Đề tài nghiên cứu khoa học tìm hiểu về ứng dụng của laser trong các lĩnh vực và ảnh hưởng của laser đối với con người khi sử dụng

LỜI CẢM ƠN Lời em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc tới Ban Giám hiệu tạo điều kiện để em nghiên cứu hồn thành đề tài Em xin chân thành cảm ơn Thầy, Cô giáo tận tình giảng dạy, bảo hướng dẫn cho em suốt trình học tập trình thực đề tài Đặc biệt, em xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới giáo Lê Thị Phương Hiền trực tiếp hướng dẫn, tận tình bảo cho em suốt trình em thực đề tài Em xin chân thành cảm ơn Ban tổ chức thi tạo sân chơi bổ ích giúp học sinh chúng em phát huy sở trường Cuối xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè người thân giúp đỡ, động viên em trình thực đề tài Thái Nguyên, tháng 11 năm 2015 Đề tài nghiên cứu khoa học Tác giả Nguyễn Thị Trà Giang MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài: Mục đích nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu Giả thuyết nghiên cứu Giới hạn ngiên cứu Phương pháp nghiên cứu 4 Nội dung nghiên cứu Những điểm đề tài CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ LASER Sơ lược lịch sử phát triển laser Laser gì? Tính chất laser Đề tài nghiên cứu khoa học 3.1 Tính chất vật lí 3.2 Tính chất sinh học 6 8 Cấu tạo nguyên lý hoạt động chung laser 10 4.1 Cấu tạo 10 4.2 Phân loại laser 13 4.3 Nguyên lý làm việc máy phát laser 17 CHƯƠNG II ỨNG DỤNG CỦA LASER VÀ CÁC LƯU Ý KHI SỬ DỤNG LASER Ứng dụng Laser 1.1.Trong khoa học 1.2.Trong y - sinh học 1.3.Trong kỹ thuật-công nghiệp 21 21 21 21 23 23 1.4.Trong quân Sự nguy hiểm tia laser 2.1 Sự nguy hiểm laser mắt 2.2 Sự nguy hiểm laser da Thực trạng an toàn sử dụng laser III KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Kiến nghị TÀI LIỆU THAM KHẢO 26 28 30 36 37 43 43 44 45 Đề tài nghiên cứu khoa học MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Từ phát minh nay, laser không ngừng nghiên cứu phát triển Với nhu cầu ứng dụng rộng rãi hầu hết lĩnh vực nghiên cứu khoa học ứng dụng tiến lĩnh vực khoa học vật liệu quang điện tử, laser ngày phát triển đa dạng chủng loại đồng thời kĩ thuật phát laser ngày hồn thiện Với tính chất ưu việt so với nguồn sáng thông thường, tia laser từ đời khẳng định vị trí quan trọng nhiều lĩnh vực: nghiên cứu y - sinh học, hóa học, quân sự, môi trường, khoa học nano, sống Tuy nhiên, sử dụng rộng rãi – sống vấn đề an tồn sử dụng laser lại chưa trọng, có nhà nghiên cứu, phịng thí nghiệm Còn thiết bị đèn laser, bút laser, dùng sống hàng ngày để ý tới, có gây hại với người tài nghiên cứu khoa hay khơng, cóĐề ảnh hưởng đến mắt da hay khơng hầuhọc người quan tâm Người xử dụng hay tiếp xúc với nguồn sáng khơng biết mắt họ bị ảnh hưởng, thị lực tự nhiện giảm trầm trọng có lí Mục đích nghiêm cứu - Nhằm trang bị cho kiến thức laser nói chung - Tìm hiểu ứng dụng tầm