Сегодняшняя статья будет несколько занудной, поскольку поднимает те вопросы, которые обычно никто обсуждать не любит. И речь в ней пойдет об основных, наиболее важных вопросов связанных с ТБ по работе с лазерами. Я постараюсь рассказать об этой неприятной, но очень важной теме с минимумом нудных букв и цифр, которые так любят приводить в разных «справочниках по правилам безопасной эксплуатации», разобрав основные вопросы с помощью наглядных и доступных примеров в духе «что будет, если». Какую опасность таит в себе лазер, все ли лазеры одинаково опасны? Будем разбираться.

ВНИМАНИЕ: Данная статья может содержать ошибки и неточности, так как я не специалист в медицинских вопросах.

Как известно, основное свойство лазера – это очень высокая направленность и монохроматичность излучения, значительная мощность светового потока сконцентрирована в очень тонком пучке. В свою очередь каждый из нас снабжен очень чувствительным аппаратом для восприятия света – нашими глазами. Глаза, напротив, спроектированы так, чтобы использовать самые малые уровни интенсивности света для обеспечения их хозяина необходимой зрительной информацией. Уже становится понятно, что сочетание высококонцентрированного и мощного светового пучка с чувствительным зрительным органом уже слабосовместимо, соответственно такой пучок будет представлять опасность. Это, в общем-то, очевидно, если на Солнце нельзя смотреть дольше нескольких секунд, то в луч мощного лазера, который прожигает дырки в бумаге – и подавно. Но не всё так просто. Опасность лазерного излучения сильно зависит от его характера (импульсное или непрерывное), мощности, длины волны. Также очень многие установки основанные на газовых или твердотельных\жидкостных с ламповой накачкой лазерах содержат цепи и элементы, находящиеся под высоким напряжением – трансформаторы, радиолампы, коммутационные разрядники и тиратроны, мощные конденсаторы, которые являются источником электрической опасности. Но на них я заострять внимание не буду, об электробезопасности написана масса литературы и это набившая оскомину тема среди тесластроителей. Здесь я ограничусь лишь рассмотрением опасности только оптической – которую несет непосредственно лазерное излучение.

При варьировании параметров лазера будут также варьироваться механизмы повреждения глаза, которые детально описаны в специализированной литературе. Эффекты, производимые лазерным излучением, безотносительно его мощности описаны на картинке:

Эти данные не стоит принимать за истину в последней инстанции, это лишь версия одной из книг. Описанные эффекты могут комбинироваться в любых соотношениях, в зависимости от остальных параметров – мощности и длины волны. Строго говоря импульсный режим работы лазера можно разделить ещё на два – импульсный режим свободной генерации и импульсный режим с модулированной добротностью. Во втором случае лазер переводится в т.н. «режим гигантского импульса», когда вся накопленная при накачке энергия из рабочей среды выбрасывается коротким (единицы-десятки наносекунд) импульсом. Мощность в импульсе при этом достигает многих десятков и сотен мегаватт при скромных субджоульных энергиях. При воздействии «гигантского импульса» повреждения имеют в первую очередь взрывной механизм, так как образовавшееся при поглощении тепло не может отвестись никуда за столь короткое время. При действии импульса свободной генерации повреждения идут больше по термическому механизму, поскольку тепло частично успевает отводиться и распределиться в толще поглощающего слоя, так как импульс имеет меньшую пиковую мощность из-за сравнительно большой длительности (миллисекунды).

Особенно характерна роль длины волны, поскольку прозрачность глазных сред неодинакова для разных длин волн. В качестве отступления от темы отмечу, что для рентгеновского или гамма-излучения принято считать, что биологический эффект не зависит от длины волны, меняется только проникающая способность. И в целом в профильной литературе на вопросах защиты от рентгеновского излучения задерживаются лишь на нескольких страницах, тогда как вопросам, связанным с безопасностью при работе с лазерным излучением могут посвящать целые разделы. Но вернемся к зависимости эффектов от длины волны. Тут обратимся к ещё одной таблице из той же книжки. В ней описаны механизмы повреждения в зависимости от длины волны, опять же безотносительно мощности.

Понятно, что наиболее очевидной будет опасность излучения видимого диапазона, так как именно оно достигает сетчатки и воспринимается ей. Но если это очевидно – это не значит что наиболее опасно. В том-то и дело, что луч видимого диапазона можно заметить, да и мигательный рефлекс глаза в этом случае работает безотказно, в ряде случаев он может сильно уменьшить повреждения. Тогда как луч из ближнего инфракрасного диапазона уже заметить нельзя, но он тоже достигнет сетчатки и мигательного рефлекса нет. Именно сетчатка является наиболее чувствительной деталью глаза к повреждениям, и что самое печальное – неспособной к регенерации.

Таким образом, если известны режим излучения и длина волны, остается последний, по сути, решающий фактор – это мощность излучения. Именно она решает, сгорят у Вас глаза под лучом полностью, частично или не сгорят совсем. В зависимости от длины волны меняется лишь величина этой мощности, если луч непрерывный, или энергии импульса, если луч импульсный.

Именно по мощности излучения было принято разделение лазеров на существующие сейчас классы опасности. Рассмотрим их подробнее, заглянув на сайт Sam’s Laser FAQ. Для удобства приводится русский перевод с английского, выполненный модератором форума laserforum.ru Gall’ом. А кто найдет ошибку на картинке – тот молодец.

Итак, классы опасности.

Лазерные изделия класса I
Нет известных биологических угроз. Излучение закрыто от любого возможного рассматривания человеком, а лазерная система имеет блокировки, не позволяющие включить лазер в открытом состоянии. (Большие лазерные принтеры, такие как DEC LPS-40, работают на гелий-неоновых лазерах в 10 мВт, являющихся лазерами класса IIIb, но принтер имеет блокировки для исключения любого соприкосновения с открытым лазерным пучком, поэтому устройство не представляет биологической опасности, хотя собственно лазер относится к классу IIIb. Это же относится и к проигрывателям CD/DVD/Blu-ray и маленьким лазерным принтерам, так как они являются лазерными изделиями класса I).

