非游離輻射

綱要• 非游離輻射的範圍• 紫外線• 紅外線• 雷射• 電磁場

何謂非游離輻射

• 非游離輻射不同於游離輻射來自於放射性核種的蛻變，它不會造成受暴露物質的組成原子產生游離效應。

• 為能量低於 10 電子伏特 (eV) ，也就是說頻率小於 2.41015 赫茲 (Hz) ，波長大於 124 nm 的電磁輻射波段。

電磁輻射光譜

非游離輻射的種類

• 非游離輻射包括 :– 紫外線 (ultraviolet, UV)

– 可見光 (visible light)

– 紅外線 (infrared, IR)

– 雷射 (laser): 包括紫外線、可見光和紅外線三種波段

– 微波 (microwave)

– 射頻 (radio frequency) 或無線電波– 非常低頻及極低頻電磁場 (very low frequency and e

xtremely low frequency electric and magnetic fields, VLF and ELF)

紫外線 (Ultraviolet, UV) (1)

• 為非游離輻射中頻率最高的輻射 ( 或能量 ) 的輻射。• 來源 : 主要為太陽光• 波長範圍 : 100 nm ~ 400 nm

• 由波長範圍大小，區分為三種紫外線 :– UVA ( 近紫外線 )

• 波長範圍 : 315 nm ~ 400 nm

• 可穿透空氣、石英、玻璃和水– UVB ( 中紫外線 )

• 波長範圍 : 280 nm ~ 315 nm

• 可穿透空氣和石英，但無法穿透玻璃– UVC ( 遠紫外線 )

• 波長範圍 : 100 nm ~ 280 nm

• 對所有介質的穿透力極低，為大氣的臭氧層吸收，鮮少到達地表。

紫外線 (Ultraviolet, UV) (2)

• 據估計，當臭氧減少 10% 時，將使波長小於 300 nm 的紫外線到達地球的量增加一倍，但對於 UVA 波段的紫外線，並沒有顯著影響。

• 所謂光化性的紫外線 (actinic ultraviolet) 是指能導致化學反應的紫外線，包括波長小於 320 nm 的紫外線。

• 由以人體模型所做的紫外線劑量測定研究指出，人體最大日照部位包括 : 足尖、肩膀和耳朵、後頸部、和接近鼻子、顴骨和下嘴唇區域。

紫外線 (Ultraviolet, UV) (3)

• 在 UVB 產生日曬灼傷的有效性研究上發現，約 60% 接受上午 10 時到下午 2 時的日照，波長 300 nm 的紫外線在上午 9 時和下午 3 時的太陽光度，相對於正午而言減低 10 倍。

• 在瑞典的研究指出，對室外、室內和室內外混合的工人的 UVB 年暴露劑量分別為 6 、 2 和 1 kJ/m2 (20%) 。

• 由反射而來的 UV ， 對於考慮眼睛所遭受的劑量相當重要。– 大多數的物質並不反射 UV ，自然的 UV 反射物包括：雪、海面

及富含石英和石灰的乾海沙。– 人為的 UV 反射面如不光亮的鋁、含金屬氧化物的白漆塗面、灰

色的瀝青鋪面、淺色的水泥人行道等。

人為的紫外線來源 (1)

• 水銀燈– 低壓燈泡放射 253.7 nm 的 UV ，主要用途為殺菌。– 中高壓燈泡放射 365 nm 的 UV ，主要用途為 curing 及區域照明，如

健身防和停車場。為帶青色的光線，近距離直視會導致 UV 傷害。– 典型的區域照明水銀燈泡會有兩層包封，內層包封的材質為石英，外層

包封為 UV 的不透明物質如硼矽酸鹽所製，倘若外層包封破裂而仍繼續使用，則可能因為小於 350 nm 的 UV 增加，而造成健康危害。

• 日光燈– 日光燈照明和皮膚癌的相關曾經被調查，國際輻射保護協會 (Internatio

nal Radiation Protection Association, IRPA)認為日光燈照明並不是黑色素皮膚癌 (melanoma skin cancer) 的成因。

– 在非黑色素皮膚癌 (nonmelanoma skin cancer) 發生率的模式研究發現，對於無壓克力遮罩的燈管可測得 UVA 、 B 和 C ，有壓克力遮罩的燈管則測不到 UV 。

