Другая версия ответа:

Источниками электромагнитных полей широкого спектра частот являются персональные компьютеры и электробытовые приборы. Источниками электромагнитных излучений радиочастот являются антенны радиоцентров связи, вещания, телевидения, радиолокационные станции, базовые станции сухопутной подвижной радиосвязи.

Экранирование — наиболее эффективный способ защиты. Электромагнитное поле ослабляется экраном вследствие создания в толще его поля противоположного направления. Степень ослабления электромагнитного поля зависит от глубины проникновения высокочастотного тока в толщу экрана. Чем больше магнитная проницаемость экрана и выше частота экранируемого поля, тем меньше глубина проникновения и необходимая толщина экрана. Экранируют либо источник излучений, либо рабочее место. Экраны бывают отражающие и поглощающие. Для защиты работающих от электромагнитных излучений применяют заземленные экраны, кожухи, защитные козырьки, устанавливаемые на пути излучения. Средства защиты (экраны, кожухи) из радиопоглощающих материалов выполняют в виде тонких резиновых ковриков, гибких или жестких листов поролона, ферромагнитных пластин. Для защиты от электрических полей сверхвысокого напряжения (50 Гц) необходимо увеличивать высоту подвеса фазных проводов ЛЭП. Для открытых распределительных устройств рекомендуются заземленные экраны. К средствам индивидуальной защиты от электромагнитных излучений относят переносные зонты, комбинезоны и халаты из металлизированной ткани, осуществляющие защиту организма человека по принципу заземленного сетчатого экрана. При эксплуатации лазерных установок обслуживающий персонал может подвергаться воздействию ряда опасных и вредных производственных факторов. Основную опасность представляют прямое, рассеянное и отраженное излучение.

Наиболее чувствительным органом к лазерному излучению являются глаза — повреждения сетчатки глаз могут быть при сравнительно небольших интенсивностях.

Лазерная безопасность — это совокупность технических, санитарно-гигиенических и организационных мероприятий, обеспечивающих безопасные условия труда персонала при использовании лазеров. Способы защиты от лазерного излучения подразделяют на коллективные и индивидуальные.

Коллективные средства защиты включают: применение телевизионных систем наблюдений за ходом процесса, защитные экраны (кожухи); системы блокировки и сигнализации; ограждение лазерно-опасной зоны. Для контроля лазерного излучения и определения границ лазерно-опасной зоны применяют калориметрические, фотоэлектрические и другие приборы.

В качестве средств индивидуальной защиты используют специальные противолазерные очки, щитки, маски, технологические халаты и перчатки. Для уменьшения опасности поражения за счет уменьшения диаметра зрачка оператора в помещениях должна быть хорошая освещенность рабочих мест

Билет №17

2. Лазер как распределенная автоколебательная система. Собственные моды резонатора. Виды резонаторов. Основные типы лазеров, применяемых в медицине.

Оптический квантовый генератор — устройство, преобразующее энергию накачки (световую, электрическую, тепловую, химическую и др.) в энергию когерентного, монохроматического, поляризованного и узконаправленного потока излучения. Физической основой работы лазера служит квантовомеханическое явление вынужденного (индуцированного) излучения. Излучение лазера может быть непрерывным, с постоянной мощностью, или импульсным, достигающим предельно больших пиковых мощностей.

Для работы лазера необходима инверсия населённостей, однако получить её для группы атомов, находящихся в термодинамическом равновесии, невозможно. Фактически, прямой переход атомов в возбуждённое состояние будет всегда компенсироваться процессами спонтанного и вынужденного излучений. Лучшее, что может быть достигнуто в такой ситуации — оптическая прозрачность в случае N1 = N2 = N/2, но не усиление. Чтобы достигнуть неравновесного состояния, необходимо использовать косвенные способы перевода атомов в возбуждённое состояние. Чтобы понять, как это работает, мы будем использовать более реалистичную модель, известную как трёхуровневый лазер. Возьмем ещё раз группу из N атомов, но теперь каждый из них может находиться в трёх различных энергетических состояниях, на уровнях 1, 2 и 3 с энергиями E1,E2 и E3, в количестве N1, N2 и N3, соответственно. При этом диаграмма энергетических уровней будет выглядеть следующим образом:

=================================== уровень 3, E3, N3

^ |

| | R (быстрый переход без излучения)

| V

--|-------------------------------- уровень 2, E2, N2

| |

| |

| P (накачка) |

| | L (медленный переход с излучением)

| |

| |

| V

----------------------------------- уровень 1 (осн. состояние), E1, N1

На этой диаграмме E1 < E2 < E3; т. е. энергетический уровень 2 лежит между основным состоянием и уровнем 3.

В самом начале система атомов находится в термодинамическом равновесии, и большинство атомов находится в основном состоянии, т. е. N1 ≈ N, N2 ≈ N3 ≈ 0. Если теперь осветить атомы светом частоты ν31, где E3-E1 = hν31 (h — Постоянная Планка), благодаря поглощению, начнётся процесс перехода атомов в возбуждённое состояние на уровень 3. Такой процесс называется накачкой, и не всегда он вызывается светом. Для этой цели также применяются электрические разряды или химические реакции. Уровень 3 также иногда называют уровнем накачки или полосой накачки, а энергетический переход E1 → E3 — переходом накачки, который показан буквой P на диаграмме. Если мы будем продолжать накачку атомов, мы возбудим до уровня 3 достаточное их количество, т. е. N3 > 0. Далее нам необходимо, чтобы атомы быстро перешли на уровень 2. Освобождённая при этом энергия может излучиться в виде фотона механизмом спонтанного излучения, но на практике рабочее тело лазера выбирают так, чтобы переход 3→2, обозначенный на диаграмме буквой R, проходил без излучения, а энергия тратилась на нагрев рабочего тела. Атом на уровне 2 может перейти на основной уровень, спонтанно излучив фотон частоты ν21 (которую можно найти из выражения E2-E1 = hν21). Этот процесс показан на диаграмме буквой L. Время до этого перехода τ21 значительно превышает время неизлучающего перехода 3→2 — τ32 (τ21 >> τ32). При таком условии, количество атомов на уровне 3 будет примерно равно нулю (N3 ≈ 0), а количество атомов на уровне 2 — больше нуля (N2 > 0). Если на этом уровне удастся удержать больше половины атомов, между уровнями 1 и 2 будет достигнута инверсия населённостей, а на частоте ν21 начнётся оптическое усиление.