Лазерные изделия класса II
Выходная мощность до 1 мВт. Такие лазеры не считаются оптически опасными устройствами, так как рефлексы глаз предупреждают любое происходящее повреждение. (Например, когда в глаз попадает яркий свет, веко автоматически моргает или человек поворачивает голову так, чтобы яркий свет пропал. Это называется рефлекторным действием или временем реакции. Лазеры класса II не создают повреждений глаза за такое время. Также никто не захочет смотреть на него в течение более продолжительного времени.) На лазерном оборудовании должны быть размещены предупреждающие знаки (желтые). Нет известных опасностей воздействия на кожу и нет пожарной опасности.

Лазерные изделия класса IIIa
Выходная мощность от 1 мВт до 5 мВт. Такие лазеры могут приводить к частичной слепоте при определенных условиях и к другим повреждениям глаз. Изделия, содержащие лазер класса IIIb, должны иметь индикатор лазерного излучения, показывающий, когда лазер работает. Они также должны иметь знак «Danger» («опасность») и знак, показывающий выходное отверстие лазера, закрепленные на лазере и/или оборудовании. СЛЕДУЕТ установить выключатель питания в виде замка с ключом, чтобы предотвратить несанкционированное использование. Нет известных опасностей для кожи и пожарной опасности.

Лазерные изделия класса IIIb
Выходная мощность от 5 мВт до 500 мВт. Такие лазеры считаются определенно угрозой для зрения, особенно на больших мощностях, которые ПРИВЕДУТ к повреждению глаз. Такие лазеры ОБЯЗАНЫ иметь замок с ключом против несанкционированного использования, индикатор наличия лазерного излучения, задержку включения от 3 до 5 секунд после подачи питания, чтобы оператор мог успеть уйти с пути луча, и механический затвор, позволяющий перекрывать луч во время использования. Кожа может быть обожжена на больших уровнях выходной мощности, а кратковременное направление на некоторые материалы может приводить к возгоранию. (Я видел аргоновый лазер на 250 мВт, воспламеняющий кусок красной бумаги менее чем за 2 секунды воздействия!) Красный знак «DANGER» («ОПАСНОСТЬ») и знак выходного отверстия ОБЯЗАНЫ быть размещены на лазере.

Лазерные изделия класса IV
Выходная мощность >500 мВт. Такие лазеры МОГУТ повредить и ПОВРЕДЯТ глаза. Мощности уровня IV-го класса МОГУТ зажечь и ЗАЖГУТ горючие материалы при попадании, в том числе обожгут кожу и прожгут одежду. Такие лазерные изделия ОБЯЗАНЫ иметь:
Замок с ключом для предотвращения несанкционированного использования, блокировки для предотвращения использования системы со снятыми крышками, индикаторы наличия излучения, показывающие, что лазер работает, механические затворы для блокировки луча и красные знаки «DANGER» («ОПАСНОСТЬ») и знаки выходного отверстия, закрепленные на лазере.
Отраженный луч должен считаться таким же опасным, как первоначальный луч. (И снова, я видел 1000-ваттный лазер на CO2, прожигающий дыру в стали, так что представьте, что он сделает с вашим глазом!)

Конец цитаты.

Примечание: да, мои лазеры в основном относятся к 4ому классу опасности, и не содержат многих аппаратных мер защиты, поскольку с ними имею дело только я. Поэтому попрошу воздержаться в комментариях от вопросов, почему нет замка-выключателя или крышек с блокировками на моих лазерах. Указанные требования относятся в первую очередь к коммерчески выпускаемым установкам.

Теперь посмотрим, так сказать, наглядно, как выглядит травма глаза лазерным излучением. Я уже упоминал, что в поисках новых лазеров и их компонентов я посещаю различные организации. И однажды я посетил лазерное отделение местного центра лечения глазных болезней. В ходе общения со специалистами, я поинтересовался, попадались ли в их практике травмы, вызванные лазерным излучением. Ответ меня удивил. Дело в том, что за более чем 20летнюю практику работы, непосредственно лазерных травм было всего несколько штук. На мой вопрос, типа как так, если сейчас у каждого ребенка есть лазерная указка от 50 до 2000 мВт, лишь ответили, что людей с ожогами от указок не поступало. Зато было много людей именно с солнечными, нелазерными, ожогами сетчатки. Мне показали документы по наиболее примечательной лазерной травме – сильному повреждению центральной ямки сетчатки, вызванному зеркально отраженным импульсом из лазерного дальномера, построенном на импульсном неодимовом лазере (Nd:YAG) работавшем в режиме модуляции добротности. Энергия импульса составляла по разным оценкам от 20 до 100 мДж, при длительности импульса порядка 20 нс. Именно из-за модуляции добротности повреждение вышло столь тяжелым – так как в точке фокуса излучения был оптический пробой, вызвавшим гидравлический удар, который в свою очередь привел к центральному разрыву сетчатки и отеку последней совместно с гемофтальмом (кровоизлиянием в стекловидное тело). Мне разрешили просканировать документы на условиях их полной анонимизации. С помощью оптической когерентной томографии можно рассмотреть сетчатку в разрезе, в различных плоскостях. Так выглядел разрез на момент обращения за медицинской помощью. Видна четкая «пробоина» с «отогнутыми наружу» краями (на самом деле это отек).

Более крупным планом:

И в разных плоскостях:

Из текста предоставленных мне документов стало известно, что курс лечения длился 10 дней, по ходу которого решался вопрос об операции, в случае отслоения сетчатки. В качестве оперативного вмешательства по устранению возможной отслойки и закрытия разрыва предлагалась пневморетинопексия (ПРП). Консервативное лечение было направлено на рассасывание отека и предотвращение воспалительного процесса. По ходу наблюдения делалось также несколько фотографий глазного дна, а по окончанию курса было решено, что операция не понадобится, так как разрыв самостоятельно закрылся и зарос рубцовой тканью.

Фотографии глазного дна размещены в хронологическом порядке.

В кучке этих же документов лежала ещё одна распечатка оптической когерентной томографии после окончания лечения.

Как можно видеть, канал пробоя исчез, а края того места, которое было центральной ямкой приняли более сглаженные формы. На момент травмы острота зрения по табл. Сивцева составляла 0%, после окончания лечения было достигнуто улучшение до 30%. На мой вопрос, как это воспринимается субъективно, мне показали ещё одну картинку, на которой наглядно показано, что такое «центральная скотома». Это слепое пятно, из которого просто выпадает часть изображения. Мозг же способен «закрасить» его под цвет окружающего фона, но никаких деталей изображения видно не будет, так как нечем их видеть – светочувствительные клетки в этом месте уничтожены. Для данной статьи картинка взята из гугла. Также мне объяснили, что при наличии второго здорового глаза это слепое пятно не влияет на качество жизни.

