Promieniowanie elektromagnetyczne (e-m)

Promieniowanie elektromagnetyczne towarzyszy człowiekowi od początku jego istnienia i do niedawna pochodziło głównie z naturalnych źródeł jakimi są Ziemia, Słońce i Wszechświat, a także z naturalnych wyładowań elektrycznych którymi są pioruny. Głównym źródłem naturalnego pola elektrycznego i magnetycznego jest Ziemia, którą można porównać do ujemnie naładowanej kuli, będącej jednocześnie wielkim magnesem z biegunami nie pokrywającymi się z biegunami geograficznymi. Z czysto fizycznej analizy oddziaływania tych pól na żywe komórki wynika, że jest ono bardzo małe i nie wywołuje w organizmie żadnych wyraźnych zmian. Całkowite wyeliminowanie kontaktu człowieka z naturalnym źródłem pola elektromagnetycznego nie służy jego zdrowiu fizycznemu i psychicznemu co wykazały przeprowadzone badania naukowe. Świadczy to o tym jak bardzo człowiek jest związany z tym elementem środowiska.
Rozwój techniki wnosi jednak do naszego codziennego życia nowe, coraz to liczniejsze sztuczne źródła promieniowania elektromagnetycznego. Co roku przybywa ich średnio 6%, a co 10 lat podwaja się liczba samych nadajników.
Do sztucznych źródeł pola elektromagnetycznego, a także statycznego pola elektrycznego i magnetycznego, które towarzyszą nam w życiu codziennym, należą: odbiorniki TV i monitory komputerowe, kuchenki mikrofalowe, telefony bezprzewodowe i komórkowe, bramki w przejściach sklepów, pralki, lodówki, suszarki do włosów, aparaty CB-radio, pociągi, tramwaje, samochody, anteny nadawcze radiostacji, radary, linie energetyczne wysokiego napięcia, urządzenia przemysłowe, jak np. piece indukcyjne, piece łukowe, zgrzewarki do folii, stanowiska do naprawy TV i monitorów komputerowych itd., listę tę można byłoby jeszcze długo kontynuować. Szczególnie powszechnym obecnie źródłem promieniowania elektromagnetycznego są telefony komórkowe. Ich szkodliwego oddziaływania nie udowodniono, ale też nie stwierdzono, że są całkowicie bezpieczne. Podejrzewa się, że mogą być przyczyną częściowej utraty pamięci i zaburzeń systemu immunologicznego. Energia emitowana przez telefony komórkowe silnie oddziałuje na mózg osób szczególnie w młodym wieku, stąd zalecenie aby dzieci do lat 12 z nich nie korzystały.
Na podstawie obserwacji, doświadczeń, eksperymentów i wiedzy medycznej, a także związków przyczynowo-skutkowych można stwierdzić, że promieniowanie elektromagnetyczne może oddziaływać na organizmy żywe.
Badania przeprowadzone na szczurach i królikach poddanych długotrwałemu działaniu silnego pola elektromagnetycznego wykazały zmiany w morfologii krwi, spadek odporności na infekcje, zmiany nowotworowe, częste poronienia, zniekształcone potomstwo. Badania przeprowadzone na nicieniach poddanych przewlekłemu działaniu niedużych dawek mikrofal wykazały, że promieniowanie to niszczy prawidłowe białka rozrywając słabe wiązania, które utrzymują skomplikowane struktury przestrzenne cząsteczek białek. Zwierzęta poddane działaniu pól mikrofalowych o gęstości strumienia energii do 10 do 100 W/m2 wykazywały różne odchylenia fizjologiczne.
Zachodzi jednak pytanie, czy wyniki te można przenieść na człowieka. Oddziaływanie pola elektromagnetycznego na organizm człowieka jest trudne do ustalenia, gdyż nie posiadamy - podobnie jak w przypadku promieniowania jonizującego - receptorów, które ostrzegałyby nas o jego istnieniu. Na dodatek skutki promieniowania nie są natychmiastowe. Skutki oddziaływania pola elektromagnetycznego na zdrowie człowieka to nowe zjawisko w dzisiejszym świecie, któremu naukowcy zaczynają się poważnie przyglądać. Objawy tego oddziaływania w odniesieniu do człowieka mogą być następujące: zaburzenia snu, bezsenność, bóle i zwroty głowy, nudności, brak możliwości skupienia i koncentracji, częściowa utrata pamięci, pogorszenie wzroku, zmiana ciśnienia krwi, migreny, zmęczenie nieadekwatne do wysiłku (objaw często występujący u dzieci i młodzieży), osłabienie, zmiany obrazu krwi (zachwianie stosunku białych i czerwonych ciałek krwi), zmiany poziomu hormonów, rozregulowanie okresu menstruacyjnego, możliwość częstszych poronień, białaczka, rak mózgu, zaburzenia immunologiczne, zakłócenia w działaniu rozrusznika serca, zaburzenia równowagi, zmiany w układzie nerwowym w oczach i w jądrach, reakcje nerwicowe. Kolejność w/w objawów jest przypadkowa, gdyż każdy organizm reaguje indywidualnie i posiada różną odporność na działanie tego rodzaju promieniowania. Jednoznaczne stwierdzenie wpływu, a szczególnie szkodliwego oddziaływania promieniowania elektromagnetycznego na zdrowie człowieka jest trudne do ustalenia. Każdy człowiek w inny sposób reaguje na oddziaływanie pola elektromagnetycznego, a ocenia się, że tylko 1-2% ludzi jest nadwrażliwych na ten rodzaj promieniowania. Sytuację dodatkowo komplikuje fakt, że nie ma jednolitych norm określających dopuszczalny poziom natężenia promieniowania elektromagnetycznego. Do oceny wielkości pola elektromagnetycznego można przyjąć gęstość strumienia emitowanej energii. Według tego kryterium kuchenka mikrofalowa emituje strumień energii o wartości 10 W/m2 w odległości 5 cm od obudowy urządzenia i 50 W/m2 dla sprzętu już używanego, a telefony komórkowe 2,65 - 7,5 W/m2. Ocenia się, że ponad 90% ludzi mieszka w rejonach gdzie strumień energii nie przekracza 0,01 W/m2, a tylko niecały 1% tam, gdzie pola są silniejsze niż 0,1 W/m2. Pole elektromagnetyczne ma dwie składowe: pole elektryczne i pole magnetyczne. Głównym parametrem pola elektromagnetycznego jest częstotliwość wyrażona w hercach (Hz) oraz natężenie pola elektrycznego wyrażone w V/m i magnetycznego wyrażone w A/m.
Ważnym czynnikiem mającym wpływ na oddziaływanie promieniowania elektromagnetycznego na zdrowie człowieka są parametry tego pola, a także inne czynniki wynikające z warunków w których dochodzi do kontaktu człowieka z tym polem. Do parametrów tych należy zaliczyć:

