Lasery stają się coraz ważniejszymi narzędziami badawczymi w medycynie, fizyce, chemii, geologii, biologii i inżynierii. Niewłaściwie używane mogą spowodować olśnienie i obrażenia (w tym oparzenia i porażenie prądem) operatorów i innego personelu, w tym przypadkowych gości laboratorium, a także spowodować znaczne uszkodzenia mienia. Użytkownicy tych urządzeń muszą w pełni zrozumieć i stosować niezbędne środki ostrożności podczas ich obsługi.
Co to jest laser?
Słowo „laser” (ang. LASER, Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) to skrót oznaczający „wzmocnienie światła przez promieniowanie indukowane”. Częstotliwość promieniowania generowanego przez laser mieści się w lub w pobliżu widzialnej części widma elektromagnetycznego. Energia jest wzmacniana do stanu o bardzo wysokiej intensywności w procesie zwanym „promieniowaniem indukowanym laserem”.
Termin „promieniowanie” jest często błędnie rozumianyźle, ponieważ jest również używany do opisu materiałów radioaktywnych. W tym kontekście oznacza to transfer energii. Energia jest transportowana z jednego miejsca do drugiego poprzez przewodzenie, konwekcję i promieniowanie.
Istnieje wiele różnych typów laserów działających w różnych środowiskach. Jako medium robocze stosuje się gazy (na przykład argon lub mieszanina helu i neonu), stałe kryształy (na przykład rubin) lub płynne barwniki. Energia dostarczana do środowiska pracy przechodzi w stan wzbudzony i uwalnia energię w postaci cząstek światła (fotonów).
Para luster na obu końcach zamkniętej tuby odbija lub przepuszcza światło w skoncentrowanym strumieniu zwanym wiązką laserową. Każde środowisko pracy wytwarza wiązkę o unikalnej długości fali i kolorze.
Kolor światła laserowego jest zwykle wyrażany w postaci długości fali. Jest niejonizująca i obejmuje ultrafiolet (100-400 nm), widzialną (400-700 nm) i podczerwień (700 nm - 1 mm) widma.
Widmo elektromagnetyczne
Każda fala elektromagnetyczna ma unikalną częstotliwość i długość związaną z tym parametrem. Tak jak czerwone światło ma swoją własną częstotliwość i długość fali, tak wszystkie inne kolory – pomarańczowy, żółty, zielony i niebieski – mają unikalne częstotliwości i długości fal. Ludzie są w stanie dostrzec te fale elektromagnetyczne, ale nie są w stanie zobaczyć reszty spektrum.
Promieniowanie gamma, promieniowanie rentgenowskie i ultrafiolet mają najwyższą częstotliwość. podczerwień,promieniowanie mikrofalowe i fale radiowe zajmują niższe częstotliwości widma. Światło widzialne znajduje się w bardzo wąskim zakresie pomiędzy.
Promieniowanie laserowe: narażenie człowieka
Laser wytwarza intensywną, ukierunkowaną wiązkę światła. W przypadku skierowania, odbicia lub skupienia na obiekcie, wiązka zostanie częściowo pochłonięta, podnosząc temperaturę powierzchni i wnętrza obiektu, co może spowodować zmianę lub deformację materiału. Te cechy, które znalazły zastosowanie w chirurgii laserowej i obróbce materiałów, mogą być niebezpieczne dla tkanki ludzkiej.
Oprócz promieniowania, które ma wpływ termiczny na tkanki, promieniowanie laserowe jest niebezpieczne i powoduje efekt fotochemiczny. Jej warunkiem jest wystarczająco krótka długość fali, czyli ultrafioletowa lub niebieska część widma. Nowoczesne urządzenia wytwarzają promieniowanie laserowe, którego wpływ na człowieka jest zminimalizowany. Lasery małej mocy nie mają wystarczającej energii, aby wyrządzić szkody i nie stanowią zagrożenia.