Позже, мне удалось раскопать ещё одну таблицу со сравнительными клиническими данными, где рассматриваются исходы лазерных травм в зависимости от типа лазера и режима его работы. Как можно видеть, наиболее неблагоприятные исходы – в случае травм от лазеров, работавших в режиме модулированной добротности, так как повреждение сетчатки шло по взрывному механизму, тогда как лазерный импульс в режиме свободной генерации приводит только к термическому ожогу, который до некоторых пределов обратим, не смотря на гораздо большую энергию излучения. Строго говоря, локализация повреждения играет бОльшую роль, нежели параметры лазера, повреждение центральной ямки во всех случаях необратимо.

Вот ещё пример фотографии глазного дна с лазерным ожогом сетчатки, вызванным импульсом лазера на красителях. Лазеры на красителях сопоставимы с импульсными лазерами с модуляцией добротности по длительности импульса и энергии.

А теперь давайте посмотрим, как это происходит в динамике. Yun Sothory провел эксперимент «что будет если посмотреть в лазер», использовав в качестве подопытной жертвы дешевую веб-камеру, а в качестве лазера – самодельный лазер на растворе красителя, который накачивался самодельным азотным лазером. Результат на видео. И это при том, что у неё совершенно неживая и дубовая кремниевая «сетчатка». Что будет с глазами вполне очевидно.

Вот ещё один пример пострадавшей матрицы фотоаппарата - на 1:06 появляется линия выжженых пикселей вверху во время сценического лазерного шоу. Кстати, безопасность лазерных шоу это отдельная очень холиварная тема, о которую было сломано очень много копий в СНГ и на западе. Мощность лазерного излучателя до оптической системы разбивки и развертки луча порой достигает десятков Ватт.

Разберем теперь вопрос, а все ли лазеры одинаково опасны?
Можно однозначно сделать вывод, что наиболее опасными являются лазеры, работающие в импульсном режиме с малой длительностью импульса видимого и ближнего ИК-диапазона, особенно последние. И это действительно так. Однако, правила которые обычно пишутся занудным тоном для малоподговтоленных людей, заявляют что опасны все без исключения лазеры и любой лазер нужно жестко огораживать, запихивать под землю и никого к нему не подпускать. Тут нужны некоторые оговорки, поскольку все должно быть в пределах разумного. Не все лазеры одинаково опасны. Есть те, которые более опасны, есть те, которые менее опасны. Дальше следует моё жёсткое ИМХО, которое не претендует на истинность. А именно, оно состоит в том, что с любым лазером любой длины волны, кроме ближнего ИК-диапазона можно работать без средств защиты, если он работает в непрерывном или квазинепрерывном режиме, его средняя мощность не превышает 10-20 миллиВатт, и если не пялиться в луч. А если хочется пялиться, если есть риск попадания луча в глаза, например при визуальной настройке оптических систем, то абсолютный верхний предел мощности – 0.5-1 мВт, как написано в описании 2 класса опасности. Можно удовлетворить свое любопытство заглянув на 1-2 секунды в луч маленького гелий-неонового или диодного лазера мощностью 1 мВт и понять что это крайне неприятно, сравнимо с взглядом на Солнце. Но это мой личный опыт. Я бы все же рекомендовал никогда не пренебрегать средствами защиты глаз во всех случаях обращения с лазерами. Особняком среди мощных лазеров 4го класса стоят, опять же, лазеры на парах меди, так как из-за очень широкого пучка, энергетическая плотность у них маленькая. Так, к примеру, плотность мощности в пучке составляет 16 мВт\мм2. Если предположить случайное попадания такого луча в глаз, то повреждения будут сравнимы с таковыми от вполне рядовой лазерной указки на 100 мВт, при условии что диаметр зрачка на этот момент будет порядка 3 мм. Но это лишь мои предположения, никому не советую проверять на практике. Средства защиты глаз при работе с таким лазером совершенно необходимы.

Если снова обратиться к таблице зависимости повреждений от длины волны, показанной в начале статьи, то может создаться впечатление, что для лазеров с излучением вне видимого и ближнего ИК-диапазонов защита не нужна, так как излучение не достигнет сетчатки, поскольку глазные среды непрозрачны на длинах волн короче 400 нм и длиннее 3 мкм. Отчасти это правильно. Действительно, сетчатка не пострадает, так как излучение с длиной волны больше 3 мкм поглощается слезной пленкой, и при небольших мощностях\энергиях это не опасно. Именно поэтому маломощные лазерные источники вроде лазерных дальномеров как раз переводят на длину волны порядка 3 мкм (эрбиевые лазеры). С другой стороны, есть серьезный риск сжечь роговицу, если мощность будет достаточной. При воздействии УФ излучения большой мощности повреждения идут в основном по фотохимическому механизму, а в случае дальнего ИК – по термическому. Но мощность нужна большая, на порядки бОльшая чем для лазеров видимого диапазона. Фигурально выражаясь, лазеры можно сравнивать с разными видами змей, среди которых есть ядовитые, убивающие одним своим кратким укусом, и удавы, убивающие с помощью большой и грубой силы долго и нудно, пока жертва не задохнется. Лазеры из невидимых УФ и дальних ИК-диапазонов можно сравнить именно с удавами, так как их мощность и есть та самая «грубая сила», особенно это касается СО2-лазеров излучающих сотни и тысячи Вт на длине волны 10.6 мкм. Вот пример ожога роговицы излучением СО2 лазера.

С вопросом «кто виноват» разобрались, теперь переходим к вопросу «что делать». Или, какие меры защиты стоит выбирать при работе с лазерным излучением. Основной мерой защитой от лазерного излучения является в первую очередь ограждение пути движения луча, ограничение его распространения поглотителями в конце оптического пути. Если ограждение организовать невозможно – то обязательно нужны защитные очки для глаз. Лучше когда обе меры защиты дополняют друг друга. Тем не менее, универсальных защитных очков не существует, кроме, разве что, таких. Посему прежде чем выбирать очки нужно точно знать, с какими лазерами предстоит иметь дело.

