Đang tải... (xem toàn văn)
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 với mục đích nhằm trang bị cho mình những kiến thức về laser nói chung; tìm hiểu về những ứng dụng và tầm quan trọng của laser trong đời sống; nghiên cứu về mức độ ảnh hưởng của laser của laser đối với con người, cụ thể là mắt và da. Từ đó đưa ra cảnh báo đối với người sử dụng.
LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới Ban Giám hiệu tạo điều kiện để em nghiên cứu và hồn thành đề tài của mình. Em xin chân thành cảm ơn các Thầy, Cơ giáo đã hết sức tận tình giảng dạy, chỉ bảo và hướng dẫn cho em trong suốt q trình học tập cũng như q trình thực hiện đề tài này Đặc biệt, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cơ giáo Lê Thị Phương Hiền đã trực tiếp hướng dẫn, tận tình chỉ bảo cho em trong suốt q trình em thực hiện đề tài Em cũng xin chân thành cảm ơn Ban tổ chức cuộc thi đã tạo ra một sân chơi bổ ích giúp học sinh chúng em phát huy được những sở trường của mình. Cuối cùng xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè và những người thân đã giúp đỡ, động viên em trong q trình thực hiện đề tài này Thái Ngun, tháng 11 năm 2015 Tác giả Nguyễn Thị Trà Giang MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài: 2 Mục đích nghiên cứu 3. Đối tượng nghiên cứu 4. Giả thuyết nghiên cứu 5. Giới hạn ngiên cứu 6. Phương pháp nghiên cứu 4 4 4 7. Nội dung nghiên cứu 8. Những điểm mới của đề tài CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ LASER Sơ lược lịch sử phát triển của laser Laser là gì? Tính chất của laser 3.1. Tính chất vật lí 3.2. Tính chất sinh học 4. Cấu tạo và ngun lý hoạt động chung của laser 4.1 Cấu tạo 4.2. Phân loại laser 4.3. Ngun lý làm việc của máy phát laser 6 8 10 10 13 17 CHƯƠNG II. ỨNG DỤNG CỦA LASER VÀ CÁC LƯU Ý KHI SỬ DỤNG LASER 1. Ứng dụng của Laser 1.1.Trong khoa học 21 21 21 1.2.Trong y sinh học 1.3.Trong kỹ thuậtcơng nghiệp 1.4.Trong qn sự 2. Sự nguy hiểm của tia laser 2.1. Sự nguy hiểm của laser đối với mắt 2.2. Sự nguy hiểm của laser đối với da 3. Thực trạng về an tồn khi sử dụng laser III. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 21 23 23 26 28 30 36 37 1. Kết luận 43 2. Kiến nghị 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO 44 45 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Từ khi được phát minh cho tới nay, laser đã không ngừng được nghiên cứu và phát triển. Với nhu cầu ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các lĩnh vực nghiên cứu khoa học và ứng dụng cùng những tiến bộ trong lĩnh vực khoa học vật liệu và quang điện tử, laser ngày càng được phát triển đa dạng về chủng loại và đồng thời kĩ thuật phát laser ngày càng được hồn thiện. Với những tính chất ưu việt so với nguồn sáng thơng thường, tia laser từ khi ra đời cho đến nay đã khẳng định được vị trí quan trọng trong nhiều lĩnh vực: nghiên cứu y sinh học, hóa học, quân sự, môi trường, khoa học nano, cuộc sống Tuy nhiên, khi được sử dụng rộng rãi – nhất là trong cuộc sống thì vấn đề an tồn trong sử dụng laser lại chưa được chú trọng, hoặc có thì cũng chỉ đối với các nhà nghiên cứu, trong phòng thí nghiệm. Còn các thiết bị như đèn laser, bút chỉ laser, dùng trong cuộc sống hàng ngày thì ít ai để ý tới, nó có gây hại với con người hay khơng, có ảnh hưởng đến mắt và da hay khơng hầu như rất ít người quan tâm. Người xử dụng hay tiếp xúc với nguồn sáng này khơng biết rằng rất có thể mắt của họ đang bị ảnh hưởng, và thị lực tự nhiện giảm trầm trọng là có lí 2. Mục đích nghiêm cứu Nhằm trang bị cho mình những kiến thức về laser nói chung Tìm hiểu về những ứng dụng và tầm quan trọng của laser trong đời sống Nghiên cứu về mức độ ảnh hưởng của laser của laser đối với con người, cụ thể là mắt và da. Từ đó đưa ra cảnh báo đối với người sử dụng. 3. Đối tượng nghiên cứu Các thiết bị có phát chùm sáng laser: Bút chỉ laser, đèn laser có cơng suất khác nhau, súng laser đồ chơi trẻ em 4. Giả thuyết nghiên cứu Có thể tìm hiểu các mức độ ảnh hưởng của chùm sáng laser đối với con người, từ đó đưa ra cảnh báo, những điều cần lưu ý khi sử dụng laser trong cuộc sống 6. Phương pháp nghiên cứu Đề tài chủ yếu là nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm Tìm hiểu, nghiên