Tkanki ludzkie są wrażliwe na energię iw pewnych okolicznościach promieniowanie elektromagnetyczne, w tym promieniowanie laserowe, może uszkodzić oczy i skórę. Przeprowadzono badania dotyczące progowych poziomów promieniowania pourazowego.
Zagrożenie dla oczu
Ludzkie oko jest bardziej podatne na obrażenia niż skóra. Rogówka (przezroczysta zewnętrzna przednia powierzchnia oka), w przeciwieństwie do skóry właściwej, nie ma zewnętrznej warstwy martwych komórek, które chronią przed wpływami środowiska. laser i ultrafioletpromieniowanie jest pochłaniane przez rogówkę oka, co może ją uszkodzić. Urazowi towarzyszy obrzęk nabłonka i erozja, aw ciężkich urazach - zmętnienie komory przedniej.
Soczewka oka może być również podatna na obrażenia, gdy jest wystawiona na różne promieniowanie laserowe - podczerwone i ultrafioletowe.
Największym niebezpieczeństwem jest jednak oddziaływanie lasera na siatkówkę w widzialnej części widma optycznego - od 400 nm (fiolet) do 1400 nm (bliska podczerwień). W tym obszarze widma skolimowane wiązki skupiają się na bardzo małych obszarach siatkówki. Najbardziej niekorzystny wariant naświetlenia ma miejsce, gdy oko patrzy w dal i wpada do niego bezpośrednia lub odbita wiązka. W tym przypadku jego stężenie na siatkówce sięga 100 000 razy.
Tak więc widzialna wiązka o mocy 10 mW/cm2 działa na siatkówkę z mocą 1000 W/cm2. To jest więcej niż wystarczające, aby spowodować szkody. Jeśli oko nie patrzy w dal lub jeśli wiązka jest odbijana od rozproszonej powierzchni, która nie jest lustrzana, znacznie silniejsze promieniowanie prowadzi do obrażeń. Efekt lasera na skórze jest pozbawiony efektu skupienia, dzięki czemu jest znacznie mniej podatny na obrażenia przy tych długościach fal.
Promieniowanie rentgenowskie
Niektóre systemy wysokonapięciowe o napięciu powyżej 15 kV mogą generować promieniowanie rentgenowskie o znacznej mocy: promieniowanie laserowe, którego źródłem są lasery ekscymerowe o dużej mocy pompowane elektronami, a takżesystemy plazmowe i źródła jonów. Urządzenia te muszą być testowane pod kątem bezpieczeństwa radiacyjnego, w tym w celu zapewnienia odpowiedniego ekranowania.
Klasyfikacja
W zależności od mocy lub energii wiązki oraz długości fali promieniowania lasery dzielą się na kilka klas. Klasyfikacja opiera się na możliwości spowodowania przez urządzenie natychmiastowego uszkodzenia oczu, skóry lub pożaru w przypadku bezpośredniego narażenia na wiązkę lub odbicia od rozproszonych powierzchni odbijających. Wszystkie lasery komercyjne podlegają identyfikacji poprzez naniesione na nie oznaczenia. Jeśli urządzenie było wykonane własnoręcznie lub nie zostało oznaczone w inny sposób, należy zasięgnąć porady w zakresie odpowiedniej klasyfikacji i oznakowania. Lasery wyróżnia moc, długość fali i czas naświetlania.
Bezpieczne urządzenia
Urządzenia najwyższej klasy generują promieniowanie laserowe o niskim natężeniu. Nie może osiągnąć niebezpiecznych poziomów, więc źródła są zwolnione z większości kontroli lub innych form nadzoru. Przykład: drukarki laserowe i odtwarzacze CD.
Warunkowo bezpieczne urządzenia
Lasery drugiej klasy emitują w widzialnej części widma. Jest to promieniowanie laserowe, którego źródła powodują, że osoba ma normalną reakcję odrzucenia zbyt jasnego światła (odruch mrugania). Po wystawieniu na działanie wiązki ludzkie oko mruga po 0,25 s, co zapewnia wystarczającą ochronę. Jednak promieniowanie laserowe w zakresie widzialnym może uszkodzić oko przy stałej ekspozycji. Przykłady: wskaźniki laserowe, lasery geodezyjne.