1. Odległość od źródła pola. Zasada jest prosta, im dalej przebywamy od źródła, tym jego oddziaływanie jest mniejsze. Wielkość ta ma szczególne znaczenie dla odbiorników TV, dla których natężenie pola maleje z 2-gą potęgą odległości pomiędzy odbiornikiem a widzem. Przyjmuje się, że prawidłowa odległość uwzględniająca także inne czynniki, jak np. migotanie obrazu, co jest szczególnie szkodliwe dla oczu wynosi 5 długości przekątnej ekranu. Dla monitorów komputerowych odległość ta mieści się w granicach 0,8 - 1,2 m. Należy unikać bezpośredniego kontaktu z kuchenką mikrofalową, czy też opierania się o nią w czasie jej pracy. Tył komputera lub odbiornika TV nie powinien być w sąsiedztwie miejsca dłuższego przebywania człowieka (łóżka).

2. Natężenia pola elektromagnetycznego. Tutaj również obowiązuje zasada, że im natężenie pola elektromagnetycznego jest mniejsze, tym mniejsze jest jego oddziaływanie na człowieka.

3. Kształt zmian pola elektromagnetycznego w funkcji czasu. Organizm człowieka dość dobrze znosi klasyczne lub inaczej sinusoidalne zmiany wartości natężenia pola w czasie. Natomiast znacznie gorzej nagłe, skokowe zmiany tego natężenia, co ma miejsce np. w odbiornikach TV i monitorach komputerowych.

4. Sumaryczny czas oddziaływania różnych źródeł. Ten czynnik w miarę wzrostu ilości źródeł promieniowania elektromagnetycznego staje się coraz bardziej istotny. Bowiem nawet jeśli z każdego ze źródeł będziemy korzystali krótko, ale będzie ich coraz więcej, to sumaryczny czas oddziaływania może okazać się nieobojętny dla naszego organizmu. Zaleca się robić przerwy w pracy przy komputerze co 1 - 2 godzin, a łączny czas pracy nie powinien przekraczać 4 - 5 godz.

5. Miejsce poddane promieniowaniu. Organami najbardziej wrażliwymi na promieniowanie elektromagnetyczne są gonady (narządy rozrodcze męskie i żeńskie), oczy, głowa, najmniej ręce i nogi.
   Kontakt telefonu komórkowego z osobami w młodym wieku szczególnie dzieci powinien być bardzo ograniczony z uwagi na silne oddziaływanie na mózg energii emitowanej przez pracujący aparat.

6. Częstotliwość pola elektromagnetycznego. Parametr ten jest przedmiotem wielu sporów. Zgodnie z aktualną wiedzą przyjmuje się, że promieniowanie o częstotliwości 50 Hz i niższej nie ma negatywnego wpływu na zdrowie człowieka. Przyjmuje się również, że fale radiowe są obojętne dla naszego organizmu. Natomiast nie do końca wyjaśniono oddziaływanie i wpływ radaru. Zgodna opinia panuje odnośnie stwierdzenia, że promieniowanie elektromagnetyczne o częstotliwościach przyjmujących znaczne wartości nie jest obojętne dla zdrowia człowieka, a jego szkodliwość jest tym większa im wyższa jest wartość częstotliwości. Szczególne znaczenie mają tu mikrofale, tj. promieniowanie elektromagnetyczne o częstotliwości większej niż 1 GHz. Promieniowanie o częstotliwości tego rzędu ma miejsce w kuchenkach mikrofalowych.

Obiektywnie trzeba stwierdzić, że pole elektromagnetyczne wykorzystuje się też dla ochrony zdrowia człowieka czego przykładem może być technika rezonansu magnetycznego, diatermia tj. podgrzewania ludzkiego ciała w celach leczniczych, badanie echa serca, promieniowanie rentgenowskie.
Znajomość źródeł promieniowania elektromagnetycznego w życiu codziennym z jednej strony, a jednocześnie brak dostatecznie jasnych skutków oddziaływań tego promieniowania na nasze zdrowie z drugiej strony, winno nas uczulić na racjonalne korzystanie z tych urządzeń.
Wszelka nieostrożność w korzystaniu z urządzeń będących emiterami promieniowania elektromagnetycznego, przy braku dostatecznej wiedzy, może mieć trudne do przewidzenia konsekwencje. Warunkiem bezpiecznego korzystania z tych urządzeń jest ścisłe stosowanie się do zaleceń podanych w instrukcji obsługi danego sprzętu, a także - jeśli będzie to miało miejsce w pracy - z przepisami BHP.
Oddziaływanie pola elektromagnetycznego na zdrowie człowieka to w dzisiejszym świecie nowe zjawisko będące przedmiotem badań naukowych na które trzeba jeszcze poczekać.
A ponieważ jednoznaczna odpowiedź na pytanie, czy oddziaływanie promieniowania elektromagnetycznego na zdrowie człowieka w różnych warunkach jest szkodliwe, nie jest możliwa, zaleca się szczególną ostrożność i rozwagę.