cứu tư liệu trên internet, trên các bài báo khoa học, trên các tài liệu tham khảo về Lý thuyết: Tìm hiểu, nghiên cứu tư liệu trên internet, trên các bài báo khoa học, trên các tài liệu tham khảo về laser Thực nghiệm: Thử nghiệm mức độ ảnh hưởng của đèn laser trên một số chất liệu như: giấy, gỗ, nhựa 7. Nội dung nghiên cứu Nghiên cứu tổng quan về laser Nghiên cứu ảnh hưởng của laser đối với con người khi sử dụng, tiếp xúc vơi nguồn sáng laser Ngồi phần mở đầu và kết luận thì đề tài gồm 2 chương: Chương I: Ứng dụng của laser Chương II: Ứng dụng của laser và các lưu ý khi sử dụng laser 8. Những điểm mới của đề tài Ngồi tìm hiểu về ứng dụng của laser trong các lĩnh vực thì đề tài còn tìm hiểu về mức độ ảnh hưởng của nó. Đặc biệt là ảnh hưởng đến mắt và da. Từ đó có những cảnh báo để có thể phòng tránh những tác hại mà chùm sáng này gây nên CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ LASER 1. Sơ lược lịch sử phát triển của laser Laser là một phát minh vĩ đại của thế kỷ XX, đã và đang chứng tỏ vai trò của mình trong sự phát triển của khoa học kĩ thuật cũng như trong các ứng dụng ở nhiều ngành khác nhau của nền kinh tế quốc gia Laser được phỏng theo maser. Laser và maser có cơ chế hoạt động giống nhau. Nhưng khác nhau ở chỗ, maser hoạt động với tần số phơtơn ở vùng vi sóng (sóng vi ba), còn laser hoạt động trong vùng cực tím, ánh sáng nhìn thấy hay vùng hồng ngoại Albert Einstein (1879 – 1955) Tóm lược lịch sử phát triển của laser: 1984 1940: Lịch sử phát triển của phổ học thiên văn 1917: Einstein đưa ra thuyết phơtơn và bức xạ cưỡng bức 1954: Maser đầu tiên ra đời 1960: Laser quang học đầu tiên ra đời bởi Theodore Maiman and Nikolai Bassow: Laser Ruby 1965: Phát hiện ra laser vi ba trong tinh vân Orion 1965: Sự phát hiện ra phơng bức xạ của vũ trụ nhờ sử dụng sóng vi ba 1966: Laser khí động lực đầu tiên ra đời 1970: Lần đầu tiên đưa laser hoạt động lên các vì sao 1973: Phát hiện laser hoạt động trên các chuẩn tinh (ngơi sao) 1979: Laser hồng ngoại gần tìm thấy ở tinh vân Orion 1981: Laser CO2 được tìm thấy ở trong khí quyển và sao Kim 1984: Laser tia X đầu tiên được ra đời 1993: Laser Plasma đầu tiên ra đời 1994: Sử dụng laser nhân tạo làm thiết bị chỉ dẫn tới các ngôi sao 1995: Laser hồng ngoại xa tìm thấy Kuiper Airborne Observatory 1996: Laser tử ngoại được tìm thấy bởi Hubble Space Telescope 2000 nay: Khảo sát, chế tạo nhiều loại laser mới phủ gần hết dải sóng điện từ và đưa vào ứng trong nghiên cứu khoa học cơng nghệ nano… 2. Laser là gì? Laser tên gọi tắt tiếng Anh “ Light Amplification of Stimulated Emision of Radiation”, nghĩa là sự phát xạ ánh sáng nhờ bức xạ cưỡng bức Laser chính là các bức xạ điện từ có bước sóng nằm trong khoảng gần tia X đến vùng hồng ngoại xa (hình 1.1) Hình 1.1: Vùng quang phổ 3. Tính chất của laser 3.1. Tính chất vật lí 3.1.1. Độ đơn sắc cao Độ đơn sắc của một chùm tia được đặc trưng bởi độ rộng vạch chùm (hình 1.2) Độ rộng phổ của chùm tia laser rất nhỏ cỡ 108 A0. Do vậy, tia laser có độ đơn sắc cao Ánh sáng nhìn thấy Hình 1.2. Phổ của các ánh sáng đơn sắc trong phổ nhìn thấy 3.1.2. Tính định hướng cao Tính định hướng cao chùm tia laser được thể hiện là sự tập trung năng lượng ở một góc khối rất nhỏ và tạo nên cường độ rất lớn (hình 1.3). Do vậy, tia laser có thể chiếu xa hàng ngàn km mà khơng bị tán xạ Hình 1.3. Độ định hướng của laser 3.1.3. Có khả năng phát xung cực ngắn Xung ngắn cỡ mili giây (ms), nano giây, pico giây (ps), femto giây (fs) cho phép tập trung năng lượng tia laser cực lớn trong thời gian cực ngắn 3.1.4. Độ rộng phổ Độ chói của nguồn sáng được tính bằng cách chia cơng suất của chùm sáng cho độ rộng của phổ. Vì độ rộng của phổ Laser rất nhỏ nên laser có độ tập trung các tia sáng rất cao, hay nói cách khác là độ chói rất cao so với các nguồn sáng khác Ví dụ: laser có cơng suất thấp là laser HeNe cũng có độ chói gấp hàng vạn lần độ chói của 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 rất cao so với ánh sáng từ các nguồn khác. Có thể trưc tiếp sử dụng các chùm tia này để tạo ra giao thoa 3.1.6. Cường độ lớn Cường độ điện trường trong chùm tia laser có thể đạt được 1010 V/m. Cơng suất tia laser có thể đạt được là 105 W ở chế