人為的紫外線來源 (2)

• 白熱光源– 鎢絲燈泡因為溫度從不超過 3000 K ，僅放射少量 UV 。– 玻璃包封減少 UV 的放射，高溫白熱光源如鹵素燈 UV ，以石英包封

增加 UV 的放射。– 氫氧焰和氧炔焰亦為產生 UV 的白熱光源。

• 電焊– 產生高強度的 UV ，決定 UV 放射的因子包括 : 電弧電流、遮蔽氣體、

電極線圈材質、基質金屬和接合形態 (joint geometry) 。 – 一些較具 UV 危害性的電焊製程包括 : 用鋁或鐵合金的氬金屬電弧電焊

(argon-shielded gas-metal arc welding, GMAW) 和用鐵合金的氦鎢電弧電焊 (helium-shielded gas tungsten arc welding, GTAW) 。

人為的紫外線來源 (3)

• 電腦顯示器– 由於電子束和黃磷塗裝的螢幕作用，使得電腦顯示器產生低量的 UVA 。– 據研究，在距離螢幕一公尺的 UVA 光度， 小於 1.8 10-4 W/m2 。由電腦顯示器所放射的 UVA ，遠小於由日光透過玻璃進入室內的量。

– UVB 貢獻極少的顯示器總 UV 放射，在距離 50 公分的光度為 1.0 10-5 W/m2 。

• 醫學及牙醫– 醫學上 UV 主要用於光治療 (phototherapy) 、光化學治療 (photo-chem

o-therapy) 、曬成褐色，消毒和滅菌。– 有研究指出，光治療的人員暴露於超過暴露標準的 UVB 和 UVC 。– 6 J/m2 的 UV每日中位劑量 (median daily dose) ，被使用於光治療操作人員死於 UV 誘發的非黑色素皮膚癌的風險。假定 40 年的工作生命，光治療操作人員死於皮膚癌的機會比非暴露的人多 25% 。

– 由牙醫的 leaky curing tool 所造成的 300 ~ 400 nm 間的 UV 暴露約為 0.04 mW/m2 ， 300 nm 的暴露為 0.003 ~ 0.004 mW/m2 。

人為的紫外線來源 (4)

• 實驗室– 低壓水銀燈用於控制實驗室內的細菌、病毒、酵母菌和黴菌的產生，造

成 UV 的暴露。– 主要的 UV 燈波長有 253.7 和 300 nm 。

• 健身房中的日照燈或亭 (tanning lamps/booths)– 健身房中的日照燈或亭是一個重要的 UV 發生源，一般在日照床表面

的 UV 光度，因為燈泡老化和不佳的配置，因而光度在 5.7 ~ 22 W/m2

範圍內變化。– 燈泡應該在使用前使其老化 10 小時，以減少 UV 和不相等的 UV 暴

露劑量。– 使用 UVA 燈泡作人工日照曬黑，可能使全身性紅斑性狼瘡 (systemic l

upus erythematosus)惡化及造成皮膚炎。

紫外線的生物效應

• UV 的主要的危害標的器官或系統 (target organ system)為皮膚、免疫系統和眼睛。

• 生物效應和頻率有密切關係，因此定義出幾個作用波段(action spectrum) ，來描述暴露劑量和生理反應的關係。

• 作用波段為對生物效應閾值的倒數，通常表達生物效應效能 (biological efficacy) 經由對 UV 波段以生物效應最有效波長作常態化，如對皮膚以 297 nm 、對眼睛以 270~280 nm 。

徹底對抗紫外線 (1)