Najbardziej rozpowszechnionym w przyrodzie jest promieniowanie elektromagnetyczne (e-m). Poszczególne zakresy tego promieniowania pełnią różne funkcje. Źródła promieniowania mogą znajdować się w polach otwartych lub zamkniętych. Właściwości promieniowania e-m zmieniają się wraz z jego częstotliwością. Mogą być dla zdrowia człowieka neutralne, korzystne, lub negatywne. Promieniowanie szkodliwe może być typu jonizującego i nie jonizującego. Działanie organizmu jako systemu o wysokiej organizacji biologicznej, z cybernetycznego punktu widzenia, oparte jest na zasadzie sprzężeń zwrotnych. Wzajemne oddziaływanie występuje między tak różnymi czynnikami jak: temperatura ciała, przewodnictwo elektryczne i cieplne, naprężenia i de-formacje mechaniczne, elektroliza, elektroosmoza, polaryzacja i efekty rezonansów molekularnych i jądrowych oraz prądami indukowanymi przez pole e-m. Niektóre z tych sprzężeń są dodatnie, inne ujemne. Po dłuższym działaniu pola e-m rozpoczyna się stopniowo narastający proces lawinowy, przebiegający w pewnym określonym kierunku do czasu, dopóki sprzężenie ujemne nie zdoła go zatrzymać lub ustabilizować.

Rys.1 . Długości fali elektromagnetycznej w ujęciu graficznym

 

TABLICA 1.

Nazwa, zakres i wykorzystanie promieniowania elektromagnetycznego

Częstotliwość w MHz	Nazwa		Miejsce wykorzystania
poniżej 0,2	fale długie		sieć przestrzenna
powyżej 0,2	fale radiowe		radiokomunikacja,
do 3	długie i średnie		radiolokacja
3 - 30	krótkie		radioastronomia
30 - 300	ultrakrótkie		telekomunikacja i inne
300 - 30000	promieniowanie		termiczna obróbka metali
	mikrofalowe		i dielektryków, medycyna
3x10^6 - 4x10^8	promieniowanie		nagrzewanie, ogrzewanie,
	podczerwone		medycyna, badania naukowe
4x10^8 - 8x10^8	promieniowanie		oświetlenie, medycyna
	widzialne		kolorymetria, itp.
8x10^8 - 6x10^8	promieniowanie		medycyna, przemysł
	nadfioletowe		badania naukowe
6x10^10 - 75x10^13	promieniowanie		medycyna, przemysł, defektoskopia
	rentgenowskie		badania naukowe i inne
75x10^13- 3x10^15	promieniowanie		medycyna, przemysł, defektoskopia
	gamma		badania naukowe i inne

 

Promieniowanie elektromagnetyczne wielkiej częstotliwości (w.cz)

Szkodliwe promieniowanie nie jonizujące występuje w postaci pól elektromagnetycznych o dużej mocy wytwarzanych przez linie przesyłowe wysokiego napięcia. Generują one promieniowanie wielkiej częstotliwości zwane promieniowaniem Hertza. Obejmuje ono długości fal od 0,1 mm do kilku tysięcy m. Do badania ich pól e-m używa się mierników:

• natężenia pola elektrycznego, w V/m, w zakresie f = 0,1 - 300 MHz,

• gęstości strumienia mocy, w W/m², w zakresie f = 300 - 300 000 MHz.

Na obszarach otaczających źródła pól e-m w.cz. ustanowiono strefy ochronne stopnia:

I-go, na terenie której zabronione jest przebywanie osób nie zatrudnionych bezpośrednio przy eksploatacji tych urządzeń,

II-go, na terenie której dopuszcza się okresowe przebywanie niezatrudnionych osób, z zastrzeżeniem lokalizacji tam budynków mieszkalnych lub pomieszczeń o wymagającej ochronie (żłobki, przedszkola, szpitale itp.)

Poza nimi obszar stanowi już strefę bezpieczną. Na terenie strefy I, dla osób narażonych zawodowo wprowadzono bardziej szczegółowy podział, tzw. strefę: pośrednią (zwykle do 2 m od aparatu), zagrożenia (zwykle do 1,2 m) i niebezpieczną (zwykle do 20-30 cm i dotyczy obszarów w pobliżu elektrod i przewodów). Ich granice wyznaczane są w sposób doświadczalny. Wg tego podziału do poszczególnych stref zaliczane są następujące źródła:

1. strefa bezpieczna: nadajniki TV, IV pasmo o mocy 0,01-400 kW, diatermia mikrofalowa,

2. strefa zagrożona: łącza linii radiowych typu TM-110, KORAB 3 i 4, radiotelefony przewoźne, generatory laboratoryjne z prototypowymi antena-mi,

3. strefa pośrednia: pozostałe łącza linii radiowych, radiotelefony, kuchnie mikrofalowe, bliki mikrofalowe do spektrometrów EPR przy otwartym falowodzie, generatory do linii pomiarowych.

Ponadto wprowadzono pojęcie pola:

• stacjonarnego, wytwarzanego przez urządzenia z anteną nieruchomą lub obracającą się z f < 0,02 Hz,

• niestacjonarnego, wytwarzanego przez antenę ruchomą, o częstości opromiennienia f > 0,02 Hz.

Wartości graniczne dla poszczególnych stref i źródeł, zgodnie z obowiązującym zarządzeniem RM podano w tabeli 2.

TABLICA 2.

