Безопасность жизнедеятельности (медико-биологические основы)
..pdfЕсли мощность дозы очень мала, то даже ежеднев ные облучения в течение всей жизни человека не смогут оказать заметно выраженного поражающего действия. Таким образом, фактор времени крайне значим в биоло гическом эффекте излучения. Это еще раз свидетельству ет о том, что организм обладает способностью восста навливать основную часть радиационного поражения. Многократное прерывистое (фракционированное) воздей ствие излучения также приводит к значительному сниже нию поражающего действия. Неравномерные лучевые воздействия, которые встречаются на практике в подав ляющем большинстве случаев, переносятся в целом зна чительно легче, чем «классические» общие равномерные облучения, рассмотренные нами ранее.
Внастоящее время разработаны эффективные меры
иправила защиты людей, работающих с источниками ионизирующих излучений. Профилактика радиационных поражений осуществляется путем проведения комплекса санитарно-гигиенических, санитарно-технических и спе циальных медицинских мероприятий.
Средства противохимической защиты (защитная одеж да, противогазы или респираторы и т.п.) оказывают из вестный защитный эффект от воздействия радиоактив ных веществ. В случаях, когда неизбежно облучение в дозах, превышающих ПДД, профилактика осуществля ется методом фармакохимической защиты.
Врезультате многочисленных радиобиологических ис следований обнаружены вещества, которые при введе нии в организм за определенное время до облучения сни жают в той или иной степени радиационное поражение. Такие вещества называются радиозащитными, или ра диопротекторами. Большинство изученных в настоящее рремя радиопротекторов оказывают положительный эф фект при введении их в организм за сравнительно корот-
кое время до облучения. Они улучшают течение лучевой болезни, ускоряют восстановительные процессы, повы шают эффективность терапии и увеличивают выживае мость. '
Кроме радиопротекторов, должное внимание сле дует уделять биологической защите, которая осуществ ляется с помощью адаптогенов. Эти вещества не обла дают специфическим действием, но зато повышают об щую сопротивляемость организма к различным небла гоприятным факторам, в том числе и к ионизирующим излучениям. Адаптогены назначают многократно за не сколько дней или недель до облучения. К ним следует отнести препараты элеутерококка, женьшеня, лимон ника китайского, витаминно-аминокислотные комплек сы, некоторые микроэлементы, АТФ, дибазол и др. Механизм действия этих препаратов необычайно ши рок. В понятие биологической защиты входят и такие мероприятия, как акклиматизация к гипоксии, вакци нация, хорошее питание, занятие физической культу рой и т.д. Все это, безусловно, повышает устойчивость организма. Злоупотребление алкоголем, никотином, наркотиками снижает устойчивость организма к облу чению.
Эффективным способом противорадиационной защи ты является локальное экранирование критических орга нов и систем.
3.10. Влияние лазерного излучения на человека
Одним из чудес XX в. явилось создание квантовой электроники — самой молодой области современной фи зики, нашедшей широкое применение в науке и технике.
Ее рождение можно отнести к 1954 г., когда впервые в научной печати одновременно и независимо появились сообщения о создании нового метода генерации и усиле ния радиоволн с помощью пучка активных молекул ам миака (Физический институт Академии наук СССР им. П. Н. Лебедева — Н. Г. Басов и А. М. Прохоров; Колумбийский университет США — Ч. Таунс с сотруд никами — впоследствии указанные авторы были удосто ены Нобелевской премии).
Идея молекулярного усиления электромагнитных волн в неравновесных газовых средах впервые была вы сказана В. А. Фабрикантом с сотрудниками.
В 1960 г. получено излучение квантового генератора на рубине в видимом диапазоне (Т. Мейман, США). В конце 1960 г. появился газовый оптический квантовый генератор на смеси He-Ne (А. Джаван, В. Беннет, Д. Эр- риот—США), а годом позже — первый полупроводни ковый оптический квантовый генератор (Н.Г. Басов —
СССР). Квантовая электроника появилась на стыке радиофизики, оптики, атомной физики, радиоэлектро ники и способствовала слиянию оптики с квантовой ра диофизикой.
Эта область современной физики объединяет процес сы и приборы, в которых электроны, атомы, молекулы рабочей среды взаимодействуют с вынужденным (инду цированным, стимулированным) излучением внешнего поля.
В отличие от вакуумных электронных приборов СВЧ, где электроны являются свободными и процессы их взаи модействия описываются классической механикой, кван товые приборы отличаются рядом особенностей от своих классических собратьев. Принцип действия квантовых приборов объясняется на основе положений квантовой ме ханики.
Оптические и микроволновые квантовые генераторы особенно в зарубежной литературе называются соответ ственно «лазерами» и «мазерами» (по первым буквам ан глийских названий):
«maser» — microwave
amplification by stimulated emission of radiation
«laser» — light
Следовательно, мазеры — квантовые усилители и ге нераторы, работающие в сантиметровом и миллиметро вом диапазонах длин волн, а лазеры — квантовые прибо ры, работающие в оптическом диапазоне от дальней об ласти инфракрасного излучения до вакуумного ультра фиолета, включая видимый диапазон. Принцип работы этих квантовых приборов одинаков, за исключением кон структивных особенностей * обусловленных различием техники, применяемой на отдельных участках электро магнитного спектра.