độ liên tục và 1012 W ở chế độ xung Đây là những tính chất ưu việt mà những tia sáng bình thường khơng có được. Vì thế, laser là một nguồn sáng q giá có nhiều ứng dụng cụ thể 3.2. Tính chất sinh học 3.2.1. Hiệu ứng kích thích sinh học Thường xảy ra với Laser cơng suất thấp cỡ mW, tác động lên các 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 q trình phân bào, thay đổi hoạt tính men, thay đổi tính thấm màng tế bào, tăng miễn dịch khơng đặc hiệu… Tác dụng của laser lên cơ thể sống chia làm hai loại: Phản ứng nhanh (hay trực tiếp) là tác dụng ngay sau khi chiếu laser, biểu hiện là sự kích thích hơ hấp tế bào Phản ứng chậm (hay gián tiếp) là tác dụng muộn sau hàng giờ hay hàng ngày, biểu hiện bằng sự gia tăng q trình phân chia tế bào 3.2.2. Hiệu ứng nhiệt Cơng suất chùm tia có thể tới hàng trăm Watt, khi đó quang năng của laser biến thành nhiệt để đốt nóng các tổ chức sinh học. Hiệu ứng nhiệt có hai cách tác dụng: Cơng suất khơng cao, thời gian tác động dài: sẽ làm nóng chảy tổ chức sinh học và sau đó các tổ chức bị đơng kết lại (gọi là hiệu ứng quang đơng) có tác dụng tốt cho cầm máu trong ngoại khoa Cơng suất cao, thời gian ngắn: làm bay hơi tổ chức sinh học (gọi là hiệu ứng bay hơi tổ chức) là cơ sở của dao mổ laser với nhiều ưu điểm trong phẫu thật 3.2.3. Hiệu ứng quang ion Hiệu ứng quang ion còn gọi là hiệu ứng quang cơ vì quang năng của laser biến thành cơ năng để bóc lớp (khơng có tác động nhiệt) hay phá sỏi với xung cực ngắn, cơng suất đỉnh cực cao 10 từ mặt giác mạc tới võng mạc. Cho phép quang sai trong hệ thủy tinh thể giác mạc, và nhiễu xạ tại mống mắt, một con mắt hiệu chỉnh tốt có khả năng hội tụ một đốm sáng 20 micrơ mét lên võng mạc. Ý nghĩa của tính hiệu quả này của mắt là ngay cả một chùm laser cơng suất thấp, nếu nó chạm tới mắt, cũng có thể được hội tụ lên võng mạc và nhanh chóng đốt cháy một lỗ trong mơ, làm phá hỏng vĩnh viễn dây thần kinh thị giác. Trong trường hợp chùm laser đi vào mắt trực tiếp (nhìn trực diện), một chùm 1 mW tạo ra giá trị độ rọi võng mạc vào bậc 100 W/cm2. Hãy so sánh, việc nhìn trực tiếp Mặt Trời tạo ra độ rọi tại võng mạc xấp xỉ 10 W/cm2 Hình 3.12 minh họa kết quả hội tụ trong mắt đối với một nguồn trải rộng, một bóng đèn thủy tinh thơng thường, so với chùm laser chuẩn trực cao có tính chất thật sự của một nguồn điểm. Do sự khác biệt bản chất của các nguồn sáng, nên mật độ cơng suất tại võng mạc đối với một chùm laser 1 mW hội tụ có thể lớn hơn 1 triệu lần so với một bóng đèn 100W chuẩn. Giả sử một chùm laser Gauss hồn hảo, trực tiếp đi vào một con mắt khơng có quang sai, thì kích thước đốm giới hạn nhiễu xạ có đường kính 2mm tại võng mạc là khả dĩ, so với đốm hội tụ kích thước vài trăm mm đối với nguồn trải rộng. Giá trị độ rọi (mật độ công suất) tương ứng võng mạc, rõ hình 3, xấp xỉ 10 8 và 102 W/m2 Có thể nghĩ rằng một đốm cháy trên võng mạc đo được thậm chí 20mm sẽ khơng ánh sáng đáng kể đến thị lực, vì võng mạc chứa hàng triệu tế bào hình nón. Tuy nhiên, các thương tổn võng mạc thực tế thường lớn hơn đốm hội tụ cơ bản do các hiệu ứng âm và nhiệt thứ cấp, và tùy thuộc vào vị trí, thậm chí một thương tổn cực kì nhỏ đối với võng mạc cũng có thể gây nguy hiểm nghiêm trọng cho thị lực. Trong trường hợp phơi sáng tệ hại nhất, với con mắt thư giãn (hội tụ tại vơ cùng) và chùm laser đi vào mắt trực tiếp hoặc từ một sự phản xạ phản chiếu, thì chùm tia được hội tụ đến kích thước đốm nhỏ nhất của nó trên võng mạc. Nếu sự phá hủy xảy ra tại nơi dây thần kinh thị giác đi vào mắt thì kết quả sẽ là sự mất 34 hồn tồn thị lực. Sự cháy võng mạc rất thường xảy ra tại khu vực nhìn chính giữa, tức điểm vàng, có kích thước ngang chừng 2mm và dọc 0,8mm. Vùng chính giữa của điểm vàng, gọi là hốc giữa, có đường kính chỉ khoảng 150 mm và mang lại sự nhìn sắc nét cao và cảm giác màu sắc. Các vùng võng mạc nằm ngồi khu vực nhỏ xíu này cảm nhận ánh sáng và phát hiện chuyển động, cấu thành sự nhìn ngoại biên, nhưng khơng góp phần cho sự nhìn chi tiết. Do đó, sự phá hủy điểm vàng, mặc dù cấu trúc này chỉ chiếm khoảng 34% diện tích võng mạc, có thể làm mất tức thời sự nhìn tốt Dải bước sóng truyền qua các cấu trúc bên ngồi của mắt và đi tới võng mạc gồm tồn bộ phổ ánh