Wartości graniczne dla pól e-m w zależności od strefy zagrożenia

Rodzaj pola	Wartość graniczna
dla f w Hz	Strefa I		Strefa II
	w V/m	w W/m^2	w V/m	w W/m^2
50	powyżej 10k	-	1 - 10k	-
0,1 - 10M	powyżej 20	-	5 - 20	-
10 - 300M	powyżej 7	-	2 - 7	-
300 - 300000M stacjonarne	-	powyżej 0,1	-	0,025 - 0,1
300 - 300000M niestacjonarne	-	powyżej 1	-	0,25 - 1

  

W zależności od:

• wartości dawki,

• częstotliwości promieniowania,

• częstotliwości powtarzania impulsów modulowanych (ze względu na rezo-nans z impulsami nerwowymi człowieka, sterującymi różnymi czynnościami organizmu),

• czasu ekspozycji,

• odległości źródła promieniowania od stanowiska pracy,

• zdolności organizmu lub narządu do wypromieniowania energii cieplnej,

• stopnia ekranowania instalacji w.cz.

różne jest działanie źródeł promieniowania na człowieka. U pracowników narażonych na działanie tych pól mogą wystąpić następujące schorzenia:

• układu nerwowego: drżenie rąk, zmiany w EEG, bóle i zawroty głowy, niestałość emocjonalna, utrudnienie koncentracji, osłabienie pamięci, ogólne osłabienie,

• narządu wzroku: zmętnienie soczewki ocznej,

• układu krwionośnego: zwolnienie akcji serca, obniżenie ciśnienia tętniczego krwi, zmiany morfologiczne,

• układu pokarmowego: dysfunkcje przewodu pokarmowego, brak apetytu, niestrawność,

• układu oddechowego: nieżyty górnych dróg,

• układu hormonalnego.

Na podstawie obserwacji wyodrębniono następujące efekty działania tego promieniowania:

1. termiczny, podwyższenie temperatury i zachodzące pod jej wpływem zmiany patologiczne,

2. termiczny-swoisty, wybiorcze nagrzewanie pewnych partii organizmu,

3. nie termiczny, zmiany zachodzące bez podwyższenia temperatury.

W ciele człowieka znaczna część pochłoniętej energii promieniowania e-m zamieniana jest na ciepło, powodując ogólne podniesienie temperatury całego ciała. Wzrost ten zależny jest od długości fali. Podczas działania promieniowania mikrofalowego na obiekty jednorodne, najwyższą temperaturę notuje się na powierzchni. Wartość ta obniża się w kierunku warstw położonych głębiej. Dają się zauważyć 3 fazy podwyższenia temperatury. W początkowej następuje stosunkowo szybki wzrost o 1 ^o -2^oC, następnie utrzymuje się ona na stałym poziomie przez dłuższy czas, po czym ponownie szybko wzrasta. Różne właściwości elektryczne (stała dielektryczna i przewodnictwo) poszczególnych tkanek są przyczyną różnego, a nawet wybiórczego ich nagrzewania się. Efekt ten potęguje niejednorodność pola e-m w.cz. Stwarza to możliwość powstawania fal stojących w niektórych miejscach, gdzie struktury biologiczne są atakowane. Poza działaniem termicznym, pod wpływem promieniowania e-m zachodzą zjawiska biologiczne takie jak: powstawanie struktur łańcuchowych (polaryzacja) oraz zmiany molekuł białek (tzn. struktury i poziomu energetycznego) w wyniku rezonansowego pochłaniania energii tego promieniowania. Orientację kierunkową cząsteczek obserwuje się w zakresie od 1 - 100 MHz. W przypadku działania źródeł mikrofalowych nie zauważono tego zjawiska. Wysuwana jest też hipoteza działania promieniowania e-m w.cz. na biologiczny mechanizm sterowania procesami biochemicznymi i fizycznymi, ponieważ komórki same mają zdolność wytwarzania pola e-m w.cz.

Stwierdzono również działanie na analizator słuchowy człowieka oraz przeciw immunologiczne tego promieniowania. Wg Freya, w pewnych okolicach głowy, pod jego wpływem powstaje wrażenie dźwięku (świsty, brzęczenie). Zwykle ludzie lokalizują dźwięk w przestrzeni położonej z tyłu głowy, nie zależnie od położenia źródła. Wrażenie dźwięku powstaje również u osób z uszkodzeniem przewodnictwa kostnego ucha. Najsilniejsze wrażenie ma miejsce w przypadku napromieniowania okolic skroniowych.

Ochrona przed promieniowaniem e-m w.cz.:

• stały nadzór nad warunkami pracy w przypadku eksploatowania urządzeń o mocy wyj. przekraczającej 50 W,

• przeprowadzanie okresowej oceny szkodliwości,

• wprowadzenie środków organizacyjnych:

• zmiana usytuowania stanowisk względem źródeł pól,

• skrócenie czasu pracy przy źródle, rotacja pracowników,

• oznakowanie stref ochronnych,

• opracowanie instrukcji obsługi zagrażających urządzeń i nadzór nad ich przestrzeganiem,

• okresowe szkolenia pracowników dot. zagadnień bezpiecznego wykonywania pracy.

• lekarskie badania kontrolne,

• przestrzeganie zasad przebywania pracowników w poszczególnych strefach działania promieniowania:

• w ochronnej mogą przebywać jedynie pracownicy z odpowiednimi predyspozycjami zdrowotnymi,

• w pośredniej - w czasie 1 całej zmiany roboczej,

• w zagrożenia - ulega redukcji czas przebywania w zależności od wielkości dawki,

• w niebezpiecznej - przebywanie zabronione.

• zastosowanie środków technicznych:

• poprawa ekranowania źródeł,

• wprowadzenie urządzeń zdalnego sterowania i automatyzacji produkcji,

• stosowanie ekranujących osłon wokół źródeł i ciągłej kontroli ich funkcjonowania.

