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 hoàn 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 lòng biết ơn sâu sắc tới cô 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 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 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 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 hoàn 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 toàn sử dụng laser lại chưa trọng, có nhà nghiên cứu, phòng thí nghiệm Còn thiết bị đèn laser, bút laser, dùng sống hàng ngày để ý tới, có gây hại với người hay không, có ảnh hưởng đến mắt da hay không người quan tâm Người xử dụng hay tiếp xúc với nguồn sáng 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 công 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 - Ngoài tìm hiểu ứng dụng laser lĩnh vực đề tài tìm hiểu mức độ ảnh hưởng Đặc biệt ảnh hưởng đến mắt da Từ có cảnh báo để phòng 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 phôtôn vùng vi sóng (sóng vi ba), laser hoạt động vùng cực tím, ánh sáng nhìn thấy hay vùng hồng ngoại 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 (ngôi sao) • 1979: Laser hồng ngoại gần tìm thấy tinh vân Orion • 1981: Laser CO2 tìm thấy khí Kim • 1984: Laser tia X đời • 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 - công 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 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 không 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 công 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 Ví dụ: laser có công suất thấp laser He-Ne có độ chói gấp hàng vạn lần độ chói ánh sáng mặt trời Những laser có công 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 Công 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 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: trình sinh tổng hợp protein, trình tích luỹ sinh khối, trình hô 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 hô 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 đông kết lại (gọi hiệu ứng quang đông) có tác dụng tốt cho cầm máu ngoại khoa - 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 (không 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: môi trường hoạt chất, phận kích thích (hay bơm), buồng cộng hưởng (hình 1.4) 10 toàn điện áp hay không (laser bán dẫn không yêu cầu điện cao) nên tìm hiểu ảnh hưởng cụ thể da mắt 2.1 Sự nguy hiểm laser mắt Cần lưu ý cảnh báo chung cho đa số loại laser tránh nhìn chùm tia qua dụng cụ quang phóng đại Nguy hiểm cho mắt người thân mắt dụng cụ quang hội tụ cách xác hiệu ánh sáng vùng bước sóng định Sử dụng laser kết hợp với kính hiển vi quang học làm tăng thêm mối nguy hại tiềm tàng cho mắt Thậm chí cần hứng phần nhỏ chùm sáng laser đủ để làm thương tổn vĩnh viễn thị lực Khả phát xạ laser làm thương tổn cấu trúc khác mắt phụ thuộc vào cấu trúc hấp thụ lượng chùm tia Đặc trưng hấp thụ mô mắt khác nhau, bước sóng cường độ ánh sáng laser khác mà nguy hiểm xảy giác mạc, thủy tinh thể, hay võng mạc Các bước sóng lọt vào võng mạc mặt phía sau mắt xác định đặc trưng truyền sáng tổng thể mắt Hình 2.11 minh họa độ truyền sáng mắt hàm bước sóng xạ vùng phổ có liên quan Giác mạc, thủy tinh thể, thủy tinh dịch mắt cho truyền qua xạ điện