sáng khả kiến từ màu lam (400nm) tới màu đỏ (700nm) và vùng hồng ngoại gần có bước sóng 7001400nm (IRA). Vì võng mạc khơng phản ứng với bức xạ nằm ngồi phổ khả kiến, nên khơng có cảm giác nào sinh ra trong mắt khi phơi ra trước ánh sáng hồng ngoại gần, kết quả là mang lại sự rủi ro lớn hơn nhiều đối với các laser hoạt động trong vùng phát xạ này. Mặc dù khơng nhìn thấy, nhưng chùm tia vẫn hội tụ lên võng mạc. Như đã đề cập ở trên, vì tính hội tụ hiệu quả của mắt, nên một lượng tương đối nhỏ bức xạ laser cũng có thể làm thương tổn võng mạc, và trong một số trường hợp còn gây ra hậu quả thị lực nghiêm trọng. Laser dạng xung phát ra cường độ cao có thể gây ra sự xuất huyết khi hội tụ trong mắt, và sự phá hủy có thể mở rộng ra khoảng cách lớn tính từ khu vực hội tụ. Thương tổn võng mạc thì khơng lành, và nói chung là khơng chữa Sự hấp thụ trong các bộ phận khác của mắt, chủ yếu là giác mạc và thủy tinh thể, làm hạn chế sự phơi sáng cho võng mạc đối với vùng bước sóng tụ của mắt, đó cũng có thể xem là vùng gây nguy hiểm cho võng mạc. Trong q trình hấp thụ, các cấu trúc hấp thụ tự chúng trở thành đối tượng bị phá hủy. Chỉ mơ nào hấp thụ bức xạ, và những mơ lân cận tức thời xung quanh nó, là đối tượng bị thương tổn và đa số trường hợp phá hủy gay gắt là do phơi ra trước bức xạ laser bên ngồi vùng bước sóng 4001400nm khơng có các hiệu ứng tồn tại lâu. Giác 35 mạc xử sự giống như da ở chỗ nó chịu sự bồi tiếp liên tục, và chỉ một sự phá hủy hơi gay gắt làm dơ nó cũng có thể có một số ảnh hưởng đến thị lực. Đa số nguy hiểm cho giác mạc là do bức xạ laser trong vùng phổ hồng ngoại xa và tử ngoại Vì mức độ hội tụ cao xảy ra bên trong mắt, nên việc phơi sáng trước một chùm laser kết hợp tương đối yếu có thể gây ra sự phá hủy vĩnh viễn, tức thời Bởi vậy, khi sử dụng một laser mạnh, một sự phản xạ phản chiếu (nh ằm duy trì chùm tia kết hợp) chỉ vài phần trăm, trong một phần nhỏ của giây, có khả năng gây ra tổn hại cho mắt. Trái lại, khi chùm tia laser bị tán xạ bởi sự phản xạ từ một bề mặt gồ ghề, hoặc thậm chí từ bụi bặm trong khơng khí, thì tia phản xạ khuếch tán đi vào mắt ở góc lớn hơn. Với năng lượng chùm tia trải ra trong một phạm vi rộng hơn, nên tia phản xạ có đặc trưng của một nguồn trải rộng, và tạo ra ảnh lớn hơn trên võng mạc, so với sự hội tụ tập trung tạo ra bởi một nguồn điểm .Sự khuếch tán của chùm tia theo kiểu này làm giảm nguy cơ phá hỏng mắt, khơng chỉ bằng việc làm tăng kích thước nguồn và làm giảm mật độ cơng suất, mà còn phá vỡ sự kết hợp của chùm tia khá tốt Khả năng phá hỏng mắt có thể phân loại đối với bước sóng laser và cấu trúc mắt bị ảnh hưởng, với những thương tổn lớn nhất cho võng mạc và gây ra bởi bức xạ trong vùng phổ khả kiến và hồng ngoại gần. Sự cháy nhiệt, sự phá hủy âm học, hoặc sự biến đổi quang hóa có khả năng xảy ra tùy thuộc vào năng lượng hấp thụ. Các hiệu ứng sinh học tác động lên mơ mắt, biểu hiện trong những dải bước sóng khác nhau, được tóm lược như sau, và được kê trong bảng 1 Tử ngoại B và C (200315nm): Bề mặt giác mạc hấp thụ mọi ánh sáng tử ngoại trong vùng này, ngăn cản những bước sóng này đi tới võng mạc. Một dạng sừng hóa (cũng còn gọi là chớp sáng của thợ hàn) có thể để lại qua một q trình quang hóa làm biến tính các protein trong giác mạc. Ngồi cơng suất laser, bức xạ trong vùng này còn có thể phát sinh từ ánh sáng bơm laser, hoặc một thành phần ánh sáng lam từ một tương tác mục tiêu/ Loại tổn thương mắt này thường khơng tồn tại lâu do sự tái sinh nhanh chóng của các mơ giác mạc 36 Tử ngoại A (315400nm): Giác mạc và thủy dịch cho truyền qua vùng bước sóng này, sau đó chúng chủ yếu bị hấp thụ bởi thủy tinh thể của mắt. Sự biến tính quang hóa của các protein có thể dẫn tới bệnh đục nhãn mắt Ánh sáng khả kiến và hồng ngoại A (4001400nm): Vùng phổ này thường được gọi là vùng gây nguy hiểm cho võng mạc, do trong thực tế giác mạc, thủy tinh thể và thủy tinh dịch của mắt là trong suốt đối với những bước sóng này, và năng lượng ánh sáng bị hấp thụ trong võng mạc. Sự phá hủy võng mạc có thể xảy ra qua q trình nhiệt hoặc quang hóa. Sự phá hủy quang hóa đối với các tế bào cảm quang của võng mạc có thể làm giảm lượng ánh sáng hoặc cảm giác màu, và các bước sóng