• 對抗紫外線，不是愛美。愈來愈多研究證實，過量的紫外線會危害健康。

• 電影《明天過後》以驚悚預言方式，描述人類破壞生態環境，自食惡果成為冰凍城市的窘境。

• 現實生活中，人類也為持續上升的紫外線輻射所擾。• 科學家發現，十多年來，煤、天然瓦斯、石油等能源

濫用，造成隔絕紫外線的天然屏障臭氧層逐漸稀薄，甚至破洞，臭氧層每減少 1 ％，紫外線就增加 2 ～ 3％，過量紫外線長驅直入，已經影響到人體健康。

• 紫外線加速皮膚暗沉老化，或引發皮膚癌，早已為人所知，但少有人知道，紫外線對眼睛也會造成傷害。

• 近 10 年，紫外線與眼睛組織的研究相當多，長時間曝露在陽光中，不但容易讓眼睛提前退化，罹患白內障機會增加，年老得到眼疾甚或失明的危險性也提高。

• 根據世界衛生組織統計，全球每年有 1200 ～ 1500 萬人因白內障而失明，估計其中 300 萬例與暴露在紫外線中有關。

• 白內障是指水晶體老化渾濁。水晶體是眼睛抵抗紫外線的天然保護層，暴露在紫外線中時間愈長、愈久，透明水晶體就會變得渾濁，犧牲自己去保護眼睛避免受傷。

• 近年來，全世界白內障罹患率上升 3 ～ 4 倍，「國內至少增加兩倍，」國泰醫院眼科醫師林思源說。

• 尚且，近來發現過量紫外線也是導致視網膜黃斑退化的主因。

紫外線傷害眼睛 (1)

• 美國威斯康辛大學醫學院長達 10 年，追蹤超過 2000 名 43 ～ 86歲的人發現，青春期、三十多歲時一天曝曬太陽超過 5 小時以上的人， 10年內出現黃斑退化初期症狀的機率，比一天在陽光下不到 2小時者高出一倍以上。

• 此外，年輕時曾曬傷 10 次以上的人， 10 年內出現黃斑退化比例，也比沒曬傷的人要多出一倍。

• 而且以往 50 歲才出現的眼睛老化問題，現在 30 ～ 40 歲左右就可能會出現，甚至更早。

• 陽明醫院眼科醫師王孟祺，就曾碰過一位 20多歲的體育老師，因經常曝曬太陽下造成眼睛提前退化。眼科醫師林思源最小的白內障病人，年齡只有 10多歲。

• 「現在紫外線比以前多，真的要特別小心保護眼睛，」兩位眼科醫師異口同聲說。

• 研究也發現，最常曬太陽的人，只要戴上帽子和太陽眼鏡，危險至少降低一半。

紫外線傷害眼睛 (2)

特殊族群儘量加強防護 有些人對光特別敏感，因此需要加強紫外線防護。■孩童　孩童的皮膚、眼睛組織脆弱，過度曝曬容易受傷。■ 膚色淺　研究發現，膚色淺的人對光較敏感，容易曬傷，這也是黃種人

罹患皮膚癌機率較白種人略少的因素之一。■ 特殊疾病，如光敏感　如果你發現身體皮膚暴露在陽光的地方，有脫皮、

紅腫或脫屑現象，可能是對光敏感。■ 藥物性光敏感　歐美研究報告發現，服用以下藥物，也會讓皮膚對光較

敏感：如抗生素、磺胺藥、利尿劑、非類固醇消炎止痛藥、口服避孕藥、降血壓藥、人工甘味劑等。

■ 眼睛問題　使用散瞳劑治療近視的小朋友、白內障手術後、角膜炎、戴隱形眼鏡的人等，會讓眼睛對光線變得敏感脆弱。

■ 待在紫外線特別強的地點　高山、海底、水面、沙子、混凝土建築物或雪地容易反射紫外光，要特別注意。

如果你是長時間待在戶外的工作者，如農夫、交通警察、建築工人、電焊工人或駕駛員等，也不要忘了做好紫外線防護工作。

抗紫外線＝健康 (1) • 以往抗紫外線被定義為「愛美」的表徵，彷彿只有女

性才需注意抗紫外線。• 現在，更多研究證實，過量紫外線確實會造成身體組

織器官損壞。• 長時間外出適當保護自己，塗上防曬油、戴上帽子，

避免紫外線傷害。儘管抗紫外線產品及技術日新月異，仍無法完全阻隔紫外線侵害。面對市售各式各樣號稱「抗紫外線」的商品，從頭髮噴霧、防曬乳到衣服、太陽眼鏡等，很容易讓人有錯覺，以為用了這些產品，就可以從此脫離紫外線魔掌。

• 「不是穿了擦了就可以達 100 ％防護效果，」前陣子剛完成關於抗紫外線商品防護效果報告，全國公證檢驗紡織部行銷副理高偉修提醒，運用遮陽產品，並非保證可以長時間暴露在陽光下，它們只是降低陽光對皮膚的直接傷害而已。