từ vùng bước sóng xấp xỉ 400 đến 1400nm, gọi vùng tụ mắt Ánh sáng vùng hội tụ lên võng mạc, cảm giác tạo tín hiệu truyền lên não dây thần kinh thị giác Việc nhìn trực tiếp nguồn sáng điểm, tình cụ thể tạo nhìn trực diện chùm tia laser chuẩn trực cao, tạo đốm hội tụ nhỏ võng mạc, gây mật độ công suất tăng lên lớn khả gây nguy hiểm cao Sự nguy hiểm xảy tương tự nhìn trực tiếp ánh sáng Mặt Trời, cường độ sáng laser cao nhiều 31 Hình 2.11 Mật độ công suất nguồn trải rộng công suất nguồn điểm võng mạc Độ lợi quang học mắt người thư giãn chùm tia chuẩn trực cao, tỉ số diện tích mắt diện tích ảnh (hội tụ) võng mạc, vào bậc 100.000 Con số tương ứng với bậc độ lớn chiếu sáng tăng từ mặt giác mạc tới võng mạc Cho phép quang sai hệ thủy tinh thể - giác mạc, nhiễu xạ mống mắt, mắt hiệu chỉnh tốt có khả hội tụ đốm sáng 20 micrô mét lên võng mạc Ý nghĩa tính hiệu mắt chùm laser công suất thấp, chạm tới mắt, hội tụ lên võng mạc nhanh chóng đốt cháy lỗ mô, làm phá hỏng vĩnh viễn dây thần kinh thị giác Trong trường hợp chùm laser vào mắt trực tiếp (nhìn trực diện), chùm mW tạo giá trị độ rọi võng mạc vào bậc 100 W/cm Hãy so sánh, việc nhìn trực tiếp Mặt Trời tạo độ rọi võng mạc xấp xỉ 10 W/cm2 Hình 3.12 minh họa kết hội tụ mắt nguồn trải rộng, bóng đèn thủy tinh thông thường, so với chùm laser chuẩn trực cao có tính chất thật nguồn điểm Do khác biệt chất nguồn sáng, nên mật độ công suất võng mạc chùm laser mW hội tụ lớn triệu lần so với bóng đèn 100W chuẩn Giả sử chùm laser Gauss hoàn hảo, trực tiếp vào mắt quang sai, kích thước đốm giới hạn nhiễu xạ có đường kính 2mm võng mạc khả dĩ, so với đốm hội tụ kích thước vài trăm mm 32 nguồn trải rộng Giá trị độ rọi (mật độ công suất) tương ứng võng mạc, rõ hình 3, xấp xỉ 108 102 W/m2 Có thể nghĩ đốm cháy võng mạc đo chí 20mm không ánh sáng đáng kể đến thị lực, võng mạc chứa hàng triệu tế bào hình nón Tuy nhiên, thương tổn võng mạc thực tế thường lớn đốm hội tụ hiệu ứng âm nhiệt thứ cấp, tùy thuộc vào vị trí, chí thương tổn nhỏ võng mạc gây nguy hiểm nghiêm trọng cho thị lực Trong trường hợp phơi sáng tệ hại nhất, với mắt thư giãn (hội tụ vô cùng) chùm laser vào mắt trực tiếp từ phản xạ phản chiếu, chùm tia hội tụ đến kích thước đốm nhỏ võng mạc Nếu phá hủy xảy nơi dây thần kinh thị giác vào mắt kết hoàn toàn thị lực Sự cháy võng mạc thường xảy khu vực nhìn giữa, tức điểm vàng, có kích thước ngang chừng 2mm dọc 0,8mm Vùng điểm vàng, gọi hốc giữa, có đường kính khoảng 150 mm mang lại nhìn sắc nét cao cảm giác màu sắc Các vùng võng mạc nằm khu vực nhỏ xíu cảm nhận ánh sáng phát chuyển động, cấu thành nhìn ngoại biên, không góp phần cho nhìn chi tiết Do đó, phá hủy điểm vàng, cấu trúc chiếm khoảng 34% diện tích võng mạc, làm tức thời nhìn tốt Dải bước sóng truyền qua cấu trúc bên mắt tới võng mạc gồm toàn phổ ánh sáng khả kiến từ màu lam (400nm) tới màu đỏ (700nm) vùng hồng ngoại gần có bước sóng 700-1400nm (IR-A) Vì võng mạc không phản ứng với xạ nằm phổ khả kiến, nên cảm giác sinh mắt phơi trước ánh sáng hồng ngoại gần, kết mang lại rủi ro lớn nhiều laser hoạt động vùng phát xạ Mặc dù không nhìn thấy, chùm tia hội tụ lên võng mạc Như đề cập trên, tính hội tụ hiệu mắt, nên lượng tương đối nhỏ xạ laser làm thương tổn võng mạc, số trường hợp gây hậu thị