Первоисточником генерации является процесс спонтанного излучения, поэтому для обеспечения преемственности поколений фотонов необходимо существование положительной обратной связи, за счёт которой излучённые фотоны вызывают последующие акты индуцированного излучения. Для этого активная среда лазера помещается в оптический резонатор. В простейшем случае он представляет собой два зеркала, одно из которых полупрозрачное — через него луч лазера частично выходит из резонатора. Отражаясь от зеркал, пучок излучения многократно проходит по резонатору, вызывая в нём индуцированные переходы. Излучение может быть как непрерывным, так и импульсным. При этом, используя различные приборы (вращающиеся призмы, ячейки Керра и др.) для быстрого выключения и включения обратной связи и уменьшения тем самым периода импульсов, возможно создать условия для генерации излучения очень большой мощности. Этот режим работы лазера называют режимом модулированной добротности. Из-за особого расположения зеркал в лазерном луче сохраняются лишь те фотоны, которые распространяются в направлении, параллельном оптической оси резонатора на небольшом расстоянии от неё, остальные фотоны быстро покидают объём резонатора. Таким образом луч лазера имеет очень малый угол расходимости.

Существующие типы лазеров можно классифицировать по нескольким признакам. Прежде всего по агрегатному состоянию активной среды: газовые, жидкостные, твердотельные. Каждый из этих больших классов разбивается на более мелкие: по характерным особенностям активной среды, типу накачки, способу создания инверсии и т.д. Например, из твердотельных довольно четко выделяется обширный класс полупроводниковых лазеров, в которых наиболее широко используется инжекционная накачка. Среди газовых выделяют атомарные, ионные и молекулярные лазеры. Особое место среди всех прочих лазеров занимает лазер на свободных электронах, в основе работы которого лежит классический эффект генерации света релятивистскими заряженными частицами в вакууме.

1.Лазер на углекислом газе - это первый хирургический лазер, который активно используется с 1970-х годов по настоящее время.

Высокое поглощение в воде и органических соединениях (типичная глубина проникновения 0,1 мм) делает СО2-лазер подходящим для широкого спектра хирургических вмешательств, в том числе для гинекологии, оториноларингологии, общей хирургии, дерматологии, кожно-пластической и косметической хирургии.

2. Неодимовый лазер - это самый распространенный тип твердотельного лазера и в промышленности, и в медицине. Его активная среда - кристалл алюмоиттриевого граната, активированного ионами неодима Nd:YAG, - позволяет получить мощное излучение в ближнем ИК-диапазоне на длине волны 1,06 мкм практически в любом режиме работы с высоким КПД и с возможностью волоконного выхода излучения. Поэтому вслед за CO2-лазерами в медицину пришли неодимовые как для целей хирургии, так и терапии.

3. Кристалл алюмоиттриевого граната, активированный ионами гольмия, - Ho:YAG, способен генерировать лазерное излучение на длине волны 2,1 мкм, которое хорошо поглощается биотканью. Глубина его проникновения в биоткань составляет около 0,4 мм, т.е. сравнима с CO2-лазером. Поэтому гольмиевый лазер обладает применительно к хирургии всеми преимуществами СО2-лазера. Типичные выходные параметры гольмиевого лазера: средняя выходная мощность 5 - 100 Вт, максимальная энергия излучения - до 6 Дж, частота повторения импульсов - до 40 Гц, длительность импульса - около 500 мкс.

4. Эрбиевый (Er:YAG) лазер имеет длину волны излучения 2,94 мкм (средний ИК-диапазон). Режим работы - импульсный. Глубина проникновения в биоткань излучения эрбиевого лазера составляет не более 0,05 мм (50 мкм), т.е. его поглощение еще в 5 - 10 раз выше, чем у CO2-лазера, и он оказывает исключительно поверхностное воздействие. Такие параметры практически не позволяют коагулировать биоткань. Основные направления применения эрбиевого лазера в медицине:

- микрошлифовка кожи,

- перфорация кожи для взятия проб крови,

- испарение твердых тканей зуба,

- испарение поверхности роговицы глаза для исправления дальнозоркости.

5. В настоящее время существует целая гамма диодных лазеров, имеющих широкий спектр длин волн от 0,6 до 3 мкм и параметров излучения. Основными достоинствами диодных лазеров являются высокий КПД (до 60%), миниатюрность и большой ресурс работы (более 10,000 часов). Основной режим работы диодных лазеров - непрерывный, что ограничивает возможности их использования в лазерной хирургии. При попытках реализовать суперимпульсный режим работы чересчур длинные импульсы (порядка 0,1 с) на длинах волн генерации диодных лазеров в ближнем ИК-диапазоне рискуют вызвать чрезмерный нагрев и последующее ожоговое воспаление окружающих тканей.