hồng ngoại có thể gây ra bệnh đục nhãn mắt thủy tinh thể Thương tổn có khả năng nhất khi năng lượng laser bị hấp thụ đủ là mắt bị cháy nhiệt, trong đó sự hấp thụ ánh sáng bởi các hạt melanin và các biểu mơ sắc tố chuyển hóa thành nhiệt. Sự hội tụ bức xạ laser bởi giác mạc và thủy tinh thể trong dải bước sóng này làm khuếch đại độ rọi lên chừng 100.000 lần tại võng mạc. Đối với laser ánh sáng khả kiến cơng suất tương đối thấp, khả năng thương tổn sẽ giảm bớt do phản xạ khó chịu (mất chừng 0,25 giây) làm tránh được chùm tia sáng chói. Tuy nhiên, nếu năng lượng laser để gây ra phá hủy ngắn hơn 0,25 giây, thì cơ chế phòng vệ tự nhiên này khơng hiệu quả, hoặc khơng mang lại bất cứ sự bảo vệ nào cho dải hồng ngoại gần khơng nhìn thấy có bước sóng giữa 700 và 1400nm. Laser hoạt động ở dạng xung còn có rủi ro khác nữa do khả năng phát sóng gây sốc âm trong mơ võng mạc. Các xung laser có thời gian dưới 10 micro giây gây ra các sóng gây sốc làm vỡ mơ. Loại thương tổn này là vĩnh viễn và có thể gay gắt hơn sự cháy nhiệt, vì sự phá hủy âm thường ảnh hưởng tới một vùng rộng hơn của võng mạc, và u cầu năng lượng tạo ra hiệu ứng thấp hơn. Bởi vậy, độ phơi sáng cực đại được phép trong chuẩn điều chỉnh phải giảm xuống đối với laser xung ngắn Hồng ngoại B và hồng ngoại C (1.400 – 1.000.000nm): Ở những bước sóng dài hơn 1400nm, giác mạc hấp thụ năng lượng do thành phần nước của mơ và 37 màng nước mắt tự nhiên, và sự tăng nhiệt độ thu được gây ra sự biến tính của các protein nằm gần bề mặt. Chiều sâu xâm nhập tăng lên những bước sóng dài hơn, và các ảnh hưởng nhiệt lên protein thủy tinh thể, ở nhiệt độ tới hạn khơng cao lắm so với nhiệt độ cơ thể bình thường, có thể dẫn đến sự kéo mây, thường gọi là đục nhãn mắt hồng ngoại. Ngồi việc hình thành bệnh đục nhãn và cháy giác mạc, bức xạ hồng ngoại còn có thể làm tóe thủy dịch, trong đó mơi trường thủy dịch trong suốt bình thường của khoang phía trước bị tổn hại vì các mạch máu bị vỡ Nói chung, bức xạ laser tử ngoại và hồng ngoại gần bị hấp thụ tại giác mạc hoặc thủy tinh thể, và kết quả của nó phụ thuộc vào cường độ và thời gian phơi sáng. Ở cường độ cao, sự cháy nhiệt tức thời xảy ra, còn sự phơi sáng thấp hơn có thể dẫn đến bệnh đục nhãn mắt trong thời gian nhiều năm. Các mơ màng kết của mắt cũng có thể bị thương tổn do phơi sáng laser, mặc dù sự phá hủy các mơ màng kết màng sừng thường xảy mức cơng suất cao hơn so với thương tổn võng mạc. Vì thương tổn võng mạc tạo ra những kết quả tức thì nghiêm trọng hơn, nên sự tổn hại màng sừng thường chỉ được xem là một mối quan tâm nghiêm trọng đối với các laser hoạt động ở những bước sóng khơng tới được võng mạc (về cơ bản là hồng ngoại xa và tử ngoại) 2.2. Sự nguy hiểm của laser đối với da Mối nguy hiểm laser đối với sự phơi sáng da thường ít quan trọng hơn mối nguy hại cho mắt, mặc dù cùng với sự tăng cường sử dụng các hệ laser cơng suất ngày càng cao, nhất là các bộ phát tử ngoại, thì lớp da khơng được bảo vệ có thể phơi ra trước mức độ bức xạ cực kì nguy hiểm trong những hệ khơng được đóng kín hồn tồn. Vì da là cơ quan rộng nhất của cơ thể, nên chịu sự ảnh hưởng lớn nhất đối với việc phơi sáng trước chùm laser, và đồng thời bảo vệ có hiệu quả đa số các cơ quan khác khỏi bị phơi sáng (trừ trường hợp là mắt). Điều quan trọng là hãy xét nhiều laser được thiết kế cho mục đích làm biến đổi vật liệu, như cắt hoặc khoan các vật liệu có sức chịu đựng lớn hơn da rất nhiều. Bàn tay, cánh tay 38 và đầu là các bộ phận của cơ thể rất dễ bị phơi sáng tình cờ trước chùm tia laser khi canh chỉnh hoặc điều chỉnh những thiết bị thực nghiệm khác đang hoạt động, và nếu chùm tia có cường độ đủ mạnh, thì sự cháy nhiệt, phá hủy quang hóa, và thương tổn âm có thể xảy ra Nguy hiểm lớn nhất cho da đến từ mật độ cơng suất cao của chùm tia laser và bước sóng của bức xạ xác định mức độ sâu của da bị phá hủy và loại thương tổn do nó mang lại. Chiều sâu xâm nhập của bức xạ laser vào da là lớn nhất trong vùng bước sóng chừng 3003000nm, đạt tới cực đại trong vùng phổ hồng ngoại A tại khoảng 1000nm. Nếu laser có khả năng gây phá hủy da được sử dụng, thì những phòng ngừa tương xứng phải được thực hiện nhằm bảo vệ da, ví như mặc áo tay dài và mang găng tay làm từ chất liệu chịu lửa thích hợp. Trong nhiều trường hợp, cơng suất laser thấp hơn có thể được sử dụng cho thủ tục canh chỉnh được u cầu trong những thí nghiệm dự tính trước . 