• 國外研究也證實，即使高係數防曬乳液，也無法 100％擋掉 UVA ，只能當成第二線防護措施。

抗紫外線＝健康 (2)• 澳洲消委會提醒民眾，第一線的抗紫外線措施，就是避免早上 10

點到下午 2 點外出曝曬，非不得已也儘量找陰影遮蔽。• 他們特別提出「影子」理論，教導民眾如果看不到自己的影子，

或影子短過自己身高，表示陽光正大，應該要趕快找地方躲避。• 出門前看看氣象局的紫外線指數預報，看看出門是否要有保護措

施：如果紫外線指數為 5 以上，表示中度紫外線，待在太陽下 30分鐘就會受傷，出門要有適當抗紫外線裝備。

• 躲避紫外線只是消極抵抗，最重要的是，珍惜資源，停止繼續破壞臭氧層的行為。

• 美國環保署大膽估計，臭氧層每減少 2.5 ％，地球每年就要增加 1萬 5 千個皮膚癌患者。

• 對抗紫外線，你可以從省電節能開始做起： 1. 三樓以下，儘量爬樓梯，少用電梯，增加運動量。 2. 多用電扇、自然風取代冷氣空調。 3. 可在建築物四周種植花草植物，降低溫度，減少空調使用。 4. 平日可採用高效能省電產品，如燈泡等。真心愛惜環境，才是對人類的最大保護。

紫外線對眼睛的危害

• 角膜炎和結膜炎– 角膜和結膜的腫脹現象，最有效波長在 270 ~ 280 nm 。– 通常症狀在過度暴露 UV 6 ~ 12 小時後發生。主要症狀為疼痛、瞼痙攣、流淚、結膜充血、畏光、視力模糊和眼睛抓傷感覺。

• 白內障– 最有效波長為 290 ~ 310 nm ，在 300 nm 附近為高峰。– 流行病學研究顯示白內障的發生和環境 UV 的強度有關。

紫外線指數 (UV Index)

• 紫外線指數 (UV Index) 是對隔天中午時間，對特定地區到達地球的可能傷害皮膚 UV 量的預測，這個指數是對 中午時間在考慮雲層的影響下，估計紫外線暴露值。– 晴朗的天空 UV 100% 穿透– 些許雲層 UV 89% 穿透– 零碎雲層 UV 73% 穿透– 陰暗的天空 UV 32% 穿透

• 紫外線的輻射量與太陽的角度有密切的關係，在日正當中（太陽天頂角為 0 度）　時，紫外線輻射的強度最大，為保護民眾免於紫外線的傷害，目前將每日的「紫外線指數」定義為午時所計算出來的輻射量。

紫外線強度

紫外線指數

第一類別皮膚（從未曬黑/總是曬紅，白色）最小致紅劑量(MEDs)為 1至 3百焦耳/平方公尺

第二類別皮膚（有時曬黑/時常曬紅，淡褐色）最小致紅劑量(MEDs)為 3至 5百焦耳/平方公尺

第三類別皮膚（時常曬黑/有時曬紅，黃褐色）最小致紅劑量(MEDs)為 4至7.5百焦耳/平方公尺

第四類別皮膚（總是曬黑/極少曬紅，深褐色）最小致紅劑量(MEDs)為 5至12百焦耳/平方公尺

微弱 1 1至 3小時 3至 5小時 4至 7.5小時 5至 12小時

弱 3 20至 60分鐘 60至 100分鐘 80至 150分鐘 100至 240分鐘

中等 5 12至 36分鐘 36至 60分鐘 48至 90分鐘 60至 144分鐘

強 7 9至 26分鐘 26至 43分鐘 34至 64分鐘 43至 103分鐘

極強 10 6至 18分鐘 18至 30分鐘 24至 45分鐘 30至 72分鐘

時序入冬之後，紫外線指數慢慢降低，對人體危害也稍減輕。由於媒體知識的普及，紫外線造成皮膚的光老化傷害，例如黑斑和皺紋的出現，張力喪失及乾燥粗糙的皮膚，已是眾所周知，並有確實的醫學證據支持。但紅外線在一般民眾 甚至醫療從業者的認知裡，似乎停留在復健物理的治療、體 熱的測定及攝影。至於它對皮膚的真正作用如何，卻少有人 提及。