В отличие от всех известных оптических источников, излучение лазеров обладает чрезвычайно высокой интен сивностью. Мощность твердотельного оптического кван тового генератора (ОКГ) может достигать 1012 Вт. При фокусировке это излучение можно сконцентрировать в малом пятне. Из оптики известно, что минимальный радиус пятна rs при фокусировке пропорционален длине волны г. -Л,. Предположим, что Х=1 мкм. Учитывая, что на практике получить теоретический предел доволь но трудно из-за несовершенства оптических систем, при мем rs —10 мкм. Тогда интенсивность излучения Ws со ставит
Ws = W/4p rs2 ~ 3 1017 BT/CM2. |
(3.1) |
Таким образом, плотность мощности лазерного из лучения может достигать чрезвычайно высоких значений порядка 1017 Вт/см'2 и более.
При воздействии такого излучения на вещество развиваются чрезвычайно высокие температуры порядка 10б К и выше.
Лазерное излучение, обладая чрезвычайно высокой интенсивностью, позволяет получать высокие значения электрической напряженности в потоке. Эти значения сравнимы с внутриатомными полями. Максимальное значение электромагнитной связи электрона с протоном
было определено у водорода: |
|
Ё„=е/г„’ , |
(3.2) |
где е — заряд электрона; г0 —радиус электронной орбиты.
При г0«Ю'8 см величина Ен=109 В-см-1.
Как известно, интенсивность поля (плотность мощ ности) связана с напряженностью электрического поля Е соотношением
Ws= e 0c E 2, |
(3.3) |
где е0— диэлектрическая проницаемость вакуума; с — скорость света.
Лазерное излучение дает возможность относительно просто варьировать мощность лучевого потока, изменять направление его распространения с помощью фокусиру ющих линз, внешних коллиматоров, отражающих зер кал или специальных устройств. В настоящее время раз работано значительное число методов и устройств, по зволяющих производить модуляцию с использованием эффектов Фарадея, Керра, Покельса и других явлений.
Свойства лазеров позволяют получить необычайно вы сокое значение яркости излучения. Яркость лазерного ис
точника на много порядков превышает яркость Солнца и мощность искусственных источников спонтанного опти ческого излучения.
Лазерные системы, являясь продуктом созидательной деятельности человека, помимо широчайшего научно-тех нического и промышленного применения имеют чрезвы чайно разнообразное применение в медицине, биологии, биотехнологии, генной инженерии и т.п. Воздействие ла зерного излучения на человека, живой организм, живую клетку многолико и противоречиво. С одной стороны, осторожное, продуманное использование лазерного из лучения дает возможность получить много нового, неожи данного, полезного. В настоящее время лазерное излуче ние используется и как хирургический нож для удаления злокачественных опухолей и других образований, и как тонкий инструмент в микрохирургии глаза, и как цели тельный луч для лечения самых разнообразных заболе ваний сердца, печени, вегетативно-сосудистой системы, пищеварительного тракта и т. д.
С другой стороны, лазерное излучение представляет определенную опасность при неосторожном и неумелом его использовании. Даже работа с маломощным лазе-
.ром представляет опасность прежде всего для глаз. При более мощном излучении могут быть получены долго незаживающие ожоги кожи. При соответствующих ме рах безопасности и правильной оценке степени риска ра бота с лазерными источниками может быть сведена до такого же уровня, как работа с другим электротехничес ким оборудованием.
Человечество и все живое со дня своего рождения под вергается воздействию прежде всего электромагнитного излучения. Поэтому для человека излучения мазеров и лазеров не представляют принципиально нового вида из
лучений, хотя и обладают рядом специфических свойств по сравнению с другими некогерентными источниками видимого света, УФ-, инфракрасного и СВЧ-излучений.
Лазерное излучение даже очень малой интенсивнос ти при определенных условиях может сфокусироваться в глазной среде и представить опасность для сетчатки гла за, которая является светочувствительной поверхностью дна глазного яблока.
Сетчатка глаза подвержена опасности воздействия ла зерного излучения в диапазоне длин волн от 0,4 мкм до 1,4 мкм. Вне этого участка падающее излучение погло щается роговой оболочкой, которая является передним прозрачным слоем глаза и может быть тоже поражена в указанном диапазоне длин волн.