3. Thực trạng về an tồn khi sử dụng laser Nguồn sáng laser là một nguồn sáng ưu việt, có rất nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực như: khoa học kỹ thuật, y học, quân sống hàng 39 ngày, Đặc biệt khi cơng nghệ laser phát triển, laser được đưa vào sử dụng rất rộng rãi trong đời sống. Tuy nhiên vấn đề an tồn đối với con người khi sử dụng laser lại chưa thực sự được quan tâm. Có rất nhiều lí do, mà theo tìm hiểu của em thì chủ yếu là do chủ quan và thiếu kiến thức về laser của người sử dụng chúng. Những dụng cụ phát chùm tia laser có cơng suất nhỏ, tưởng chừng như sẽ khơng gây bất kỳ nguy hiểm nào cho người sử dụng, nhưng chính từ sự chủ quan và thiếu kiến thức về sự nguy hiểm của chùm laser mà dẫn đến một số thực trạng an tồn khi sử dụng nguồn sáng laser Vấn đề cấp thiết cần đề cập đến đầu tiên là đồ chơi trẻ em Ví dụ: súng đồ chơi gắn tia laser, que phát sáng laser cầm tay, đồ chơi laser giải trí tạo ra hiệu ứng quang học trong một căn phòng, Đồ chơi có phát chùm tia laser thường làm trẻ em bị thương nghiêm trọng về mắt. Bởi vì các nhà quảng cáo quảng bá chúng chỉ là đồ chơi, phụ huynh và trẻ em hồn tồn tin rằng họ đang sử dụng một món đồ chơi an tồn. Nhiều một đứa trẻ (và cả phụ huynh) cho rằng chơi đồ chơi tia laser khiến cho họ trơng ngầu hơn Nhưng họ có thể khơng biết điều này: khi khơng biết cách sử dụng an tồn, hoặc khơng có sự điều khiển nhất định, mức độ ánh sáng cao tập trung từ tia laser có thể nguy hiểm, gây chấn thương mắt nghiêm trọng và thậm chí mù lòa. Sau đây là dẫn chứng cu thể, thông tin trích từ báo trang http://vietq.vn/: Một cậu bé mười tuổi phải nhập viên kiểm tra vì mắt trái khơng nhìn thấy gì, tròng mắt có các đốm màu đen, Sự việc xảy ra sau khi cậu nghịch bút laser. Bác sĩ kết luận, cậu bé bị bỏng tia laser, gây thương tổn vĩnh viễn, thị lực chỉ còn 0,1 %. Trước đó, nhiều lần kiểm tra mắt bé cho thấy hai mắt bé đều hồn tồn bình thường. Cha mẹ cậu bé lặn lội từ An Huy lên Bắc Kinh nhưng các bác sĩ cũng phải bó tay trước trường hợp xạ laser gây tổn thương vùng điểm vàng, không thể điều trị được Trước đến giờ tuy đã có nhiều lời cảnh báo nhưng chưa có vụ bỏng laser nào gây hậu quả nghiêm trọng như vậy. Theo 40 phân tích của bác sĩ, có thể cậu bé đã chiếu tia laser vào mắt nhiều lần nên mắt mới bị tổn thương nghiêm trọng đến thế” Khơng chỉ có bút laser, những sản phẩm có khả năng phát ra tia laser đều có thể gây tổn thương giác mạc. Trên mạng, có rất nhiều loại thiết bị laser đang được bày bán tràn lan trên thị trường và trên mạng xã hội. Theo khảo sát trên thị trường, nhiều cửa hàng bày bán loại sản phẩm cũng có treo biển “Tia laser có thể gây hại cho mắt, khơng chiếu trực tiếp tia laser vào mắt, để tránh xa tầm tay trẻ em.” Tuy nhiên những tấm cảnh cáo như vậy khơng nhiều, và càng khơng thấy xuất hiện trên những trang bán hàng online. Tại trang này, người có nhu cầu dễ dàng mua được súng laser, kiếm laser, đèn laser, nhẫn laser và nhiều loại đồ chơi laser tương tự khác và khơng có nhãn sản phẩm cụ thể gì Khơng khó khăn gì để chúng ta có thể tìm một địa chỉ bán những thiết bị như bút chỉ laser, đèn laser cơng suất cao, đèn laser cơng suất cực cao trên internet. Chỉ cần lên mạng tìm kiếm với các từ khóa như: đèn laser cơng suất cao, đèn laser,… ngay lập tức các kết quả tìm kiếm cho ta rất nhiều thơng tin, hình ảnh, thậm chí còn có cả quảng cáo về cơng dụng của từng sản phẩm hữu hiệu như thế nào. Giới trẻ đang truyền tai nhau một loại đồ dùng tường chừng rất đơn giản và thơng dụng nhưng lại có những tính năng “đặc biệt” gây hại rất lớn đối với sức khỏe con người, đó là một loại đèn laser cơng suất rất lớn, có thể đốt cháy được thuốc lá, cao su thậm chí là sắt thép. Theo đó, loại đèn này có hình dạng rất giống như đèn pin, có đủ các kích cỡ khác nhau nhưng ngồi cơng dụng phát ra ánh sáng thì lượng nhiệt của nó lại có khả năng sát thương cao nhất là đối với mắt và da khi tiếp xúc trực tiếp 41 Hình 2.12. Đèn laser có cơng suất lớn được bày bán tràn lan ngồi thị trường và trên các