紅外線 (Infrared, IR)

• 紅外線光譜範圍在 0.8 ~ 1000 m 之間，通常整個光譜範圍被分為三個區段 :– 近紅外線 (near infrared, IRA): 波長在 0.8 ~ 1.4 m 之間– 中紅外線 (middle infrared, IRB): 波長在 1.4 ~ 3 m 之間– 遠紅外線 (far infrared, IRC: 波長在 3 ~ 1000 m 之間

• 紅外線在工業上的應用包括 : – 塗漆、釉料、瓷釉、黏著劑、油墨和表面處理的乾燥和烘烤– 金屬零件加熱裝配– 布料、紙張、皮革、肉類、蔬菜、陶器和砂模的乾燥

紅外線的危害 (1)

• 眼睛– 影響角膜 (cornea) 和較深層的組織如水晶體 (lens) 和玻璃狀液 (v

itreous humor) ，紅外線對眼睛的穿透和波長有關係，在 0.8 ~ 1.2 m 波長的紅外線大約有 50% 穿透到眼睛的深層組織。

– 暴露到高強度的紅外線會使眼睛產生疼痛和上皮細胞燒傷，不過這些效應會受眨眼反應所影響。

– 低強度長時間的暴露可能加熱虹膜和水晶體。– 紅外線所導致的白內障已在吹玻璃工人和熔爐工人發現，主要起因於對水晶體和其附近的組織加熱。

– 視網膜對近紅外線 (760~1400 nm) 至為敏感，其傷害可能和因加熱組織造成蛋白質和其他大分子變性。

紅外線的危害 (2)

• 皮膚– 紅外線危害的次要目標器官。– 主要的效應包括造成微血管擴張及色素沉積。– 當紅外線造成皮膚溫度升高至 45 °C 時，會到達皮膚疼痛閾值。

紅外線的功用 (1) 遠紅外線的部份，除加熱的用途外，僅有少部份應

用在氣體分析上面，其應用之重要性至目前為止，較不如近、中紅外線的廣 泛。人們對紅外線的理解和應用，大都停留在近、中紅外 線領域，主要係利用它發放出來的熱量，也就是所謂的「熱線」，作為人們生活上的「暖」、「晒乾」、「熱食」，或在工業上「加熱」、「乾燥」、「烘烤」等應用。在醫療保健上，也都是僅了解到係利用近、中紅外線的溫熱效應促使局部的血管擴張、血流加快，以加速全身的血液流通，同時溫熱會使局部肌肉鬆弛，新陳代謝旺盛等功能，來達到療效，常用到的日光浴、熱敷、沙療、艾炙、紅外燈等皆是紅外線利用的典型。

　

☆不同的應用技術所引用的紅外線波長有其基礎理論上之限制而往往無法互相取代，紅外線之所以如此重要，並非因為其為不可見光，而是許多自然界物質運動現象( 分子的轉動與振動 )   所釋放或吸收的輻射能量恰巧落在紅外線能量區域，因此可用紅外線來探知待分析物存在的種類、數目甚至外觀形像。若從光譜的觀點將紅外線的整個波段細分為相當多微細的子波段 ( 波段的寬窄即解析度 ) ，則根據每個波段光源吸收的強弱變化，即可分析出待分析物的濃 度，而吸收波段的位置，即反應出待分析物的結構。

　☆人體是有機體，也是遠紅外線的放射體，所以遠紅外線具有相當強的溫熱作用，它最能夠深入皮膚和皮下組織，促進血液循環，使身體保持一定的溫度，因此它被廣泛的運用在醫學治療上。

　

紅外線的功用 (2)

☆遠紅外線能夠迅速地被人體吸收；深入人體的遠紅外線便會引起原子和分子的振動，在透過共鳴吸收形成熱反應，促使皮下深層的溫度上昇，並使微血管擴張，促進血液循環，將瘀血等妨害新陳代謝的障礙全部清除乾淨，重新使組織復活，促進酵素生成。原本滯留在體內的老舊廢物和有害的蓄積物等等，經過這麼一番徹底的代謝後，便會由汗線和水份一起排出體外。