Promieniowanie laserowe nie występuje w sposób naturalny w środowisku, lecz wytwarzane jest przez specjalnie do tego celu skonstruowane urządzenia nazywane laserami (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation). Lasery są to generatory promieniowania elektromagnetycznego, najczęściej o długościach fali w zakresie promieniowania optycznego od 100 nm do 1 mm, w których wykorzystywane jest zjawisko emisji wymuszonej promieniowania. Promieniowanie laserowe znacząco różni się własnościami fizycznymi od promieniowania optycznego emitowanego przez konwencjonalne źródła takie jak promienniki nadfioletu, podczerwieni czy źródła światła stosowane do celów oświetleniowych. Mnogość urządzeń i sposobów wytwarzania wiązki laserowej sprawia, że lasery są urządzeniami bardzo zróżnicowanymi, które łączą jedynie pewne cechy emitowanego promieniowania. Lasery mają stosunkowo krótką historię liczącą zaledwie pół wieku. W 1960 roku fizyk amerykański Theodore Maiman i współpracownicy zbudowali pierwszy laser rubinowy. Zapoczątkowało to bardzo dynamiczny rozwój laserów i technologii z nimi związanej. Promieniowanie laserowe stosuje się w różnych procesach technologicznych w przemyśle (np. cięcie, spawanie czy znakowanie laserowe), w medycynie (chirurgia laserowa, lasery biostymulacyjne), nauce oraz wojsku (śledzenie laserowe) i kosmetyce. Należy tu również wspomnieć o powszechnym wykorzystaniu laserów w przemyśle komputerowym oraz filmowym
i fonograficznym (drukarki laserowe, odtwarzacze i nagrywarki CD i DVD). Urządzenia telekomunikacyjne coraz częściej wykorzystują światłowody, którymi przenoszone są informacje zakodowane w modulowanej wiązce laserowej.
Z promieniowaniem laserowym można również zetknąć się podczas projekcji i widowisk, w których wykorzystuje się lasery do osiągnięcia spektakularnych efektów wizualnych.
Podstawą działania lasera jest emisja wymuszona kwantów energii w ośrodku wzmacniającym (nazywanym również substancją laserującą lub ośrodkiem optycznie czynnym). Działanie lasera polega na wzbudzeniu ośrodka optycznie czynnego a następnie wyzwoleniu energii w postaci kwantu promieniowania spójnego. Promieniowanie laserowe charakteryzuje się wysokim stopniem spójności, monochromatyczności i ukierunkowania a kąt rozbieżności wiązki zwykle nie przekracza kilku miliradianów. Oprócz możliwości skupienia całej energii promieniowania lasera w nadzwyczaj małym paśmie widma i małym kącie bryłowym, można ten sam efekt uzyskać w odniesieniu do czasu. Istotną cecha lasera jest również to, że w większości jego aplikacji można uzyskać generację promieniowania tylko o określonym stanie polaryzacji.
Szeroki zakres zastosowań laserów wiąże się z ich bogatym asortymentem i parametrami, które muszą być ściśle dobrane do potrzeb użytkownika. Laser emituje promieniowanie zazwyczaj o jednej lub kilku długości fal i określonym zakresie mocy przystosowanym do danego zastosowania. Przykłady zastosowań wybranych typów laserów zaprezentowano
w tabeli 3.
Lasery można grupować wg ich różnych cech jak np. typ rezonatora, układ pompujący, ośrodek wzmacniający czy rodzaj (reżim) pracy. Z punktu widzenia rezonatora można mówić o laserach z rezonatorem stabilnym lub niestabilnym, liniowym lub pierścieniowym. Układy pompowania mogą wykorzystywać przepływ prądu, naświetlanie fotonami, reakcje chemiczne. Lasery mogą być o działaniu ciągłym lub impulsowym, a te ostatnie z repetycją impulsów. Rozpatrując sposób i rodzaje przejść elektronów między poziomami ośrodka laserującego mówimy o laserach np. trójpoziomowych lub czteropoziomowych. Jednak najczęściej stosowanym i najbardziej ogólnym kryterium podziału laserów jest stan skupienia ośrodków optycznie czynnych. Wyróżniamy tu lasery stałe (kryształ lub szkło jako osnowa), półprzewodnikowe (złączowe), cieczowe (barwnikowe), gazowe (atomowe, jonowe, molekularne). Najpopularniejsze w zastosowaniach technologicznych są lasery CO2, Nd: YAG i excimerowe. Zagrożenie promieniowaniem laserowym dla zdrowia człowieka odnosi się do oczu i skóry. Uszkodzenie tych tkanek zachodzi zazwyczaj na skutek reakcji termicznych w wyniku absorpcji dużej ilości energii przenoszonej przez promieniowanie laserowe. Najbardziej zagrożone promieniowaniem laserowym są oczy. W zależności od długości fali zagrożone są różne elementy składowe oka. Nadfiolet daleki UVC z zakresu 200- 215 nm i podczerwień o długościach fal powyżej 1400 nm pochłaniane są przez rogówką. Bliski nadfiolet UVA oraz częściowo podczerwień IRA i IRB pochłaniane są przez soczewkę. Natomiast promieniowanie widzialne i bliska podczerwień IRA są przepuszczane do siatkówki.
Tabela 3  Zestawienie przykładowych zastosowań wybranych typów laserów