lực nghiêm trọng Laser dạng xung phát cường độ cao gây xuất huyết hội tụ mắt, phá hủy mở rộng khoảng cách lớn tính từ khu vực hội tụ Thương tổn võng mạc không lành, nói chung không chữa 33 Sự hấp thụ phận khác mắt, chủ yếu giác mạc thủy tinh thể, làm hạn chế phơi sáng cho võng mạc vùng bước sóng tụ mắt, xem vùng gây nguy hiểm cho võng mạc Trong trình hấp thụ, cấu trúc hấp thụ tự chúng trở thành đối tượng bị phá hủy Chỉ mô hấp thụ xạ, mô lân cận tức thời xung quanh nó, đối tượng bị thương tổn đa số trường hợp phá hủy gay gắt phơi trước xạ laser bên vùng bước sóng 400-1400nm hiệu ứng tồn lâu Giác mạc xử giống da chỗ chịu bồi tiếp liên tục, phá hủy gay gắt làm dơ có số ảnh hưởng đến thị lực Đa số nguy hiểm cho giác mạc xạ laser vùng phổ hồng ngoại xa tử ngoại Vì mức độ hội tụ cao xảy bên mắt, nên việc phơi sáng trước chùm laser kết hợp tương đối yếu gây phá hủy vĩnh viễn, tức thời Bởi vậy, sử dụng laser mạnh, phản xạ phản chiếu (nhằm trì chùm tia kết hợp) vài phần trăm, phần nhỏ giây, có khả gây tổn hại cho mắt Trái lại, chùm tia laser bị tán xạ phản xạ từ bề mặt gồ ghề, chí từ bụi bặm không khí, tia phản xạ khuếch tán vào mắt góc lớn Với lượng chùm tia trải phạm vi rộng hơn, nên tia phản xạ có đặc trưng nguồn trải rộng, tạo ảnh lớn võng mạc, so với hội tụ tập trung tạo nguồn điểm Sự khuếch tán chùm tia theo kiểu làm giảm nguy phá hỏng mắt, không việc làm tăng kích thước nguồn làm giảm mật độ công suất, mà phá vỡ kết hợp chùm tia tốt Khả phá hỏng mắt phân loại bước sóng laser cấu trúc mắt bị ảnh hưởng, với thương tổn lớn cho võng mạc gây xạ vùng phổ khả kiến hồng ngoại gần Sự cháy nhiệt, phá hủy âm học, biến đổi quang hóa có khả xảy tùy thuộc vào lượng hấp thụ Các hiệu ứng sinh học tác động lên mô mắt, biểu dải bước sóng khác nhau, tóm lược sau, kê bảng Tử ngoại B C (200-315nm): Bề mặt giác mạc hấp thụ ánh sáng tử ngoại vùng này, ngăn cản bước sóng tới võng mạc Một dạng sừng hóa 34 (cũng gọi chớp sáng thợ hàn) để lại qua trình quang hóa làm biến tính protein giác mạc Ngoài công suất laser, xạ vùng phát sinh từ ánh sáng bơm laser, thành phần ánh sáng lam từ tương tác mục tiêu/ Loại tổn thương mắt thường không tồn lâu tái sinh nhanh chóng mô giác mạc Tử ngoại A (315-400nm): Giác mạc thủy dịch cho truyền qua vùng bước sóng này, sau chúng chủ yếu bị hấp thụ thủy tinh thể mắt Sự biến tính quang hóa protein dẫn tới bệnh đục nhãn mắt Ánh sáng khả kiến hồng ngoại A (400-1400nm): Vùng phổ thường gọi vùng gây nguy hiểm cho võng mạc, thực tế giác mạc, thủy tinh thể thủy tinh dịch mắt suốt bước sóng này, lượng ánh sáng bị hấp thụ võng mạc Sự phá hủy võng mạc xảy qua trình nhiệt quang hóa Sự phá hủy quang hóa tế bào cảm quang võng mạc làm giảm lượng ánh sáng cảm giác màu, bước sóng hồng ngoại gây bệnh đục nhãn mắt thủy tinh thể Thương tổn có khả lượng laser bị hấp thụ đủ mắt bị cháy nhiệt, hấp thụ ánh sáng hạt melanin biểu mô sắc tố chuyển hóa thành nhiệt Sự hội tụ xạ laser giác mạc thủy tinh thể dải bước sóng làm khuếch đại độ rọi lên chừng 100.000 lần võng mạc Đối với laser ánh sáng khả kiến công suất tương đối thấp, khả thương tổn giảm bớt phản xạ khó chịu (mất chừng 0,25 giây) làm tránh chùm tia sáng chói Tuy nhiên, lượng laser để gây phá hủy ngắn 0,25 giây, chế phòng vệ tự nhiên không