trang web mua bán điện tử Theo tìm hiểu của phóng viên, loại đèn này hiện đang được bày bán khá cơng khai ở các thành phố lớn nhất là Hà Nội và TP.HCM, giá của loại sản phẩm này cũng khơng hề rẻ, mỗi sản phẩm có giá từ 2 đến 4 triệu đồng, thậm chí có những loại giá có thể lên tới 7 đến 8 triệu. Theo tiết lộ của một người bán loại đèn này tại chợ Giời (Hà Nội), thì nguồn gốc xuất xứ chủ yếu là từ Trung Quốc, với những loại đèn từ Trung Quốc thì giá sẽ mềm hơn gần một người so với những loại khác. Ngồi ra, còn có các mặt hàng có nguồn gốc xuất cứ từ Mỹ, Hàn Quốc và Nhật Bản. Theo lời người bán hàng, những loại đèn khơng phải từ Trung Quốc thì chất lượng tốt nhưng giá thành lại rất cao Khơng chỉ ngồi thị trường mà nhiều người kinh doanh còn tận dụng lợi thế của mạng Internet để giới thiệu, quảng bá các loại đèn này, trên các trang web bán hàng trực tuyến các cơng dụng của đèn laser còn được quay clip giới thiệu rất kỹ, nào là đốt cháy giấy, carton, thuốc lá, khoan thủng kim loại … Liên hệ với một đầu số điện thoại trên mạng về việc muốn mua loại đèn này thì được biết, loại phổ thơng nhất là đèn laser màu đỏ cơng suất 270 300mw ( bước sóng ánh sáng 650nm) có thể đốt chảy nhựa,cháy diêm ban đêm thấy 1 tia sáng xa hàng km. Kết cẩu vỏ bằng inox sang trọng, nhỏ gọn và rất tiện dụng Khơng chỉ vậy, chủ th bao này còn tâng bốc sản phẩm là “bảo bối đi đêm” đang 42 được giới trẻ ưa dùng vì nó khơng chỉ có tác dụng “soi đường” mà còn phòng vệ rất an tồn Hình 2.13. Với cơng suất 270 300mw ( bước sóng ánh sáng 650nm) có thể đốt chảy nhựa,cháy diêm Theo các nhà nghiên cứu, việc dùng đèn laser có cơng suất lớn để chiếu sáng là việc làm hết sức nguy hiểm tới con người nhất là với mắt. Thơng thường, người ta chỉ dùng đèn laser cực nhẹ để chỉ sơ đồ (bản đồ) hay thuyết trình trên các lớp học. Đối với loại đèn này, nhà sản xuất cũng khuyến cáo là khơng nên để tiếp xúc trực tiếp vào mắt Còn loại đèn laser nữa hiện cũng được sử dụng khá nhiều và rất nguy hiểm đó là đèn laser phục vụ trong các vũ trường, đèn laser phục vụ các sân khấu ngồi trời, đối với loại này nếu chiếu qua mắt có thể khơng gây mù ngay lập tức nhưng cũng có thể làm giảm thị lực rất nhiều Tại nhiều nước phát triển như Mỹ, hiệp hội bảo vệ sóng bức xạ quốc gia (The National Radiological Protection Board NRPB) liên tục đưa những cảnh báo về các loại đèn chiếu đang được sử dụng có thể gây ra những chấn thương nghiêm trọng. NRPB cho biết, những sản phẩm này thường thiếu các thơng tin sử dụng an tồn và những người điều khiển chúng lại khơng hề có kinh nghiệm trong vấn đề an tồn laser nên rất nguy hiểm 43 Hình 2.14. Nhựa, bìa cáctơn, thậm chí kim loại cũng bị loại đèn này đốt cháy Còn đối với loại đèn laser được giới thiệu trên mạng là có khả năng đốt khoan thủng kim loại, đốt cháy gỗ, nhựa thì lại càng nguy hiểm hơn đối với con người. Bác sĩ Vũ Huy Hồng (viện Mắt Trung ương) nhận định, những loại đèn laser cầm tay, có cơng suất lớn như vậy thì chắc chắn khả năng sát thương của nó rất kinh khủng. Nếu loại đèn này rọi vào mắt thì khẳng định 100% là đối tượng sẽ bị mù vì nổ con ngươi. Khơng chỉ có vậy, ở một cự li ngắn nếu làn da mà bị tia laser chiếu vào thì sẽ gây bỏng rất nguy hiểm Theo bác sĩ Hồng, tình trạng bán tràn lan loại đèn này ngồi thị trường sẽ rất nguy hiểm, khơng chừng sẽ tiếp tay cho các phần tử xấu lợi dụng để trả thù cá nhân gây hại cho nhiều người xung quanh. Vì thế, cơ quan quản lý cần phải can thiệp kịp thời và có biện pháp xử lý thích đáng. (Theo Chất lượng Việt Nam) Một đèn laser cơng suất cao có thể ngay lập tức làm que diêm bùng cháy, hay đốt cháy bất kỳ vật gì nó chiếu tới (giấy, quả bóng nhựa, gỗ hay là các tấm kim loại mỏng, …) vậy thì thử đặt một câu hỏi: những sản phẩm gây sát thương như vậy có nguy hiểm đối với người sử dụng và mọi người xung quanh khơng? Tại sao nó lại được bầy bán một cách rộng rãi và khơng có một cảnh báo cụ thể nào đối với các sản phẩm đó 44 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. Kết luận Qua q trình nghiên cứu, tìm hiểu đề tài em đã hiểu rõ hơn về cấu tạo, ngun lý hoạt động của laser Đó là bức xạ có những tính chất đặc biệt mà nguồn sáng thơng thường khơng có được. Do đó mà laser trở thành