Все защитные очки проектируются для защиты от конкретных длин волн излучаемых лазерами, и для хороших очков всегда нормируется оптическая плотность на каждой длине волны. Оптическая плотность это коэффициент ослабления очков, в англоязычных стандартах он называется OD-X, где Х – цифра обозначающее количество порядков ослабления. Так, например, OD-6 означает, что очки ослабляют излучение на 6 порядков, т.е. в 1000000 раз на данной длине волны. Ослабление в 1000 раз будет обозначаться как OD-3 итд. Хорошие очки всегда имеют инструкцию к ним, в которой написано от каких длин волн излучения они защищают, и какие OD для каждой длины волны. Также, хорошие очки всегда имеют закрытую конструкцию и плотно прилегают к лицу, чтобы блики от излучения не могли пройти под очками, минуя фильтры. Вот примеры действительно ХОРОШИХ очков. Например, советские ЗНД-4-72-СЗС22-ОС23-1, которыми пользуюсь я. Это пример попытки сделать более-менее универсальные очки, рассчитанные на работу с распространенными типами лазеров. Для этого они имеют два вида светофильтров. Очки сделаны из мягкой резины, хорошо прилегающей к лицу, и имеют инструкцию.

Синие светофильтры предназначены для защиты от лазеров, работающих на длине волны 0.69 мкм и 1.06 мкм (рубиновый и неодимовый лазеры). На этих длинах волн гарантируется плотность OD-6. Эти же фильтры дают защиту от излучения в диапазоне длин волн 630-680 нм (гелий-неоновый, криптоновый лазеры) и в диапазоне 1.2-1.4 мкм, для них заявлено OD-3. Оранжевые фильтры дают защиту от длин волн в диапазоне от 400 до 530 нм (синие и зелёные лазеры) с OD-6 и также в диапазоне 1.2-1.4 мкм с OD-3. Сами по себе оранжевые фильтры не могут дать никакой защиты от излучения красных лазеров – для них нужны синие фильтры. Для удобства синие фильтры сделаны откидывающимися.

Такие очки я всегда использую при работе со всеми своими мощными лазерами, и они могут гарантировать защиту, при условии соблюдения инструкции. К сожалению, они имеют брешь для жёлтых лазеров, т.е. не дают гарантированной инструкцией защиты и ввиду этого полной универсальностью не обладают. У этих очков есть в продаже современный аналог, но он менее универсален, так как не имеет оранжевых фильтров.

Вот ещё один пример ХОРОШИХ очков иностранного производства. Они имеют сплошное прямоугольное стекло, не затрудняющее обзор, и прямо на корпусе очков отлит текст с параметрами по длинам волн и OD на них.

Теперь глянем не примеры ПЛОХИХ очков, которые я КАТЕГОРИЧЕСКИ не рекомендую. Это весь тот пластиковый китайский шлак, продаваемый на алиэкспрессе за 1-2-10 долларов. Эти очки не имеют ни полного прилегания к лицу, ни инструкций с заявленной оптической плотностью на разных длинах волн, ни сертификатов, ничего. И сделаны они из довольно нежного пластика. Готовы ли Вы доверить сохранность своих глаз какому-то безымянному китайцу, работающему за тарелку риса? Я не готов. Не покупайте китайский шлак, показанный ниже.

Единственное исключение – СО2 лазеры. Их излучение, вообще говоря, «тепловое» - длина волны слишком большая, и не проходит даже через простое прозрачное стекло и через простой прозрачный пластик. Т.е. показанные выше ХОРОШИЕ очки пригодны и для защиты от СО2 лазеров. Показанные здесь ПЛОХИЕ очки тоже обеспечат достаточную защиту от рассеянного излучения СО2 лазера, но не более того. Я бы все же рекомендовал стеклянные, так как прямой луч такого лазера просто прожжет пластик.

Отдельно я бы хотел остановиться на мерах безопасности, к которым прибегают производители лазерных технологических установок. В принципе, в случае если на нашем лазерном станке стоит СО2 лазер, то защита, полностью закрывающая поле обработки не обязательна при небольших уровнях мощности, типа до 50 Вт. А так достаточно ограждения из обыкновенного стекла или пластика. В принципе даже на лазерных станках с СО2 лазером мощностью на много киловатт не всегда можно встретить ограждение от рассеянного излучения, так как оно не представляет большой опасности, так как это излучение тепловое и воспринимается просто как поток тепла, когда Вы смотрите на открытую спираль электроплитки или ИК-обогревателя. Чувствуется дискомфорт – можно и отойти подальше. Отсутствие защиты на станках с СО2 лазерами вполне допустимо. Но оно категорически запрещено на установках с получающими большое распространение волоконными лазерами! Волоконный лазер работает на длине волны порядка 1 мкм, которое, как говорилось выше, легко достигает сетчатки, на уровнях мощности уже в единицы Вт рассеянное излучение очень опасно для глаз, и для таких лазерных установок ограждение рабочего поля с блокировкой ОБЯЗАТЕЛЬНО!!! Вот пример, где это сделано правильно. Все рабочее поле этих станков для резки закрыто стеклом, которое не пропускает рассеянное излучение.

Лазерные маркировщики, граверы также должны иметь обязательно закрытое поле, так как это тоже или волоконные лазеры, или неодимовые лазеры, работающие в режиме модуляции добротности, очень опасные для глаз. Пример, как это должно быть правильно.

А теперь, наглядная картинка как китайцы относятся к нашему здоровью. За такое исполнение лазерного гравера нужно бить по голове палкой, выписывать многомиллионный штраф и лишать права производить эти станки. Ведь покупатель, увидев такой станок без защиты рабочего поля, решит что она и не нужна, раз производитель её не установил. При работе все рассеянное и отраженное излучение, особенно во время гравировки по металлу будет лететь ему прямо в глаза. Если конечно он не надел очки. А я не уверен, что он их наденет. И если он при работе с таким станком получит повреждение сетчатки – то будет иметь полное право подавать иск в суд на производителя и запросто выиграет его, слупив большую сумму денег.

Так что, не покупайте китайский шлак, пользуйтесь правильными средствами защиты и не смотрите в луч оставшимся глазом!