quan trọng laser đời sống - Nghiên cứu mức độ ảnh hưởng laser laser người, cụ thể mắt da Từ đưa cảnh báo người sử dụng Đối tượng nghiên cứu - Các thiết bị có phát chùm sáng laser: Bút laser, đèn laser có cơng suất khác nhau, súng laser đồ chơi trẻ em Giả thuyết nghiên cứu - Có thể tìm hiểu mức độ ảnh hưởng chùm sáng laser người, từ đưa cảnh báo, điều cần lưu ý sử dụng laser sống Phương pháp nghiên cứu Đề tài chủ yếu nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm - Tìm hiểu, nghiên cứu tư liệu internet, báo khoa học, tài liệu tham khảo - Lý thuyết: Tìm hiểu, nghiên cứu tư liệu internet, báo khoa học, tài liệu tham khảo laser - Thực nghiệm: Thử nghiệm mức độ ảnh hưởng đèn laser số chất liệu như: giấy, gỗ, nhựa Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan laser - Nghiên cứu ảnh hưởng laser người sử dụng, tiếp xúc vơi nguồn sáng laser Ngoài phần mở đầu kết luận đề tài gồm chương: Chương I: Ứng dụng laser Chương II: Ứng dụng laser lưu ý sử dụng laser Những điểm đề tài Đề tài nghiên cứu khoa học - Ngồi tìm hiểu ứng dụng laser lĩnh vực đề tài cịn tìm hiểu mức độ ảnh hưởng Đặc biệt ảnh hưởng đến mắt da Từ có cảnh báo để phịng tránh tác hại mà chùm sáng gây nên CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ LASER Sơ lược lịch sử phát triển laser Laser phát minh vĩ đại kỷ XX, chứng tỏ vai trò phát triển khoa học kĩ thuật ứng dụng nhiều ngành khác kinh tế quốc gia Laser theo maser Laser maser có chế hoạt động giống Nhưng khác chỗ, maser hoạt động với tần số phơtơn vùng vi sóng (sóng vi ba), cịn laser hoạt động vùng cực tím, ánh sáng nhìn thấy hay vùng hồng ngoại Đề tài nghiên cứu khoa học Albert Einstein (1879 – 1955) Tóm lược lịch sử phát triển laser:  1984 - 1940: Lịch sử phát triển phổ học thiên văn  1917: Einstein đưa thuyết phôtôn xạ cưỡng  1954: Maser đời  1960: Laser quang học đời Theodore Maiman and Nikolai Bassow: Laser Ruby  1965: Phát laser vi ba tinh vân Orion  1965: Sự phát phông xạ vũ trụ nhờ sử dụng sóng vi ba  1966: Laser khí động lực đời  1970: Lần đưa laser hoạt động lên  1973: Phát laser hoạt động chuẩn tinh (ngơi sao)  1979: Laser hồng ngoại gần tìm thấy tinh vân Orion  1981: Laser CO2 tìm thấy khí Kim  1984: Laser tia X đời Đề tài nghiên cứu khoa học  1993: Laser Plasma đời  1994: Sử dụng laser nhân tạo làm thiết bị dẫn tới  1995: Laser hồng ngoại xa tìm thấy Kuiper Airborne Observatory  1996: Laser tử ngoại tìm thấy Hubble Space Telescope  2000 - nay: Khảo sát, chế tạo nhiều loại laser phủ gần hết dải sóng điện từ đưa vào ứng nghiên cứu khoa học - cơng nghệ nano… Laser gì? Laser tên gọi tắt tiếng Anh “Light Amplification of Stimulated Emision of Radiation”, nghĩa phát xạ ánh sáng nhờ xạ cưỡng Laser xạ điện từ có bước sóng nằm khoảng gần tia X đến vùng hồng ngoại xa (hình 1.1) Hình 1.1: Vùng quang phổ Tính chất laser 3.1 Tính chất vật lí 