　☆除此之外，一些對人體有害的物質，也會藉此代謝排出體外。例

如致癌的重金屬類物資、加工食品中的有毒物質、引起疲勞和老化的乳酸、游離脂肪酸、脂肪和皮下脂肪導致高血壓的鈉離子、以及導致疼痛的尿酸等等。還有，皮脂線活化後，積存在毛細孔中的化妝品殘餘物，就能夠不必透過腎臟，直接從皮膚一起和汗水排出，可避免增加腎臟的負擔。這些好處都可以從約溫度四十度左右的低溫遠紅外線之研究結果上獲得印證。

　

紅外線的功用 (3)

☆遠紅外線專家研究認為，以氧化鋁、氧化鋯、二氧化鈦、三氧化釔等礦物質製成的精密陶瓷，通電給予動能後所激發出來的遠紅外線能量最強，其中又以波長在九 . 三五微米左右的遠紅外線可被應用在復健醫療及預防保健上。

　☆熱效應可改善微細循環 遠紅外線普遍被認同

的是具有「熱效應」，在遠紅外線作用下，以分子碰撞或輻射方式將外部的電磁波在人體內轉化成熱能。照射遠紅外線儀器。

　

紅外線的功用 (4)

☆其實，紅外線在醫療保健上所發揮的療效，除了所謂的溫熱效應外，還有一種更重要的機理，即是「非熱生物效應」。早期人們在使用微波治療時，便遇到下列情形：當使用高能量 的微波照射時，的確會對生理部份產生熱效，而達到溫熱治療的功能。但是醫療人員卻發現，僅以極低能量的微波照射病人時，理論上根本無法產生溫熱效應，卻也能達到神奇的療 效。

　

紅外線的功用 (1)

雷射 (Laser)

• 雷射的英文名稱 LASER 是由下列 5 個字的開頭字母所組成 : Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation ，意思為經由 ( 原子 )激發的所產生的強烈光線放射。

• 產生雷射的元件主要包括 : 一個光學空腔、一個幫浦系統和一些適當的物質 。下圖為典型的雷射腔。

雷射的簡單原理 (1)

• 一般的光線具多相（由不同波長的光組合而成）和散發性，所以照度和距離平方成反比。雷射光則是單相光，光線在雷射管中，反覆地『反射→激發→反射』，能量逐漸累積，且光線的方向一致。所以雷射光具有高能量及低散發性。可以利用這個特性。

• 雷射是將大量的光子 (photon)聚集在單一方向，使其具有高同調性及單一波長的特性，並利用光學系統將光在加工物件上聚集成一極小的範圍，通常直徑約在數百個微米 (um) 以下。物質表面吸　光子所攜帶的能量，進而和材料進行交互作用而產生加工的效果，但隨著波長所屬範圍的不同，其交互作用的機制卻也有相當大的差異。

雷射的簡單原理 (2)

• 原子由原子核與在週圍繞轉的電子構成，電子在一定的軌道繞轉，各軌道各有一定的能量，離原子愈遠的軌道能階愈高。當電子受到外來能量的激發時 ( 例如光子 ) ，從基態跳躍至較高能階的軌道，此種狀態即稱為受激態。電子並不能長久處於受激態，約僅百萬分之一秒即回到原來之軌道，也就是回復基態，此時電子會放出原先吸收之能量，這就是自發放射。

• 當電子正處於受激態時，如果正好又有外來適量的光子撞擊時，愛因斯坦認為這個光子不會被吸收，而會誘導受激態的電子落至原先的軌道，放出與這個光子一模一樣的光子 ( 相同波長，相同方向，相位也相同 ) ，這就是激發放射。而這兩個一模一樣的光子又可以分別激發其他的受激態電子放出一模一樣的光子，總共會有四個一模一樣的光子，繼續進行連鎖反應而製造出波長相位均相同的光能，這就是雷射光。

雷射的簡單原理 (3)

• 但是困難的地方是，原子的受激態大約只能維持百萬分之一秒，而且大部分的原子都在穩定的基態，只有少數的原子在受激態，所以不容易造成連鎖反應，這就有如在一個穩定的社會，只有少數人示威遊行，搖旗吶喊是起不了甚麼大作用的，但是如果整個社會人心沸騰，社會極不穩定，只要有少數人登高一呼，可能就有排山倒海的連鎖反應效果。類似的道理，要產生雷射光，也必須持續給予能量，使雷射介質處於居量反轉狀態，也就是大部分的原子都在不穩定的受激態，此時少量的光子就能夠藉激發放射的連鎖反應來產生雷射光了。不同的雷射介質就會產生不同波長的雷射光，雷射常以活性介質來命名，例如用紅寶石做為介質，就產生紅寶石雷射。