При написании статьи были использованы материалы из следующих источников, помимо бездонных глубин интернетов:

1. Гранкин В. Я. Лазерное излучение, 1977

Наверняка многие знают, что ультрафиолет способен устроить для вашей кожи двоякую ситуацию. Он может ровно нанести на тело то, что мы называем загаром (иными словами, оказать воздействие на меланин под нашей кожей), а может и нанести серьёзный ожог.

Ультрафиолетовый свет – мощнейшее излучение от главной и единственной нашей системы – Солнечной, сейчас это знает каждый школьник. То, что мы видим как солнечные лучи на самом деле просто свет от звезды, долетающий до нас сквозь невероятное расстояние.

Ультрафиолетовые невидимые для нас волны просто остаются за пределами спектра, который доступен человеческому глазу.

Это всего лишь остатки энергии, которая долетает к нам от Солнца сквозь расстояние до Земли (а это 149 600 000 км) и преодолевает главную защиту планеты – озоновый слой.

То, что мы можем чувствовать на своей коже – крохотные частицы того невероятного количества тепла, которое звезда выделяет ежесекундно. Про озоновый слой вы могли слышать из экологических телепрограмм и прочего подобного материала и не зря.

Если бы озонового слоя не существовало, всё живое на Земле практически моментально умерло бы от мощнейшего потока радиации. Да, ультрафиолет радиоактивен и в больших дозах может нанести вред вплоть до летального исхода.

Ультрафиолетовый диапазон излучения находится между видимыми нам лучами (именно фиолетовой границей нашего светового зрения) и рентгеновским излучением.

Именно поэтому этот тип электромагнитных лучей получил своё название – ultraviolet, от лат. ultra (сверх чего-то, за пределами чего-то) и violet (фиолетовый с англ.).

Ультрафиолетовый свет обладает также и разной длиной волны – от 400 до 100 нм. Длина волны важна – она влияет на живые организмы с силой, прямо пропорциональной дальности.

Длина волны усф в 280-200 нм оказывает самое сильное влияние на живые организмы, например, ткани органов. На микроорганизмы действует как бактерицидное излучение, полностью уничтожая.

Кто открыл ультрафиолет?

Подозрения о том, что невидимые спектры света существуют, бродили среди величайших умов человечества очень давно. Учёные того времени не могли объяснить явление, но строили очень многообещающие догадки, которые и подвели современных учёных к открытию в чистом виде.

Открытие произошло вскоре после обнаружения человечеством инфракрасного излучения. Примерно в это время немецкий физик Иоганн Вильгельм Риттер начал проводить исследования в области противоположной части спектра, с лучами за пределом фиолетового.

Девятнадцатый век только-только начался, люди ещё очень многое не знали про свет и то, что он из себя представляет, не говоря уже о том, что такое ультрафиолетовое излучение.

Всё познавалось путём эксперимента, редкими контактами с коллегами из других стран и долгим путём проб и ошибок. Таким же путём пошёл и Риттер.

Он задумал интересный эксперимент, который осуществил в своих исследованиях с помощью хлорида серебра. Облучая его разными частями спектра, он заметил, что окисление вещества происходит с разной скоростью.

Каждый участок спектра оказывал разное влияние, но один показатель очень явно выделялся среди прочих – быстрее всего серебро темнело за пределами фиолетовой части, а точнее перед ней.

Несмотря на то, что даже знания про диапазон длин волн тогда были довольно размыты, учёные почерпнули из этого вывод, изменивший физику навсегда.

В результате долгих дискуссий и обсуждений, вывод был дан общественности довольно чётко.

Учёные сошлись на том, что свет можно поделить на три условные, строго отдельные части:

1. видимый свет (виден человеческому глазу);
2. инфракрасное излучение (невидимые лучи, дающие эффект тепла и отвечающие за окисление);
3. ультрафиолетовые лучи (восстанавливающие).

Разумеется, тогда никто не мог знать влияние ультрафиолетовой волны на человеческую кожу, а также все сферы, в которых человек будет использовать это излучение в будущем.

Тем не менее, исследования продолжались и продолжаются в наши дни, а ультрафиолет постоянно удивляет учёных какими-то новыми свойствами и возможностями его применения.

Польза ультрафиолета для человека

С каждым годом человечество обнаруживало всё новые и новые способы использовать это удивительное излучение.

Одним из самых известных и знакомых каждому, кто имел несчастье длительное время лежать в больнице, является кварцевание – облучение больничного помещения ультрафиолетом с целью полной стерилизации комнаты от микроорганизмов.

Хоть метод и давний, но до сих пор применяется — многие больничные палаты до сих пор оборудованы специальными лампами, излучающими ультрафиолетовые лучи.

Все люди, включая персонал, покидают помещение на время кварцевания, так как лучи ультрафиолета достаточной мощности для бактерицидного эффекта обязательно навредят человеку.

Оказавшийся даже ненадолго под эффектом такой лампы человек почувствует гул в ушах, повышенное давление, его будут преследовать специфический запах и головная боль.

Ультрафиолетовое (уфс) излучение используется также и в обеззараживании воды. Наряду с хлором, который используется больше в промышленных целях, а не для воды, которая потом должна попасть в дома людей, ультрафиолет не только помогает очистить воду, а и устраняет последствия хлорирования и озонирования воды – чрезмерную жёсткость, химический осадок.

Наиболее популярен при очистке воды для промышленных нужд, для заводов и бассейнов – спектр ультрафиолетового излучения таков, что вреда человеку такая очистка не нанесёт.

Тот же хлор гораздо опаснее – если, например, в бассейне не рассчитать пропорции вещества к воде, хлорка легко может нанести вам слабые, но ощутимые мелкие ожоги кожного покрова.

«Отличился» ультрафиолет и в сфере анализа окружающей среды. Его, как и любое излучение, можно использовать для исследования веществ. Особенно эффект виден на минералах – при облучении горные породы и камни начинают светиться, причём каждый по-разному.

Последствий такого облучения нет, а особенная реакция каждого минерала на ультрафиолетовые лучи очень пригодилась геологам. Сейчас, просвечивая насквозь целые пласты горных пород, можно с почти абсолютной уверенностью «узнать» тот или иной камень.

Рентгеновские и также используются геологами для таких анализов, но с удивительной эффективностью ультрафиолета соперничать непросто.