hiệu quả, không mang lại bảo vệ cho dải hồng ngoại gần không nhìn thấy có bước sóng 700 1400nm Laser hoạt động dạng xung có rủi ro khác khả phát sóng gây sốc âm mô võng mạc Các xung laser có thời gian 10 micro giây gây sóng gây sốc làm vỡ mô Loại thương tổn vĩnh viễn gay gắt cháy nhiệt, phá hủy âm thường ảnh hưởng tới vùng rộng võng mạc, yêu cầu lượng tạo hiệu ứng thấp Bởi vậy, độ phơi sáng cực đại phép chuẩn điều chỉnh phải giảm xuống laser xung ngắn 35 Hồng ngoại B hồng ngoại C (1.400 – 1.000.000nm): Ở bước sóng dài 1400nm, giác mạc hấp thụ lượng thành phần nước mô màng nước mắt tự nhiên, tăng nhiệt độ thu gây biến tính protein nằm gần bề mặt Chiều sâu xâm nhập tăng lên bước sóng dài hơn, ảnh hưởng nhiệt lên protein thủy tinh thể, nhiệt độ tới hạn không cao so với nhiệt độ thể bình thường, dẫn đến kéo mây, thường gọi đục nhãn mắt hồng ngoại Ngoài việc hình thành bệnh đục nhãn cháy giác mạc, xạ hồng ngoại làm tóe thủy dịch, môi trường thủy dịch suốt bình thường khoang phía trước bị tổn hại mạch máu bị vỡ Nói chung, xạ laser tử ngoại hồng ngoại gần bị hấp thụ giác mạc thủy tinh thể, kết phụ thuộc vào cường độ thời gian phơi sáng Ở cường độ cao, cháy nhiệt tức thời xảy ra, phơi sáng thấp dẫn đến bệnh đục nhãn mắt thời gian nhiều năm Các mô màng kết mắt bị thương tổn phơi sáng laser, phá hủy mô màng kết màng sừng thường xảy mức công suất cao so với thương tổn võng mạc Vì thương tổn võng mạc tạo kết tức nghiêm trọng hơn, nên tổn hại màng sừng thường xem mối quan tâm nghiêm trọng laser hoạt động bước sóng không tới võng mạc (về hồng ngoại xa tử ngoại) 2.2 Sự nguy hiểm laser da Mối nguy hiểm laser phơi sáng da thường quan trọng mối nguy hại cho mắt, với tăng cường sử dụng hệ laser công suất ngày cao, phát tử ngoại, lớp da không bảo vệ phơi trước mức độ xạ nguy hiểm hệ không đóng kín hoàn toàn Vì da quan rộng thể, nên chịu ảnh hưởng lớn việc phơi sáng trước chùm laser, đồng thời bảo vệ có hiệu đa số quan khác khỏi bị phơi sáng (trừ trường hợp mắt) Điều quan trọng xét nhiều laser thiết kế cho mục đích làm biến đổi vật liệu, cắt khoan vật liệu có sức chịu đựng lớn da nhiều Bàn tay, cánh tay đầu phận thể dễ bị phơi sáng tình cờ trước chùm tia laser canh chỉnh điều 36 chỉnh thiết bị thực nghiệm khác hoạt động, chùm tia có cường độ đủ mạnh, cháy nhiệt, phá hủy quang hóa, thương tổn âm xảy Nguy hiểm lớn cho da đến từ mật độ công suất cao chùm tia laser bước sóng xạ xác định mức độ sâu da bị phá hủy loại thương tổn mang lại Chiều sâu xâm nhập xạ laser vào da lớn vùng bước sóng chừng 300-3000nm, đạt tới cực đại vùng phổ hồng ngoại A khoảng 1000nm Nếu laser có khả gây phá hủy da sử dụng, phòng ngừa tương xứng phải thực nhằm bảo vệ da, ví mặc áo tay dài mang găng tay làm từ chất liệu chịu lửa thích hợp Trong nhiều trường hợp, công suất laser thấp sử dụng cho thủ tục canh chỉnh yêu cầu thí nghiệm dự tính trước Thực trạng an toàn sử dụng laser Nguồn sáng laser nguồn sáng ưu việt, có nhiều ứng dụng lĩnh vực như: khoa học kỹ thuật, y học, quân sống hàng ngày, Đặc biệt công nghệ laser phát triển, laser đưa vào sử dụng rộng rãi đời sống Tuy nhiên vấn đề an toàn người sử dụng laser lại chưa thực quan tâm Có nhiều lí do, mà theo tìm hiểu em chủ yếu chủ 37 quan thiếu kiến thức laser người sử dụng