Глазная линза обладает фокусирующими свойства ми и вследствие этого сетчатка становится наиболее чув ствительной и поражаемой областью глаза. Поток ла зерного излучения, падающего на глаз, может фокуси роваться на поверхности сетчатки в малое пятно, поэто му на площади фокального пятна интенсивность излу чения может оказаться значительно выше, чем на рого вой оболочке, т. е. на входе глаза. Например: отноше ние интенсивностей на входе глаза и на фокальном пят не сетчатки пропорционально (го/гп)2, где го, гп — соот ветственно радиусы зрачка глаза и фокального пятна. При характерных размерах го» 0,2 см и гп * 10 мкм, име ем (го/гп)2 =4-104. Отсюда видно, что благодаря фокуси рующим свойствам глаза интенсивность на сетчатке гла за может быть увеличена примерно на четыре порядка по сравнению с интенсивностью на входе глаза. Из это го следует, что для сетчатки может оказаться губитель ной та интенсивность, которая совершенно не опасна для других частей тела.
Для оценки биологического воздействия лазерных из лучений на сетчатку вводятся пороговые значения мощ ности на единицу поверхности сетчатки, вызывающие об наруживаемые повреждения на ее поверхности. Значения этих пороговых мощностей зависят от размеров пятна, дли тельности импульса, длины волны падающего лазерного излучения, режимов работы лазера, угла падения лучей, расстояния до источника и других факторов.
Лазерное излучение голубой области видимого све та опаснее для сетчатки, чем излучение в красной обла сти при равенстве мощности облучения. Это объясняет ся дополнительным фотохимическим действием корот коволнового участка видимого диапазона. При работе с когерентными источниками УФ-диапазона следует про являть особую осторожность, так как излучения с дли ной волны менее 0,32 мкм даже при низких уровнях мощности приводят к фотоофтальмии (солнечному «ожогу»). Излучение в этой области спектра обладает кумулятивным эффектом и сразу после облучения не вызывает ощущения «песка в глазу». Болевое ощуще ние проявляется спустя некоторое время (несколько ча сов после облучения).
Излучение С 02-лазера (Х= 10,6 мкм) вызывает по вреждение эпителия роговой оболочки. Механизм по вреждения в этом случае имеет тепловую природу в от личие от фотохимического действия УФ-излучения.
Определенную опасность для зрения представляют спонтанные излучения ламп оптической накачки, теп ловое излучение поглотителей, используемых при ра боте мощных лазеров, газоразрядных трубок. Эти уст ройства необходимо учитывать с целью уменьшения влияния вредных и опасных факторов, возникающих при работе с ними.
Все аспекты воздействия лазерных излучений на зре ние в настоящее время до конца не изучены и требуют дальнейших исследований.
При рассмотрении процессов воздействия лазерного излучения на кожный покров прежде всего необходимо учитывать длину волны и мощность падающего излу чения и пигментацию кожи. Чем выше пигментация кожи в видимом диапазоне, тем меньше ее отражательная спо собность. Однако при больших уровнях мощности и дли нах волн более 2 мкм и менее 0,3 мкм пигментация кожи большой роли не играет. В средней и дальней областях инфракрасного диапазона кожный покров сильно погло щает излучение, так как клетки кожного покрова содер жат более 60% воды, которая является широкополосным поглотителем.
Особую опасность для кожного покрова представляет излучение С 02-лазеров по следующим причинам:
•на длине волны 10,6 мкм коэффициент поглоще ния кожного покрова очень высок и падающее из лучение почти целиком поглощается в очень тон ком слое, что усиливает эффект ожога;
•излучение на этой длине волны невидимое (без спе-* циальных мер визуализации), что усиливает сте пень риска при работе;
•этот тип лазеров очень распространен и имеет зна чительные мощности, что требует особых мер бе зопасности.
При воздействии мощных коротких импульсов на кож ный покров могут возникать ударные волны, вызываю щие смещение и повреждение-органов.
Проблема безопасности при работе с квантовыми при борами не ограничивается только самим лазерным пото
ком, но и связана с другими факторами, сопровождаю щими эксплуатацию этих устройств. К ним относятся:
•повышенные напряжения блоков электропитания (часто сильноточных, с большими накопителями электрической энергии);
•наличие вредных и агрессивных веществ, приме няемых в качестве компонент рабочих сред и во
вспомогательных устройствах (модуляторах, затво рах и т. п.). К ним относятся, например, F+H 2, H +F2, Н + С12, СО, HF, пары свинца и других ме таллов, SeOCl2, СН3ОН, углеводороды, галогеноводороды, кислоты и многие другие;
•наличие вредных и опасных продуктов лазерной де струкции, образующихся при термохимическом воз действии мощного лазерного излучения на различ ные мишени.
Для безопасной работы с лазерами необходимо:
•избегать попадания прямых, отраженных и диф фузно отраженных лазерных потоков на тело, осо бенно в глаза;
•применять оградительные поглощающие барьеры (экраны) по пути распространения лазерного пото ка и электромеханических блокировок;
•применять индивидуальные меры защиты, в осо бенности защитные очки (щитки);
•размещать облучаемую лазерным потоком мишень в локальных вытяжных боксах;
•ограничить доступ к мощным лазерным системам;
•обеспечить помещения, где размещаются мощные лазеры, специальными световыми табло, плаката ми, дверями, заблокированными с блоками пита ния лазеров;
•обучение персонала правилам безопасной работы и т.д.