Ну и, пожалуй, самая известная сейчас сфера применения таких лучей. Это, как ни странно, сфера косметологии.

Человечество давно задумалось – если ультрафиолет в солнечных лучах (а именно Солнце – основной источник космического ультрафиолета для нас) вызывает загар на человеческой коже.

То почему бы не создать искусственный источник и получать такой эффект круглый год, а не только в пляжные сезоны, когда принятие солнечных ванн возможно?

Действие уфс на кожу крайне простое и механическое – лучи действуют на наш человеческий пигмент (меланин), который просто защищается, темнея в процессе – это объясняет заодно и причину исчезновения загара со временем.

Сделать искусственный источник у нас получилось – сейчас это сверхсовременные солярии с щадящими лампами. Практически полностью безопасные для людей с любым типом кожи, а ультрафиолет в них используется легко и без всяких опасений.

Никто не застрахован от того, чтобы нанести слишком сильный загар или испортить ровный тон, но получить ожоги в салоне солярия не выйдет – техника безопасности не позволит.

Опасность ультрафиолета для кожи

Кстати, о безопасности. В малых количествах ультрафиолет под открытым небом не может причинить вреда серьёзнее, чем обгоревшая кожа, даже если вы будете находиться в воде.

Но мы говорим о стандартной для человека дозе облучения, а есть люди, вольно или невольно получающие избыток ультрафиолетовых лучей гораздо чаще, чем несколько раз в год.

Это грозит, к сожалению, не только перманентным загаром. Лучи действуют на кожу не лучшим образом, иногда образуя или усиливая уже имеющуюся меланому – проще говоря, рак кожи.

Меланомы бывают нескольких видов, но все они относятся к злокачественным опухолям. Причём неважно, где вы загораете – как космический солнечный, так и искусственный ультрафиолет, который применяется в соляриях, подействует одинаково.

Риск получить меланому невелик, но при наличии других раковых заболеваний ранее, ультрафиолетовое излучение увеличивает шанс на рецидив, что доказано.

Меланома – худший из вариантов и шансы на неё малы. Но злоупотребляя солнечными ваннами, вы получите ещё несколько неприятных сюрпризов.

Это всем нам известные с детства ожоги кожи, после которых верхний слой эпидермиса сползает клочьями. Большую вероятность преждевременного старения кожи из-за того же меланина, который попросту не выдержит такой нагрузки.

И если от ожогов вы избавитесь, так как везде уже используют специальные крема для лечения и профилактики солнечных ожогов, то обратить старение вспять вряд ли выйдет.

Ещё одно гениальное человеческое изобретение – солнечные очки, были придуманы также в попытках борьбы с излишками ультрафиолета, ведь для человеческого глаза эти лучи тоже очень вредны.

Вредоносное действие будет того же типа – ожог, но только главного барьера глаза, сетчатки. Это тяжёлая травма, целостность сетчатки очень трудно и дорого восстанавливать.

Что примечательно, при замене сетчатки некоторые пациенты начинали буквально видеть ультрафиолетовое излучение в виде слабого лилового свечения, и в новых моделях стремительно развивающихся имплантатов такой ошибки уже нет.

Защитить глаз от лучей можно только прямой «заслонкой», роль которой и выполняет стекло очков – его главная функция состоит именно в этом, а не в улучшении вашей видимости в солнечный день.

Удивительно, но из своего врага мы медленно, но верно превратили ультрафиолет в условного друга. Мы используем для решения бытовых проблем излучение, которое при любой более-менее серьёзной бреши в озоновом слое может с лёгкостью стать причиной апокалипсиса.

Мы научились обращаться с ним с осторожностью и знаем его основные тайны, но это совершенно не значит, что он для нас более не опасен.

Прежде всего, всё зависит от самих людей – пока технологии не развиты настолько, чтобы полностью избавлять нас от последствий космических излучений, следует быть крайне осторожными и остерегаться ожогов, особенно с такими последствиями.

Технологии развиваются просто невероятными темпами. Ещё несколько десятилетий назад лазер казался фантастикой, а сегодня лазерную указку можно буквально за копейки купить в уличном киоске.

Но в то время, как лазеры всё прочнее входят в повседневную жизнь, стоит помнить о том, что неосторожное обращение с ними чревато серьёзными неприятностями. В этом обзоре от опасностях, которые несут лазеры.

1. Оконфузилась и обожглась

Доктора в больнице Токийского медицинского университета проводили операцию на шейке матки 30-летней пациентки, когда та внезапно испустила газы. В луче лазера газы воспламенились, в результате чего загорелась хирургическая драпировка, а затем огонь быстро распространился на талию и ноги женщины. Комитет расследовал инцидент и пришел к выводу, что все оборудование было исправным и использовалось надлежащим образом, просто имел место несчастный случай.

2. Пять человек за день

В Центре лазерной хирургии и лечения катаракты Уэст (Уэст-Спрингфилд, штат Массачусетс) пять пациентов пострадали от тяжелых травм глаз при инъекции анестезии перед лазерной хирургией глаза. В первый же день своей работы д-р Цай Чиу сумел навредить несчастным пациентам. Руководство Центра Уэст заявило, что он либо лгал о своем уровне профпригодности, либо не имел надлежащего знания об оборудовании. Чиу с тех пор уволился, и ему запретили практиковать медицину в США.

3. Авария на дороге

Женщина из Олбани, штат Орегон, подвозила своего мужа на работу, когда внезапно ее ослепил свет лазера. Миранда Сентерс была временно ослеплена лучом лазера и врезалась в отбойник. Один из водителей светил в глаза другим лазерной указкой. В итоге это привело к нескольким авариям на шоссе.

4. До пяти милливатт!

После увеличения числа аварий самолетов и вертолетов, связанных с лазерными указками Великобритания решила расправиться с опасными устройствами. В большинстве стран лазеры до пяти милливатт считаются безопасными. Однако, несмотря на все британские запреты, некоторые высокопроизводительные лазеры класса 3 свободно продаются в Интернете. Из-за этих устройств уже было зарегистрировано более 150 травм глаз.