雷射的簡單原理 (4)

• 介質可以是固體 ( 紅寶石雷射、釹釔鋁石榴石雷射 ) ，液體 (染料雷射 ) ，或氣體(二氧化碳雷射、氦氖雷射、氬離子雷射、準分子雷射 ) 。活性介質不同，發出來的光顏色也不同，也有不同的特性及應用。例如在醫療上，由於不同顏色的光與人體組織的作用效果不同，在應用時也會因病變或部位的不同而需要使用不同的雷射。

雷射的應用 (1)• 工業上應用雷射來切割金屬材質，和做表面處理，如硬化處理，使材料更耐磨，或在金屬材料表面敷以異質層 ( 在鋁的表面敷以鐵、鎳、錳或銅，可以將其抗熱度提昇，醫學上用雷射來切割組織，氣化腫瘤。來做表面處理，像消除不要的刺青，胎記，痣等，近年來更用雷射來改變角膜表面的曲度，以治療近視。博物館也用雷射來做表面處理，例如用雷射來消除古物或古畫上的發黴，以及類似的文物修護。

雷射的應用 (2)

• 工業上用雷射來鑽孔，例如：鑽石和奶嘴的穿孔，噴霧器氣閥鑽孔等。醫學上也用雷射來鑽孔，例如冠狀動脈狹窄或阻塞的病人常造成心肌梗塞或缺血，可以用雷射在心肌上鑽許多小孔，使心臟內的血液經由這些小孔來供給心肌。另外在藥物膠囊鑽孔，可以使藥物穩定而緩慢的釋放出來，這是雷射鑽孔在醫療上的另一個應用。

雷射的應用 (3)

• 在超級市場結帳時的條碼判讀器，演講時使用的雷射指示器，偵測車輛速度的雷射超速偵測器，雷射舞會，節日慶典的雷射秀，雷射藝術等等均離不開雷射。

雷射的特性 (1)

• 它是單色的 ( 單色性 )

雷射是單色光，波長一致，而太陽光是混合 光 ， 所 以可以 說 雷 射 光 是 一種很「純」的光。醫學院雷射醫學研究中心擁有的雷射共焦掃描顯微鏡就是用雷射光做為光源，能夠得到更好的解析度，並且能夠在活組織做光學切面，再利用電腦做影像的立體重組。

雷射的特性 (2) • 它是筆直，不易散開的 (低發散性 ) 直徑一公釐的雷射光束，射到一公里外時，直徑大約是 10公分，而一般的光源容易散開，光度與距離的平方成反比。雷射的這個特性被用來做為遠距離的測量，光纖通訊，光束武器，精密加工，節日慶點的雷射秀，以及工程、環境、軍事、生物體等的遙測。有一次為社會治安而走的遊行曾經用雷射光將「認錯」兩個字投射到總統府的牆上，就是利用雷射的這個特性。

雷射的特性 (3)

• 它是很強 (很亮 ) 的 ( 高強度 )

由於雷射是單一波長且相當平行的光，所以能夠將其聚焦至很小的一點，造成很亮的效果，物理學術語稱它很「強」，或強度很高。醫學上利用雷射的這個特性來精準的切割或氣化組織，工業上則用來切割厚的金屬。

雷射安全 • 戒嚴時期到處都可以見到「小心匪諜，匪諜就在你身旁」的標語，今天我們說「小心雷射，雷射就在你身邊」並不算危言聳聽。現在解嚴了，匪諜不再可怕了，也沒有人再提及了，但是雷射可怕嗎？一般的雷射光，不會造成放射線所具有的傷害。高強度的雷射可能與生物體組織產生劇烈的光化學、光熱、光動力、及光游離等交互作用，造成嚴重的傷害。有時雷射引起週圍器材燃燒或爆炸，間接引起傷害，所以還是需要適當的給予規範，如果依適當的規範使用雷射，雷射光只照射在很有限的局部組織，不會有甚麼傷害的。套句曹培熙教授的話：我們要敬畏雷射光束，善用防護裝備，經常檢測儀器，預防勝於治療，只要使用得當，雷射可以造福大眾而不具危險性。