Typ lasera	Długość fali, nm	Rodzaj pracy, czas trwania impulsu	Sprawność	Przykładowe zastosowanie
Rubinowy AlaO3:Cr3+	694,3	Impulsowa, od kilku do kilkunastu µs	0,1 - 0,5 %	Spawanie, topienie wiercenie, stomatologia, impulsowa holografia, biologia, pomiar odległości
Neodymowy Nd3+: YAG	1064,6 1300, 1400	Ciągła lub impulsowa od kilku ps do kilkunastu ms	0,1-10% (zależy od rodzaju pompy - wieksza przy pompie diodowej)	Telekomunikacja, laserowe układy śledzące, kontrolowane reakcje jądrowe, chirurgia, mikroobróbka, cięcie, pomiar odległości
Neodymowy na szkle Nd: Szkło	1050-1060	Ciągła lub impulsowa	1 - 5% (przy pompie lampowej)	Wzmacniacz optyczny do uzyskiwania impulsów o mocach GW, inicjowanie kontrolowanej reakcji jądrowej, cięcie, mikrosynteza
Półprzewodnkowy GaINAsP, GaAs, ALGaAS	800-1600	Ciągła lub impulsowa	60-75 %	Telekomunikacja światłowodowa, geodezja, poligrafia (pośrednio jako pompa do nacinania matryc), nagrywanie i odczytywanie płyt CD i DVD
Tytanowy Al2O3: Ti3+	Przestrajalna: 665-1130	Ciągła lub impulsowa od kilku fs	0,01 -0,1% (zależy od pompy)	Do określania poziomu skażenia atmosfery (system LIDAR), separacja izotopów, badania biomedyczne
He-Ne	632,8	Ciągła	0,1%	Metrologia, holografia, interferometria
Ne-Cu (laser na parach miedzi)	510,6 i 578,2	Impulsowa	Do 3%	Precyzyjna obróbka materiałów, dermatologia
Azotowy N2	337,1	Impulsowa 10 ns	20%	Spektroskopia, reakcje fotochemiczne
CO2	Najczęściej 10600	Ciągła lub impulsowa	30%	Obróbka materiałów, cięcie, spawanie, chirurgia, stomatologia, laserowe układy sledzące, kontrolowane reakcje jądrowe, rozdzielanie izotopów
Aleksandrytowy	Przestrajalna: 710-820	Ciągła lub impulsowa	0,3%	Do określania poziomu skażenia atmosfery (LIDAR), medycyna, spektroskopia
Excimerowy KrCl, ArF, KrF, XeCl, XeF	157, 193, 248, 308, 351	Impulsowa	1-2%	Chirurgia (okulistyka, kardiochirurgia), mechanika precyzyjna, znakowanie, wykonywanie otworów
Erbowy na szkle Er: Szkło	1540	Impulsowa	0,2%	Pomiar odległości bezpieczny dla oka
Erbowy Er: YAG	2940	Impulsowa	1,5%	Medycyna, badania biomedyczne

Specjalną uwagę zwraca się na uszkodzenie siatkówki promieniowaniem z zakresu 400 - 1400 nm, które może być szczególnie szkodliwe. Wiąże się to z faktem, że wiązka laserowa o średnicy kilku milimetrów może być skupiona na siatkówce oka do małej plamki o średnicy 10 µm. Oznacza to, że natężenie napromienienia wiązki wchodzącej do oka o wartości 1 mW/cm2 jest efektywnie zwiększone do wartości 100 W/cm2 na siatkówce oka. W rezultacie docierające do siatkówki promieniowanie jest wystarczająco duże aby spowodować uszkodzenie siatkówki. W zależności od miejsca na siatkówce, gdzie skupiane jest promieniowanie laserowe stopień uszkodzenia jest różny. Uszkodzenie w obrębie dołka środkowego może spowodować w rezultacie stałą ślepotę. Skóra jest największym organem ciała człowieka, a ryzyko jej uszkodzenia przez wiązkę laserową jest bardzo duże. Najbardziej zagrożona jest skóra rąk, głowy i ramion. Jednak do wywołania uszkodzeń skóry promieniowaniem laserowym potrzebne są znacznie większe dawki niż w przypadku oka. Promieniowanie laserów pracujących w zakresie widzialnym oraz podczerwonym może wywołać łagodną postać rumienia, jak również przy odpowiednio dużej dawce, być przyczyną poparzeń. Krótkotrwałe impulsy laserowe o dużej mocy szczytowej mogą powodować zwęglenie tkanek.
Jakkolwiek urządzenia laserowe posiadają specjalne osłony oraz wyposażone są w instrukcje bezpiecznego ich użytkowania to zdarzają się przy ich obsłudze wypadki przy pracy, z czego aż 44% wiąże się z ekspozycją na promieniowanie laserowe [3]. Dlatego istotna jest znajomość klasy bezpieczeństwa lasera, które odzwierciedlają stopień szkodliwości danego urządzenia laserowego. W związku z faktem, że promieniowanie laserowe o zróżnicowanych długościach fal i mocach może wywołać różne skutki, podczas oddziaływania z tkanką biologiczną lasery podzielono na siedem klas (wg PN-EN 60825-1: 2000) 1, 1M, 2, 2M, 3R, 3B, 4. Wcześniejszy podział dzielił lasery na pięć klas (1, 2, 3A, 3B, 4). W związku z powyższym producenci są zobligowani do umieszczenia na urządzeniu laserowym informacji o klasie bezpieczeństwa, do której należy dany laser. Dzięki temu użytkownicy tych urządzeń wiedzą, jakie środki bezpieczeństwa mają przedsięwziąć. W tabeli 4 przedstawiono charakterystykę klas laserów.
Tabela 4. Podział laserów i urządzeń laserowych na klasy (PN-EN 60825-1: 2000)