5. ВВС США сбивают БПЛА

В июне 2017 года армия США успешно провела испытания лазерных пушек, установленных на вертолетах Apache. По словам производителя Raytheon, это было впервые, когда полностью интегрированная лазерная система на борту летательного аппарата успешно захватывала цели и стреляла по ним в широком диапазоне режимов полета, высоты и скорости. Оружие имеет дальность поражения около 1,5 км, бесшумное и невидимо для людей. Они также чрезвычайно точное. Армия планирует использовать подобные лазеры для защиты от любых будущих беспилотных атак.

6. Преследование футболиста

В 2016 году в Мехико, во время международного матча NFL между Houston Texans (США) и Oakland Raiders (Новая Зеландия) защитника техасцев Брока Освайлера преследовал какой-то нерадивый болельщик. Каждый раз, как Освайлер получал мяч, один из зрителей светил ему в лицо зеленой лазерной указкой, чтобы игрок не видел, куда бежать.

7. Жизнеспособность БП автомобилей

Несмотря на миллионы долларов, потраченных на развитие беспилотных автомобилей, один из исследователей в сфере безопасности смог задать серьезные вопросы об их жизнеспособности в ближайшем будущем. Ученый смог вмешаться в лазерные датчики беспилотного авто, просто посветив на них дешевой лазерной указкой. Система авто сочла это «невидимым препятствием» и замедлила автомобиль до его полной остановки.

8. Травмирующая липосакция

Во время процедуры лазерной липосакции одна из пациенток получила сильные ожоги, и после этого руководство клиники попыталось отговорить ее от лечения. Доктор Муруга Радж вместо этого сказала ей, что все в порядке, с ожогом ничего нее нужно делать, а просто мазать пораженное место кремом. В итоге дело дошло до суда.

9. Лазерная указка и вертолет

30-летний Коннор Браун узнал об этом только тогда, когда ему предъявили обвинение. Полицейский вертолет искал человека, который устроил беспорядки в парке, когда Браун направил луч лазерной указки ему на кабину. Оба члена экипажа были ослеплены, а миссию пришлось прервать, чтобы доставить полицейских в больницу. Браун в итоге сам назвал свой поступок «ужасной ошибкой, которой нет оправдания».

10. Обожженные пальцы

Австралиец хотел свести некоторые татуировки с суставов пальцев, но все закончилось сильными ожогами. Доктор сказал, что ему понадобится от десяти до двенадцати сеансов лазерной хирургии стоимостью $ 170, чтобы удалить с пальцев надпись «Live Free», но анонимный пациент человек начал задавать вопросы после того, как почти 20 сеансов не дали желаемых результатов. Доктор попытался немного ускорить ход событий и поставил лазерную машину та самую большую мощность. В итоге пальцы прожгло на 3 мм.

Оружие для игры оснащено инфракрасным излучателем. (На картинке он выполнен в виде глушителя).

Стреляет это ружье лазерными лучами в безопасном инфракрасном диапазоне. Луч примерно такой же как от пульта к телевизору, только более узкий. И к сожалению такой же невидимый. Для усиления эффекта реалистичности оружие издает звуки и мигает в районе излучателя. Как известно с расстоянием луч имеет свойство расширяться и световое пятно уже накрывает противника почти полностью, однако меткость не вырастет - фигура противника с расстоянием тоже уменьшается и целиться точно в нее сложнее.

Это все было про лазер, скажу пару слов и о приемнике. Нет-нет это не ошейник).

В неАренном лазертаге ик-приемники крепят на голову. Да-да на всех коротких расстояниях (до 50 метров) чтобы попасть в противника, целиться нужно только в голову.

Вообще Лазертаг идеально подходит для игры в естественной местности, инфракрасный сигнал не страдает от помех ламп, электродвигателей, щеток стартера и прочих електрических девайсов, дождь и снег на проходимость сигнала влияют очень слабо (несколько снижают дальность).

Похуже обстоит дело с ветками и листьями, но как правило сигнал все равно проходит. Здесь будет действовать простое правило: если вы оптически (своими глазами) видите приемник противника, то и луч выстрела добежит до него. В большинстве своем помехи проявляются на максимальной дистанции срабатывания оружия (ближе к 200 метрам), поэтому гарантированной дальностью называют что-то около 120 метров.

Как правило, бой ведется на еще меньшей дистанции, потому что это более азартно и интересно.

LaserTag начинал свою карьеру не как игра, а как средство тренировки бойцов регулярных армий в условиях максимально приближенных к боевым. И используется в этом качестве по сей день многими армиями. Большая часть оружия исполняется в максимально идентичном реальному виде (в том числе и по весу). Количество выстрелов без перезарядки совпадает с количеством в реальном магазине, а сама перезарядка выносится либо на кнопку в районе магазине оружия, либо на затвор. Облегченные (по весу) образцы оружия тоже выпускаются производителями, чтобы сделать игру более комфортной для девушек и детей.

Безопасно ли это?

Лазертэг разработан довольно давно и безопасен для человека. Но я хочу рассказать, что потенциальная опасность ИК-излучения все же существует. Вредное действие инфракрасных лучей может проявится на органы зрения в виде теплового эффекта. Если нам приходиться долго смотреть на солнце или яркие предметы, то мы рефлекторно сужаем зрачок и отводим взгляд, но в данном случае напоминаю, что ИК излучение невидимо, и наши рефлексы не сработают.

Для безопасности человека нужно рассчитать такое воздействие тепла на сетчатку глаза, которое даже при перманентном воздействии не способно нанести вред здоровью человека. Поэтому была ограничена частота выстрелов в очереди (3 выстрела/сек) и максимально укорочена длительность инфракрасного сигнала, до минимальной которую может воспринять приёмное оборудование (16мс). Кстати это положительно повлияло на расход пальчиковых аккумуляторых батарей.

Всем приятной игры.

P.S. и капельку юмора.

Инфракрасные (ИК) лучи – это электромагнитные волны. Человеческий глаз не способен воспринимать это излучение, но человек воспринимает его как тепловую энергию и ощущает всей кожей. Нас постоянно окружают источники ИК излучения, которые отличаются интенсивностью и длиной волн.

Стоит ли опасаться инфракрасных лучей, вред или пользу приносят они человеку и в чем заключается их воздействие?