3.1.1 Độ đơn sắc cao Đề tài nghiên cứu khoa học Độ đơn sắc chùm tia đặc trưng độ rộng vạch chùm (hình 1.2) Độ rộng phổ chùm tia laser nhỏ cỡ 10 -8 A0 Do vậy, tia laser có độ đơn sắc cao Ánh sáng nhìn thấy Hình 1.2 Phổ ánh sáng đơn sắc phổ nhìn thấy 3.1.2 Tính định hướng cao Tính định hướng cao chùm tia laser thể tập trung lượng góc khối nhỏ tạo nên cường độ lớn (hình 1.3) Do vậy, tia laser chiếu xa hàng ngàn km mà khơng bị tán xạ Hình 1.3 Độ định hướng laser 3.1.3 Có khả phát xung cực ngắn Xung ngắn cỡ mili giây (ms), nano giây, pico giây (ps), femto giây (fs) cho phép tập trung lượng tia laser cực lớn thời gian cực ngắn 3.1.4 Độ rộng phổ Độ chói nguồn sáng tính cách chia cơng suất chùm sáng cho độ rộng phổ Vì độ rộng phổ Laser nhỏ nên laser có độ tập trung tia sáng cao, hay nói cách khác độ chói cao so với nguồn sáng khác Đề tài nghiên cứu khoa học Ví dụ: laser có cơng suất thấp laser He-Ne có độ chói gấp hàng vạn lần độ chói ánh sáng mặt trời Những laser có cơng suất lớn có độ chói cao gấp hàng triệu lần mặt trời 3.1.5 Tính kết hợp cao Tia laser có tính kết hợp cao so với ánh sáng từ nguồn khác Có thể trưc tiếp sử dụng chùm tia để tạo giao thoa 3.1.6 Cường độ lớn Cường độ điện trường chùm tia laser đạt 10 10 V/m Cơng suất tia laser đạt 105 W chế độ liên tục 1012 W chế độ xung Đây tính chất ưu việt mà tia sáng bình thường khơng có Vì thế, laser nguồn sáng quý giá có nhiều ứng dụng cụ thể 3.2 Tính chất sinh học 3.2.1 Hiệu ứng kích thích sinh học Thường xảy với Laser công suất thấp cỡ mW, tác động lên đặc tính sống như: q trình sinh tổng hợp protein, q trình tích luỹ sinh khối, q trình hơ hấp tế bào Làm gia tăng trình phân bào, thay đổi hoạt tính men, thay đổi tính thấm màng tế bào, tăng miễn dịch không đặc hiệu… Tác dụng laser lên thể sống chia làm hai loại: - Phản ứng nhanh (hay trực tiếp) tác dụng sau chiếu laser, biểu kích thích hơ hấp tế bào - Phản ứng chậm (hay gián tiếp) tác dụng muộn sau hàng hay hàng ngày, biểu gia tăng trình phân chia tế bào 3.2.2 Hiệu ứng nhiệt Công suất chùm tia tới hàng trăm Watt, quang laser biến thành nhiệt để đốt nóng tổ chức sinh học Hiệu ứng nhiệt có hai cách tác dụng: - Công suất không cao, thời gian tác động dài: làm nóng chảy tổ chức sinh học sau tổ chức bị đơng kết lại (gọi hiệu ứng quang đơng) có tác dụng tốt cho cầm máu ngoại khoa Đề tài nghiên cứu khoa học - Công suất cao, thời gian ngắn: làm bay tổ chức sinh học (gọi hiệu ứng bay tổ chức) sở dao mổ laser với nhiều ưu điểm phẫu thật 3.2.3 Hiệu ứng quang ion Hiệu ứng quang ion gọi hiệu ứng quang quang laser biến thành để bóc lớp (khơng có tác động nhiệt) hay phá sỏi với xung cực ngắn, công suất đỉnh cực cao Cấu tạo nguyên lý hoạt động chung laser 4.1 Cấu tạo Thông thường máy phát laser cấu tạo từ ba phận chính: mơi trường hoạt chất, phận kích thích (hay bơm), buồng cộng hưởng (hình 1.4) 10