Klasa	Charakterystyka
1	Lasery, które są bezpieczne w racjonalnych warunkach pracy
1M	Lasery emitujące promieniowanie w zakresie długości fal do 302,5 nm do 4000 nm, które są bezpieczne w racjonalnych warunkach pracy, ale mogą być niebezpieczne podczas patrzenia w wiązkę przez przyrządy optyczne
2	Lasery emitujące promieniowanie widzialne w przedziale długości fal od 700. Ochrona oka jest zapewniona w sposób naturalny przez instynktowne reakcje obronne.
2M	Lasery emitujące promieniowanie widzialne w przedziale długości fal od 700. Ochrona oka jest zapewniona w sposób naturalny przez instynktowne reakcje obronne, ale mogą być niebezpieczne podczas patrzenia w wiązkę przez przyrządy optyczne.
3R	Lasery emitujące promieniowanie w zakresie długości fal do 302,5 nm do 106 nm, dla których bezpośrednie patrzenie w wiązkę jest potencjalnie niebezpieczne.
3B	Lasery, które są niebezpieczne podczas bezpośredniej ekspozycji promieniowania. Patrzenie na odbicia rozproszone są zwykle bezpieczne.
4	Lasery, które wytwarzają niebezpieczne odbicia rozproszone. Mogą one powodować uszkodzenie skóry oraz stwarzają zagrożenie pożarem. Podczas obsługi laserów klasy 4 należy zachować szczególną ostrożność.

Poza urządzeniami klasy 1 użytkowanie laserów niesie za sobą możliwość wystąpienia zagrożeń ich promieniowaniem dla oczu i skóry człowieka. Najniebezpieczniejsze urządzenia laserowe należą do klasy 4. Ich przykładem są lasery wykorzystywane przy cięciu spawaniu i znakowaniu oraz niektóre z laserów stosowanych w medycynie (np. lance laserowe). Przy obsłudze tych laserów konieczne jest zachowanie daleko idących środków bezpieczeństwa.
Każdy stosowany na stanowisku laser musi mieć przypisaną klasę, która wiąże się z koniecznością stosowania odpowiednich środków ochronnych przed promieniowaniem laserowym bezpośrednim, natomiast może istnieć potrzeba zabezpieczenia oczu pracownika przed promieniowaniem odbitym i rozproszonym. Promieniowanie to często jest również niebezpieczne dla ludzi i powinno być uwzględnione przy projektowaniu bezpiecznego stanowiska z urządzeniem laserowym.
Najwyższy poziom promieniowania laserowego, który nie powoduje obrażeń oczu i skóry określany jest w odpowiednich aktach prawnych: na poziomie krajowym w rozporządzeniu, a na poziomie Unii Europejskiej - Dyrektywie (2006/25/EU). W Polsce określa go rozporządzenie  w sprawie najwyższych dopuszczalnych stężeń i natężeń czynników szkodliwych dla zdrowia w środowisku pracy, jako maksymalną dopuszczalną ekspozycję MDE (Dz.U. nr 217. Ustalone wartości graniczne odnoszą się do przypadkowych, krótkotrwałych ekspozycji człowieka na to promieniowanie, a nie do zamierzonych ekspozycji do celów medycznych, rehabilitacyjnych, czy optycznej tomografii komputerowej. Ekspozycji na promieniowanie laserowe, którego parametry przekraczają ustalone wartości MDE wskazuje na duże ryzyko zawodowe, co jest równoznaczne ze szkodliwym skutkiem dla zdrowia. Dlatego pomiary odpowiednich parametrów promieniowania laserowego na stanowiskach pracy powinny być wykonywane zgodnie z obowiązującymi przepisami dotyczącymi badań czynników szkodliwych dla zdrowia w środowisku pracy (Dz. U. nr 73). Na ich podstawie powinna być dokonana ocena ryzyka zawodowego, zgodnie z przyjętymi kryteriami oceny zagrożenia (Dz.U. nr 217).
Prawidłowo i bezpiecznie zorganizowane stanowisko laserowe wymaga szczegółowej oceny wszystkich zagrożeń wynikających z jego funkcjonowania. Można przyjąć zasadę, że rozważa się trzy podstawowe elementy, tzn. potencjał zagrożeń spowodowany samym układem laserowym, środowisko, w którym umiejscowiony jest układ oraz stopień świadomości personelu obsługującego.
Podczas pracy z urządzeniami laserowymi należy zachować szczególną ostrożność ze względu na właściwości emitowanego promieniowania, charakteryzującego się znaczną gęstością mocy w porównaniu z promieniowaniem otrzymywanym ze źródeł klasycznych. Niebezpieczeństwo wywołane przez urządzenia laserowe nie ogranicza się jedynie do promieniowania emitowanych wiązek laserowych. Z uwagi na konstrukcję i sposób pracy urządzeń laserowych należy również brać pod uwagę takie źródła zagrożeń jak:

• zagrożenia elektryczne,

• zagrożenia pochodzące od par i gazów (np. w chirurgii dymy powstające na skutek termicznego cięcia tkanek),

• zagrożenia pożarowe i wybuchowe (np. zapalenie się materiałów palnych na skutek oddziaływania promieniowania laserowego dużej mocy),

• zagrożenia promieniowaniem towarzyszącym (nielaserowym) (np. zagrożenia promieniowaniem wysokiej częstotliwości lub rentgenowskim pochodzącym z laserów).