Что же такое ИК-излучение, его источники

Как известно, спектр солнечного излучения, воспринимаемый глазом человека как видимый цвет, находится между фиолетовыми волнами (самые короткие – 0, 38 мкм) и красными (самыми длинными – 0,76 мкм). Помимо этих волн, существуют электромагнитные волны, не доступные для человеческого глаза – ультрафиолетовые и инфракрасные. «Ультра» обозначает, что они находятся ниже или, другими словами, меньше фиолетового излучения. «Инфра», соответственно, – выше или больше красного излучения.

То есть, ИК-излучение – это электромагнитные волны, лежащие за диапазоном красного цвета, длина которых больше, чем у видимого красного излучения. Исследуя электромагнитные излучения, немецкий астроном Уильям Гершель обнаружил невидимые волны, которые вызывали повышение температуры термометра, и назвал их инфракрасным тепловым излучением.

Естественным мощнейшим источником теплового излучения является Солнце. Из всех излучаемых светилом лучей 58% приходится именно на долю инфракрасных. Искусственными источниками служат все электронагревательные приборы, преображающие электроэнергию в тепло, а так же любые предметы, температура которых выше абсолютной нулевой отметки – 273оС.

Свойства инфракрасного излучения

ИК-излучение имеет ту же природу и свойства, что и обычный свет, только большую длину волны. Видимые глазу световые волны, достигая предметов, отражаются, преломляясь определенным образом, и человек видит отражение предмета в широкой цветовой гамме. А инфракрасные лучи, достигая предмета, поглощаются им, выделяя энергию и нагревая этот предмет. ИК-излучение мы не видим, но осязаем его как тепло.

Другими словами, если бы Солнце не выделяло широкий спектр длинноволновых инфракрасных лучей, человек только бы видел солнечный свет, но не ощущал его тепло.

Трудно представить жизнь на Земле без солнечного тепла.

Некоторая часть его поглощается атмосферой, а доходящие до нас волны делятся на:

Короткие – длина лежит в диапазоне 0,74 мкм – 2,5 мкм, а источают их предметы, нагретые до температуры более 800оС;

Средние – от 2,5 мкм до 50 мкм, t нагревания от 300 до 600ос;

Длинные – самый широкий диапазон от 50 мкм до 2000 мкм (2 мм), t до 300оС.

Свойства инфракрасного излучение, его польза и вред для человеческого организма, обусловлены источником излучения – чем выше температура излучателя, тем интенсивнее волны и глубже их проникающая способность, степень воздействие на любые живые организмы. Исследования, проведенные на клеточном материале растений и животных, обнаружили целый ряд полезных свойств ИК лучей, что нашло широкое применение их в медицине.

Польза ИК-излучения для человека, применение в медицине

Медицинские исследования доказали, что для человека не только безопасны, но и очень полезны ИК лучи, находящиеся в длинном диапазоне. Они активизируют кровоток и улучшают процессы обмена, подавляют развитие бактерий и способствуют быстрому заживлению ран после операционных вмешательств. Способствуют вырабатыванию иммунитета против ядовитых химических веществ и гамма-излучения, стимулируют выведение токсинов, шлаков через пот и мочу и понижению холестерина.

Особенно эффективными являются лучи длиной 9,6 мкм, которые способствуют регенерации (восстановлению) и оздоровлению органов и систем человеческого организма.

В народной медицине испокон веков применялось лечение нагретой глиной, песком или солью – это яркие примеры благотворного воздействия тепловых ИК лучей на человека.

Современная медицина для лечения ряда заболеваний научилась использовать полезные свойства:

При помощи инфракрасного излучения можно лечить переломы костей, патологические изменения в суставах, ослаблять мышечные боли;

ИК лучи оказывают положительный эффект при лечении парализованных больных;

Быстро заживляют раны (послеоперационные и другие), снимают болевые ощущения;

За счет стимуляции кровообращения помогают нормализовать артериальное давление;

Улучшают кровообращение в мозгу и память;

Выводят из организма соли тяжелых металлов;

Имеют выраженный противомикробный, противовоспалительный и противогрибковый эффект;

Укрепляют иммунную систему.

Бронхиальная астма, пневмония, остеохондроз, артрит, мочекаменная болезнь, пролежни, язвы, радикулит, обморожение, заболевания органов пищеварения – далеко не полный список патологий, для лечения которых используется положительное влияние ИК-излучения.

Отопление жилых помещений при помощи приборов ИК-излучения способствует ионизированию воздуха, борется с проявлениями аллергии, уничтожает бактерии, плесневые грибки, улучшает состояние кожных покровов благодаря активизации циркуляции крови. Приобретая обогреватель, обязательно необходимо выбирать длинноволновые приборы.

Другие сферы применения

Свойство предметов излучать тепловые волны нашло применение в различных областях человеческой деятельности. Например, при помощи специальных термографических камер, способных улавливать тепловое излучение, в абсолютной темноте можно увидеть и распознать любые предметы. Термографические камеры широко используются в военном деле и промышленности для обнаружения невидимых предметов.

В метеорологии и астрологии ИК лучи используются для определения расстояний до предметов, облаков, температуры поверхности воды и т.д., инфракрасные телескопы позволяют изучать космические объекты, недоступные для видения через обычные приборы.

Наука не стоит на месте и число ИК приборов и сфер их применения постоянно растет.

Вред

Человек, как и любое тело, излучает средние и длинные инфракрасные волны, которые лежат в диапазоне длиной от 2,5 мкм до 20-25 мкм, поэтому именно волны такой длины полностью безопасны для человека. Короткие волны способны глубоко проникать в ткани человека, провоцируя нагревание внутренних органов.

Коротковолновое инфракрасное излучение не только вредно, но и очень опасно для человека, особенно для зрительных органов.

Солнечный тепловой удар, провоцируемый короткими волнами, происходит при нагревании головного мозга всего на 1С. Его симптомами являются:

Сильное головокружение;

Тошнота;

Учащение пульса;

Потеря сознания.

Металлурги и сталевары, постоянно подвергающиеся тепловому воздействию коротких ИК лучей, чаще других подвергаются заболеваниям сердечно — сосудистой системы, имеют ослабленный иммунитет, чаще подвергаются простудным заболеваниям.

Чтобы избежать вредного воздействия инфракрасного излучения, необходимо принимать защитные меры и ограничивать время пребывания под опасными лучами. А вот польза теплового солнечного излучения для жизни на нашей планете – неоспорима!