chúng Những dụng cụ phát chùm tia laser có công suất nhỏ, tưởng chừng không gây nguy hiểm cho người sử dụng, từ chủ quan thiếu kiến thức nguy hiểm chùm laser mà dẫn đến số thực trạng an toàn sử dụng nguồn sáng laser Vấn đề cấp thiết cần đề cập đến đồ chơi trẻ em Ví dụ: súng đồ chơi gắn tia laser, que phát sáng laser cầm tay, đồ chơi laser giải trí tạo hiệu ứng quang học phòng, Đồ chơi có phát chùm tia laser thường làm trẻ em bị thương nghiêm trọng mắt Bởi nhà quảng cáo quảng bá chúng đồ chơi, phụ huynh trẻ em hoàn toàn tin họ sử dụng đồ chơi an toàn Nhiều đứa trẻ (và phụ huynh) cho chơi đồ chơi tia laser khiến cho họ trông ngầu Nhưng họ điều này: cách sử dụng an toàn, điều khiển định, mức độ ánh sáng cao tập trung từ tia laser nguy hiểm, gây chấn thương mắt nghiêm trọng chí mù lòa Sau dẫn chứng cu thể, thông tin trích từ báo trang http://vietq.vn/: Một cậu bé mười tuổi phải nhập viên kiểm tra mắt trái không nhìn thấy gì, tròng mắt có đốm màu đen, Sự việc xảy sau cậu nghịch bút laser Bác sĩ kết luận, cậu bé bị bỏng tia laser, gây thương tổn vĩnh viễn, thị lực 0,1 % Trước đó, nhiều lần kiểm tra mắt bé cho thấy hai mắt bé hoàn toàn bình thường Cha mẹ cậu bé lặn lội từ An Huy lên Bắc Kinh bác sĩ phải bó tay trước trường hợp xạ laser gây tổn thương vùng điểm vàng, điều trị Trước đến có nhiều lời cảnh báo chưa có vụ bỏng laser gây hậu nghiêm trọng Theo phân tích bác sĩ, cậu bé chiếu tia laser vào mắt nhiều lần nên mắt bị tổn thương nghiêm trọng đến thế” Không có bút laser, sản phẩm có khả phát tia laser gây tổn thương giác mạc Trên mạng, có nhiều loại thiết bị laser bày bán tràn lan thị trường mạng xã hội Theo khảo sát thị trường, nhiều cửa hàng bày bán loại sản phẩm có treo biển “Tia laser gây hại cho mắt, không chiếu trực tiếp tia laser vào mắt, để tránh xa tầm tay trẻ em.” Tuy nhiên 38 cảnh cáo không nhiều, không thấy xuất trang bán hàng online Tại trang này, người có nhu cầu dễ dàng mua súng laser, kiếm laser, đèn laser, nhẫn laser nhiều loại đồ chơi laser tương tự khác nhãn sản phẩm cụ thể Không khó khăn để tìm địa bán thiết bị bút laser, đèn laser công suất cao, đèn laser công suất cực cao internet Chỉ cần lên mạng tìm kiếm với từ khóa như: đèn laser công suất cao, đèn laser,… kết tìm kiếm cho ta nhiều thông tin, hình ảnh, chí có quảng cáo công dụng sản phẩm hữu hiệu Giới trẻ truyền tai loại đồ dùng tường chừng đơn giản thông dụng lại có tính “đặc biệt” gây hại lớn sức khỏe người, loại đèn laser công suất lớn, đốt cháy thuốc lá, cao su chí sắt thép Theo đó, loại đèn có hình dạng giống đèn pin, có đủ kích cỡ khác công dụng phát ánh sáng lượng nhiệt lại có khả sát thương cao mắt da tiếp xúc trực tiếp Hình 2.12 Đèn laser có công suất lớn bày bán tràn lan thị trường trang web mua bán điện tử Theo tìm hiểu phóng viên, loại đèn bày bán công khai thành phố lớn Hà Nội TP.HCM, giá loại sản phẩm không rẻ, sản phẩm có giá từ đến triệu đồng, chí có loại giá 39 lên tới đến triệu Theo tiết lộ người bán loại đèn chợ Giời (Hà Nội), nguồn gốc xuất xứ chủ yếu từ Trung Quốc, với loại đèn từ Trung Quốc giá mềm gần người so với loại khác Ngoài ra, có mặt hàng có nguồn gốc xuất từ Mỹ, Hàn Quốc Nhật Bản Theo lời người bán hàng, loại đèn từ Trung Quốc chất lượng tốt giá thành lại cao Không thị