Wszystkie wymienione czynniki stanowią więc potencjał zagrożeń spowodowany samym układem laserowym. Umiejscowienie układu laserowego odgrywa bardzo ważne znaczenie z punktu widzenia efektywności pracy lasera, jak również bezpieczeństwa. Bardzo ważnymi elementami bezpieczeństwa laserowego jest również zastosowanie odpowiednich blokad bezpieczeństwa oraz środków ochrony indywidualnej i zbiorowej a także szkolenie pracowników. Szkolenie personelu obsługującego urządzenie laserowe powinno obejmować:

• procedury eksploatacji urządzeń laserowych,

• sposób właściwego użycia procedur kontroli zagrożenia, znaków ostrzegawczych, itp.,

• procedury zgłaszania wypadku,

• zagadnienia związane ze skutkami biologicznymi oddziaływania promieniowania laserowego na oczy i skórę

W pomieszczeniach, w których znajdują są urządzenia laserowe, mogące emitować nieosłonięte wiązki promieniowania, należy zapewnić:

• oświetlenie elektryczne o odpowiednio wysokim poziomie natężenia, gdyż w takich warunkach źrenice oczu są znacznie mniej rozszerzone niż w miejscach ciemnych i słabo oświetlonych. Przy mniej rozszerzonej źrenicy, mniej promieniowania laserowego może wniknąć do oka i a tym samy skutki szkodliwe są też mniejsze.

• matowe wykończenie ścian, aby uniknąć przypadkowych niebezpiecznych odbić zwierciadlanych.

• odpowiednie zabezpieczenie okien, aby promieniowanie laserowe nie mogło przedostać się na zewnątrz pomieszczenia

• odpowiednio oznakowanie wejścia do miejsca, w którym pracuje laser tak, aby informować o potencjalnym zagrożeniu Wzór etykiety ostrzegawczej przedstawiono na rysunku 2.
  

Rys. 2 Etykieta ostrzegawcza - znak zagrożenia (PN-EN 60825-1: 2000)
W tabeli 3 wymieniono podstawowe wymagania i zalecenia dla użytkowników urządzeń laserowych.

1) Wymagane tylko podczas emisji promieniowania spoza zakresu widzialnego
2) Wymagane jeśli w obszarze oddziaływania promieniowania laserowego przekroczone są wartości MDE
3) Wymagane jeśli promieniowanie laserowe stwarza potencjalne zagrożenie
Do ochrony przed promieniowaniem laserowym stosowane są gogle i okulary wyposażone w odpowiednie filtry optyczne.

Tabela 3 Podstawowe wymagania i zalecenia dla użytkowników urządzeń laserowych

Wymagania i zalecenia	Klasa lasera
		Klasa 1	Klasa 1M	Klasa 2	Klasa 2M	Klasa 3R	Klasa 3B	Klasa 4
Mianowanie inspektora do spraw bezpieczeństwa laserowego					+^1)	+	+
Zastosowanie łącznika zdalnej blokady						+	+
Uruchamianie kluczem						+	+
Zastosowanie ogranicznika lub tłumika wiązki laserowej						+	+
Urządzenie sygnalizujące emisję promieniowania					+^1)	+	+
Zastosowanie znaków ostrzegawczych						+	+
Osłonięcie wiązek laserowych					+	+	+
Unikanie odbić zwierciadlanych					+	+	+
Zastosowanie środków ochrony oczu						+^2)	+^2)
Zastosowanie odzieży ochronnej						+^3)	+^3)
Szkolenie pracowników w zakresie bezpiecznej pracy z laserami					+	+	+

Promieniowaniem jonizującym określa się wszystkie rodzaje promieniowania, które wywołują jonizację ośrodka materialnego, tj. oderwanie przynajmniej jednego elektronu od atomu lub cząsteczki albo wybicie go ze struktury krystalicznej. Za promieniowanie elektromagnetyczne jonizujące uznaje się promieniowanie, którego fotony mają energię większą od energii fotonów światła widzialnego.

Promieniowanie może jonizować materię dwojako: bezpośrednio lub pośrednio. Promieniowanie jonizujące bezpośrednio to obiekty posiadające ładunek elektryczny - jonizują głównie przez oddziaływanie kulombowskie.

Najważniejsze przykłady: promieniowanie alfa (α, jądra helu; ładunek elektryczny +2e), promieniowanie beta (β±, elektron i antyelektron, ładunek elektryczny +1e, -1e, odpowiednio). Promieniowanie jonizujące pośrednio to promieniowanie składające się z obiektów nieposiadających ładunku elektrycznego. Jonizuje ono materię poprzez oddziaływania inne niż kulombowskie (np. rozpraszanie komptonowskie, efekt fotoelektryczny, kreację par elektron - pozyton). Najważniejsze przykłady: promieniowanie neutronowe (n), promieniowanie elektromagnetyczne (promieniowanie rentgenowskie (X), promieniowanie gamma (γ); o energiach wyższych od energii promieniowania ultrafioletowego).

Promieniowanie jonizujące, ze względu na jego destrukcyjne oddziaływanie z żywą materią, jest przedmiotem zainteresowania radiologii - w celu ochrony przed nim (ochrona radiologiczna), w celach leczniczych i diagnostycznych (radioterapia, medycyna nuklearna).

Substancje emitujące promieniowanie jonizujące nazywamy promieniotwórczymi.

Skutki biologiczne wywoływane przez dany rodzaj promieniowania jonizującego opisuje bezwymiarowa wielkość zwana współczynnikiem jakości Q (ang. Quality Factor, QF).

Promieniowanie jonizujące można wykrywać jedynie metodami pośrednimi. Detektory promieniowania jonizującego rejestrują zmianę energii promieniowania na formę mierzalną (reakcje chemiczne, światło, prąd elektryczny, ciepło).

Promieniowanie jonizujące jest stale obecne w środowisku człowieka, zawsze i wszędzie. Jest to spowodowane głównie wszechobecnością radioizotopów różnych pierwiastków w przyrodzie oraz promieniowaniem kosmicznym. Jest wysoce prawdopodobne, że naturalne promieniowanie jonizujące środowiska jest głównym sprawcą mutacji w genach organizmów żywych, czyli jednym z czynników ewolucyjnych, którym zawdzięczamy faunę i florę taką, jaką znamy. Statystyczna roczna dawka promieniowania naturalnego wynosi 2,4 mSv (wg. UNSCEAR, 1988).

---