một nguồn sáng ưu việt và được ứng dụng ở trong mọi lĩnh vực. Đặc biệt là với laser bán dẫn có nhiều ưu thế so với các laser khác: phổ biến, hiệu suất cao, nhỏ gọn, thời gian sống dài Em thấy đây là những kiến thức bổ ích. Đồng thời, q trình này giúp em bước đầu làm quen với cơng tác nghiên cứu khoa học Với việc nghiên cứu và khảo sát về laser diode, đề tài thu được một số kết quả sau: Bước đầu hệ thống hố được cơ sở lý thuyết chung về laser, ngun lý hoạt động chung laser Tìm hiểu về ứng dụng của laser, những ảnh hưởng của laser đến sức khỏe con người và những lưu ý khi sử dụng các nguồn laser trong cuộc sống hàng ngày Do năng lực và thời gian nghiên cứu đề tài còn nhiều hạn chế mà đề tài lại đề cập đến nhiều vấn đề thuộc lĩnh vực lý thuyết rất mới về laser chưa được học. Hơn nữa, đề tài đòi hỏi nhiều kiến thức về quang học mà trong chương trình phổ thơng chưa được học, chủ yếu là tìm kiến trên các nguồn thơng tin Mặt khác, đây là lần đầu tiên em tham gia nghiên cứu về một lĩnh vựcvật lý laser hồn tồn xa lạ với một học sinh THPT, bởi vậy, có nhiều bỡ ngỡ và khó khăn trong việc tiếp cận và đưa ra phương pháp nghiên cứu. Do vậy đề tài khơng thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cơ giáo và các bạn để đề tài của em được hồn chỉnh 45 Kiến nghị Cần đưa ra các cảnh báo rộng rãi về sự nguy hiểm của tia laser khi sử dụng, tun truyền về mức độ ảnh hưởng của laser đến con người ( đặc biệt là đối với mắt và da). Cần có những quy định cụ thể về việc quản lí và sử dụng các thiết bị có phát chùm laser để tránh những tai nạn đáng tiếc xảy ra Một số cảnh báo được đề xuất: Laser cường độ thấp chỉ vài mW cũng có thể gây ra nguy hiểm cho da và mắt. Đặc biệt là mắt, bộ phận cơ thể nhạy với ánh sáng nhất. Vì laser có tính định hướng cao, cơng suất lớn có thể tập trung vào một điểm cực nhỏ trên võng mạc gây ra một vết cháy tập trung phá huỷ các tế bào mắt một cách vĩnh viễn trong vài giây, thậm chí có thể nhanh hơn Khi nhìn chùm tia qua bất cứ dụng cụ quang phóng đại nào đều gây ra nguy hiểm, thậm chí chỉ cần hứng một phần nhỏ của chùm sáng laser cũng có thể đủ để làm thương tổn vĩnh viễn và mất thị lực Ngay cả một chùm laser cơng suất thấp, nếu nó chạm tới mắt, cũng có thể được hội tụ lên võng mạc và nhanh chóng đốt cháy một lỗ trong mơ, làm phá hỏng vĩnh viễn dây thần kinh thị giác Laser dạng xung phát ra cường độ cao có thể gây ra sự xuất huyết khi hội tụ trong mắt, và sự phá hủy có thể mở rộng ra khoảng cách lớn tính từ khu vực hội tụ. Thương tổn võng mạc thì khơng lành, và nói chung là khơng chữa được Kể cả khi sử dụng laser cơng suất thấp khi chiếu vào mắt cũng có thể dẫn đến bệnh đục nhãn mắt trong thời gian nhiều năm, giảm thị lực mà khơng có biểu hiện ngay lập tức mà sau một thời gian. (Ví dụ: Bút chỉ laser, đèn laser nhỏ, đồ chơi trẻ em, ) 46 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Văn Hảo, Bài giảng Quang học bán dẫn, Thái Ngun, 2007 Đinh Văn Hồng, Trịnh Đình Chiến, Vật lý laser và ứng dụng (2003), NXB Đại học quốc gia Hà Nội Nguyễn Xn Chánh, Lê Băng Sương, Vật lý với khoa học và cơng nghệ hiện đại (2003), Nhà xuất bản giáo dục Trần Đức Hân, Cơ sở kỹ thuật laser (2005), Nhà xuất bản giáo dục Nguyễn Đại Hưng, Vật lý và Kỹ thuật laser, NXB ĐHQG, 2004 Đinh Văn Hồng & 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 và Điện tử 2004 10 C. Davis, Laser and ElctroOptics _ Fundamentals and Engineering, Cambrige University Press, 1996 48 ... Tìm hiểu về những ứng dụng và tầm quan trọng của laser trong đời sống Nghiên cứu về mức độ ảnh hưởng của laser của laser đối với con người, cụ thể là mắt và da. Từ đó đưa ra cảnh báo đối với người sử dụng. 3. Đối tượng nghiên cứu Các thiết bị có phát chùm sáng laser: Bút chỉ laser, đèn laser có cơng suất khác... Thực nghiệm: Thử nghiệm mức độ ảnh hưởng của đèn laser trên một số chất liệu như: giấy, gỗ, nhựa 7. Nội dung nghiên cứu Nghiên cứu tổng quan về laser Nghiên cứu ảnh hưởng của laser đối với con người khi sử dụng, tiếp xúc ... vơi nguồn sáng laser Ngồi phần mở đầu và kết luận thì đề tài gồm 2 chương: Chương I: Ứng dụng của laser Chương II: Ứng dụng của laser và các lưu ý khi sử dụng laser 8. Những điểm mới của đề tài Ngồi tìm hiểu về