trường mà nhiều người kinh doanh tận dụng lợi mạng Internet để giới thiệu, quảng bá loại đèn này, trang web bán hàng trực tuyến công dụng đèn laser quay clip giới thiệu kỹ, đốt cháy giấy, carton, thuốc lá, khoan thủng kim loại … Liên hệ với đầu số điện thoại mạng việc muốn mua loại đèn biết, loại phổ thông đèn laser màu đỏ công suất 270- 300mw ( bước sóng ánh sáng 650nm) đốt chảy nhựa,cháy diêm ban đêm thấy tia sáng xa hàng km Kết cẩu vỏ inox sang trọng, nhỏ gọn tiện dụng Không vậy, chủ thuê bao tâng bốc sản phẩm “bảo bối đêm” giới trẻ ưa dùng tác dụng “soi đường” mà phòng vệ an toàn Hình 2.13 Với công suất 270- 300mw ( bước sóng ánh sáng 650nm) đốt chảy nhựa,cháy diêm Theo nhà nghiên cứu, việc dùng đèn laser có công suất lớn để chiếu sáng việc làm nguy hiểm tới người với mắt Thông thường, người ta dùng đèn laser cực nhẹ để sơ đồ (bản đồ) hay thuyết trình lớp học 40 Đối với loại đèn này, nhà sản xuất khuyến cáo không nên để tiếp xúc trực tiếp vào mắt Còn loại đèn laser sử dụng nhiều nguy hiểm đèn laser phục vụ vũ trường, đèn laser phục vụ sân khấu trời, loại chiếu qua mắt không gây mù làm giảm thị lực nhiều Tại nhiều nước phát triển Mỹ, hiệp hội bảo vệ sóng xạ quốc gia (The National Radiological Protection Board - NRPB) liên tục đưa cảnh báo loại đèn chiếu sử dụng gây chấn thương nghiêm trọng NRPB cho biết, sản phẩm thường thiếu thông tin sử dụng an toàn người điều khiển chúng lại kinh nghiệm vấn đề an toàn laser nên nguy hiểm 41 Hình 2.14 Nhựa, bìa các-tôn, chí kim loại bị loại đèn đốt cháy Còn loại đèn laser giới thiệu mạng có khả đốt khoan thủng kim loại, đốt cháy gỗ, nhựa lại nguy hiểm người Bác sĩ Vũ Huy Hoàng (viện Mắt Trung ương) nhận định, loại đèn laser cầm tay, có công suất lớn chắn khả sát thương kinh khủng Nếu loại đèn rọi vào mắt khẳng định 100% đối tượng bị mù nổ Không có vậy, cự li ngắn da mà bị tia laser chiếu vào gây bỏng nguy hiểm Theo bác sĩ Hoàng, tình trạng bán tràn lan loại đèn thị trường nguy hiểm, không chừng tiếp tay cho phần tử xấu lợi dụng để trả thù cá nhân gây hại cho nhiều người xung quanh Vì thế, quan quản lý cần phải can thiệp kịp thời có biện pháp xử lý thích đáng (Theo Chất lượng Việt Nam) Một đèn laser công suất cao làm que diêm bùng cháy, hay đốt cháy vật chiếu tới (giấy, bóng nhựa, gỗ kim loại mỏng,…) thử đặt câu hỏi: sản phẩm gây sát thương có nguy hiểm người sử dụng người xung quanh không? Tại lại bầy bán cách rộng rãi cảnh báo cụ thể sản phẩm 42 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Qua trình nghiên cứu, tìm hiểu đề tài em hiểu rõ cấu tạo, nguyên lý hoạt động laser Đó xạ có tính chất đặc biệt mà nguồn sáng thông thường Do mà laser trở thành nguồn sáng ưu việt ứng dụng lĩnh vực Đặc biệt với laser bán dẫn có nhiều ưu so với laser khác: phổ biến, hiệu suất cao, nhỏ gọn, thời gian sống dài Em thấy kiến thức bổ ích Đồng thời, trình giúp em bước đầu làm quen với công tác nghiên cứu khoa học Với việc nghiên cứu khảo sát laser diode, đề tài thu số kết sau: Bước đầu hệ thống hoá sở lý thuyết chung laser, nguyên lý hoạt động chung laser Tìm hiểu ứng dụng laser, ảnh hưởng laser đến sức khỏe người lưu ý sử dụng nguồn laser sống hàng ngày Do lực thời gian nghiên cứu đề tài nhiều hạn chế mà đề tài lại đề cập đến nhiều vấn đề thuộc lĩnh