляет собой совокупность отдельных порций фотонов, время образования и выхода которых, могут различаться.
Именно индуцированное излучение является физической основой работы лазеров.
Источник