雷射用途 • 醫療上用途：用來除斑、開刀、止血、治療網膜剝離、近視等。

• 生活上用途：雷射唱片、 LD 、V-CD 、 D-VD 等。

• 工業上用途：測量距離、鑽孔、切割、焊接等。

• 其它用途：遊戲玩具、教學指示筆等

眼睛的結構

視網膜視神經

角膜

水晶體

玻璃體虹膜

雷射危害分類 (1)

• 雷射危害分類的目的為對雷射使用者提供一些警語和標示，以告知其所使用裝置的雷射危害等級，及用作為定義控制測定和醫學調查的基礎。

• 雷射危害等級– 雷射危害依其潛在的生物危害分為四個等級 (I 、 II 、 III 和

IV):

– 等級 I

• 沒有放射任何已知危害程度的雷射，這一個等級的雷射被認為〝眼睛安全〞雷射。

• 使用等級 I 的雷射產品或裝置，在操作和維修期間通常並不需要雷射危害防護裝置 。

雷射危害分類 (2)

– 等級 IIA

• 當暴露時間少於 1000 秒，不考慮為具慢性視覺危害 (chronic viewing hazard) 。但是當暴露時間大於 1000 秒時，則認為具危害性。這個等級僅適用於功率低於 3.9 W 的可見光雷射。

– 等級 II

• 低功率可見光雷射 (400 ~ 710 nm) ，其放射功率高於等級 I 雷射的功率，但不超過 1 mW 。這個等級的雷射當暴露時間大於 0.25 秒，被認為具慢性視觀危害。

• 人類對明亮光線的厭惡反應，被認為提供一些保護。僅需要一些特定的限制性控制。

– 等級 IIIA

• 這個等級的雷射會造成急性或慢性視覺危害，其危害程度依光度而定。通常指可見光雷射功率小於 5 mW 。

• 危害發生在眼睛暴露於雷射光束中，建議需要一些限制性控制。

雷射危害分類 (3)

– 等級 IIIB

• 直接照射具急性眼睛和皮膚危害，為中度功率的雷射 (連續波 : 5-500 mW, 脈衝式 : 10 J/cm2)

• 這個等級的雷射不會導致火災，但是有可能產生危害性的擴散反射 (hazardous diffuse reflection) 或稱間接照射危害 ，被建議採用特殊控制裝置。

– 等級 IV

• 直接照射或間接照射 (scattered laser radiation)均具急性眼睛和皮膚危害

• 為高功率雷射 (連續波 : 500 mW,脈衝式 : 10 J/cm2) ，具有潛在性火災危害，需要重要的控制裝置和防護設施。

控制測定和安全措施

• 工程控制– 防護罩 (protective housing)

– 主開關控制– 光學觀測安全系統– 光束停止或衰減裝置– 雷射啟動警告系統– 防護罩連結鎖 (interlock)裝置– 遙控連結鎖

• 個人保護設備– 眼睛保護設備和防護衣

• 行政和程序控制– 標準操作程序的建立– 定位程序的建立– 限制無關人員的進出– 防護設備

雷射控制區的標示

• 適當的雷射危害警告標示包括 :– 等級 IIIA 、等級 IIIB 和 等級 IV 雷射

• 需要標示危險信號，格式為 : 白色背警 , 紅色雷射符號、 黑色邊線和黑色文字 。

– 等級 II 或 等級 IIIA 區域• 需要標示小心的符號，格式為 : 黃色背景、黑色符號和文字。

– 當暫時的雷射控制區域建立時，需標示注意的符號，格式為 : 白色背景、紅色雷射符號、藍框和黑色文字。這個標示僅在雷射使用中貼出。

雷射等級檢查

• 如何決定雷射等級– 分類雷射產品是一個相當複雜的過程，它涉及可接近放射限值

(accessible emission limit, AEL) 的決定，雷射放射的測定，測定放射脈衝的特性，及標準制定機構對雷射產品功能的評估。

– 分類等級是製造商必須提供的一個必要明細，而且僅能標示在產品的一個位置上，在雷射警告標示的左下方，必須明白指出產品的雷射等級。