vực lý thuyết laser chưa học Hơn nữa, đề tài đòi hỏi nhiều kiến thức quang học mà chương trình phổ thông chưa học, chủ yếu tìm kiến nguồn thông tin Mặt khác, lần em tham gia nghiên cứu lĩnh vực-vật lý laser hoàn toàn xa lạ với học sinh THPT, vậy, có nhiều bỡ ngỡ khó khăn việc tiếp cận đưa phương pháp nghiên cứu Do đề tài tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận đóng góp ý kiến thầy cô giáo bạn để đề tài em hoàn chỉnh 43 Kiến nghị Cần đưa cảnh báo rộng rãi nguy hiểm tia laser sử dụng, tuyên truyền mức độ ảnh hưởng laser đến người ( đặc biệt mắt da) Cần có quy định cụ thể việc quản lí sử dụng thiết bị có phát chùm laser để tránh tai nạn đáng tiếc xảy Một số cảnh báo đề xuất: - Laser cường độ thấp vài mW gây nguy hiểm cho da mắt Đặc biệt mắt, phận thể nhạy với ánh sáng Vì laser có tính định hướng cao, công suất lớn tập trung vào điểm cực nhỏ võng mạc gây vết cháy tập trung phá huỷ tế bào mắt cách vĩnh viễn vài giây, chí nhanh - Khi nhìn chùm tia qua dụng cụ quang phóng đại gây nguy hiểm, chí cần hứng phần nhỏ chùm sáng laser đủ để làm thương tổn vĩnh viễn thị lực - Ngay chùm laser công suất thấp, chạm tới mắt, hội tụ lên võng mạc nhanh chóng đốt cháy lỗ mô, làm phá hỏng vĩnh viễn dây thần kinh thị giác - Laser dạng xung phát cường độ cao gây xuất huyết hội tụ mắt, phá hủy mở rộng khoảng cách lớn tính từ khu vực hội tụ Thương tổn võng mạc không lành, nói chung không chữa - Kể sử dụng laser công suất thấp chiếu vào mắt dẫn đến bệnh đục nhãn mắt thời gian nhiều năm, giảm thị lực mà biểu mà sau thời gian (Ví dụ: Bút laser, đèn laser nhỏ, đồ chơi trẻ em, ) 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Văn Hảo, Bài giảng Quang học bán dẫn, Thái Nguyên, 2007 Đinh Văn Hoàng, Trịnh Đình Chiến, Vật lý laser ứng dụng (2003), NXB Đại học quốc gia Hà Nội Nguyễn Xuân Chánh, Lê Băng Sương, Vật lý với khoa học công nghệ đại (2003), Nhà xuất giáo dục Trần Đức Hân, Cơ sở kỹ thuật laser (2005), Nhà xuất giáo dục Nguyễn Đại Hưng, Vật lý Kỹ thuật laser, NXB - ĐHQG, 2004 Đinh Văn Hoàng & Trịnh Đình Chiến, Vật lý laser ứng dụng, NXB - ĐHQG - HN, 2004 Nguyễn Thế Bình, Kỹ thuật laser, NXB - ĐHQG -HN, 2004 Phạm Văn Thiều, Vật lý Laser, NXB - ĐHQG Hà Nội, 2001 Đỗ Quốc Khánh, Luận văn thạc sĩ vật lý, Viện vật lý Điện tử - 2004 10 C Davis, Laser and Elctro-Optics _ Fundamentals and Engineering, Cambrige University Press, 1996 45 [...]... laser 3 mức và 4 mức năng lượng Trong thực tế, các hoạt chất laser có thể làm việc với nhiều hơn 4 mức năng lượng nhưng người ta thường sử dụng một trong hai sơ đồ bơm trên 20 CHƯƠNG II ỨNG DỤNG CỦA LASER VÀ CÁC LƯU Ý KHI SỬ DỤNG LASER 1 Ứng dụng của Laser Tia laser được cho là một trong những phát minh vĩ đại nhất thế kỷ XX Tia laser được sử dụng rộng rãi và có nhiều thành công trong hầu hết các lĩnh. .. dùng trong các bút laser thuyết trình trong lớp học, con trỏ laser, và các dụng cụ đo xa - Độ IIIA, là các tia laser có công suất phát trung bình 1-5 mW (sóng liên tục), có ứng dụng tương tự như laser độ II, gồm các máy quét laser và các con trỏ laser Chúng được xem là an toàn nếu nhìn trong chốc lát (dưới 0,25s), không nên nhìn trực diện hoặc nhìn qua bất cứ dụng cụ quang phóng đại nào - Độ IIIB, là các. .. quyết vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến các nhà nhiên cứu và kĩ sư, tuy nhiên nó lại không phải là một đề tài được quan tâm Với sự phát triển như vũ bão của khoa học công nghệ, laser trở thành bộ phận không thể thiếu của nhiều kĩ thuật hiển vi quang hiện nay, khi kết hợp với những quang hệ phức tạp, chúng có thể tạo thành mối nguy hiểm lớn đối với nhà nghiên cứu cũng như người sử dụng nếu như các thủ tục... chúng chiếu tới Laser loại này thường được dùng trong phẫu thuật, khoan, cắt, gọt, hàn Vì các chùm tia laser có những ảnh hưởng không nhỏ tới mắt, da và an toàn điện Về vấn đề an toàn điện thì tùy thuộc và vào từng loại laser mà có vấn đề an 30 toàn điện áp hay không (laser bán dẫn không yêu cầu điện thế cao) nên chúng ta sẽ chỉ đi tìm hiểu những ảnh hưởng cụ thể của nó đối với da và mắt như thế nào... Vũ khí laser lắp đặt trên vệ tinh có thể bắn hạ tên lửa đạn đạo và vệ tinh đối phương - Các nhà khoa học Mỹ đang thử nghiệm một hệ thống dò mìn mới có sử dụng kỹ thuật laser hiện đại cho phép phá huỷ mìn, đạn, pháo nằm rải rác trên chiến trường sau mỗi trận đánh 2 Sự nguy hiểm của tia laser Khi laser bắt đầu có mặt trong các phòng thí nghiệm, an toàn khi sử dụng và tiếp xúc với laser là một vấn đề cần... do đó xuất hiện một lĩnh vực mới là quang học phi tuyến (tạo ra các hoà ba bậc 2, bậc 3 …), trong đó người ta nghiên cứu các tính chất quang học của vật liệu phụ thuộc vào cường độ điện trường và cường độ bức xạ Hình 2.1 Laser dùng để nghiên cứu trong quang học phi tuyến (hoà ba bậc hai, bậc 3: SHG, THG) Gần đây, nhờ sự phát triển của công nghệ laser bán dẫn, công suất phát của laser bán dẫn có thể... hết các lĩnh vực khoa học, y tế, công nghệ, đời sống … Sau đây là một số ứng dụng cụ thể của laser : 1.1 .Trong khoa học - Nhờ cường độ lớn, tia laser trở thành nguồn sáng mạnh tạo nên các plasma trên các chất khác nhau, làm bốc hơi vật liệu,… - Với laser công suất lớn có thể tạo ra nhiệt độ hàng triệu độ, có thể nghiên cứu được phản ứng nhiệt hạch có điều kiển trong phòng thí nghiệm - Laser có cường... (a) Laser diode bơm cho laser rắn Nê-ô-dym (Nd:YVO4) (b) Hai laser diode bơm cho laser rắn Crôm (Cr:LiSAF) 1.2 .Trong y - sinh học - Nghiên cứu các quá trình tương tác của laser với tế bào - Dùng tia laser để chữa bệnh như: cận thị, ; dùng làm máy châm cứu, ; giúp các bác sĩ phát hiện ra bệnh ung thư và một số bệnh hô hấp Hình 3.3 Chữa các tật khúc xạ của mắt bằng laser 1.3 .Trong kỹ thuật-công nghiệp... dài của trống (theo từng dòng ảnh) - Như vậy, cường độ của tia laser là liên tục thay đổi (lúc yếu/lúc mạnh) phụ thuộc vào điện áp từng điểm ảnh 25 Hình 3.6 Máy đọc mã vạch và máy in laser - Được dùng nhiều trong kỹ thuật audio-video, máy in, - Sử dụng trong hệ thống thông tin quang: Tín hiệu quang được dùng trong quang sợi là các LASER bán dẫn Hình 2.7 Sử dụng laser với cáp quang có thể cho đường... ro bởi việc đốt cháy hoặc phá hủy các chất khác Việc phá hủy có thể xảy ra rất nhanh, cho nên việc đề phòng ảnh hưởng của laser đến con người cần được quan tâm, vì với tính chất của laser việc chúng ta tránh ảnh hưởng của chúng khi đã có sự tác động là hoàn toàn không thể 28 Phát xạ laser giống như sự phơi ánh sáng Mặt Trời trực tiếp ở chỗ ánh sáng đi vào mắt theo các chùm tia song song, chúng được