Lasery klasy 2a to urządzenia specjalnego przeznaczenia o mocy wyjściowej poniżej 1mW. Urządzenia te powodują uszkodzenia tylko wtedy, gdy są narażone na bezpośrednie działanie przez ponad 1000 s w ciągu 8-godzinnego dnia pracy. Przykład: Czytniki kodów kreskowych.
Niebezpieczne lasery
Klasa 3a odnosi się do urządzeń, które nie powodują obrażeń przy krótkotrwałym kontakcie z niechronionym okiem. Może być niebezpieczny podczas korzystania z optyki skupiającej, takiej jak teleskopy, mikroskopy lub lornetki. Przykłady: laser He-Ne 1-5 mW, niektóre wskaźniki laserowe i poziomy budynków.
Promień lasera klasy 3b może spowodować obrażenia, jeśli zostanie skierowany bezpośrednio lub odbity od tyłu. Przykład: 5-500mW laser HeNe, wiele laserów badawczych i terapeutycznych.
Klasa 4 obejmuje urządzenia o mocy powyżej 500 mW. Są niebezpieczne dla oczu, skóry, a także stanowią zagrożenie pożarowe. Narażenie na wiązkę, jej zwierciadlane lub rozproszone odbicia mogą powodować urazy oczu i skóry. Należy podjąć wszelkie środki bezpieczeństwa. Przykład: lasery Nd:YAG, wyświetlacze, chirurgia, cięcie metali.
Promieniowanie laserowe: ochrona
Każde laboratorium musi zapewnić odpowiednią ochronę osobom pracującym z laserami. Okna pomieszczeń, przez które może przedostać się promieniowanie z urządzeń klasy 2, 3 lub 4, powodując szkodyobszary niekontrolowane muszą być przykryte lub w inny sposób zabezpieczone podczas pracy takiego urządzenia. Aby zapewnić maksymalną ochronę oczu, zaleca się następujące czynności.
- Promień musi być zamknięty w nieodblaskowej, niepalnej osłonie ochronnej, aby zminimalizować ryzyko przypadkowego narażenia lub pożaru. Aby wyrównać wiązkę, użyj ekranów fluorescencyjnych lub drugorzędowych celowników; Unikaj bezpośredniego kontaktu wzrokowego.
- Użyj najniższej mocy do procedury wyrównania wiązki. Jeśli to możliwe, do wstępnych procedur wyrównania używaj urządzeń o niższej jakości. Unikaj obecności niepotrzebnych obiektów odblaskowych w obszarze lasera.
- Ogranicz przejście promienia w strefie zagrożenia poza godzinami pracy, używając żaluzji i innych przeszkód. Nie używaj ścian pomieszczenia do wyrównywania wiązki laserów klasy 3b i 4.
- Używaj nieodblaskowych narzędzi. Niektóre inwentarze, które nie odbijają światła widzialnego, stają się zwierciadlane w niewidzialnym obszarze widma.
- Nie noś odblaskowej biżuterii. Biżuteria metalowa zwiększa również ryzyko porażenia prądem.
Gogle
Podczas pracy z laserami klasy 4 w otwartej strefie zagrożenia lub tam, gdzie istnieje ryzyko odbicia, należy nosić okulary ochronne. Ich rodzaj zależy od rodzaju promieniowania. Okulary muszą być dobrane tak, aby chronić przed odbiciami, zwłaszcza odbiciami rozproszonymi, i zapewniać ochronę na poziomie, na którym naturalny odruch ochronny może zapobiegać uszkodzeniom oczu. Takie urządzenia optyczneutrzymuj pewną widoczność wiązki, zapobiegaj oparzeniom skóry, zmniejsz możliwość innych wypadków.
Czynniki, które należy wziąć pod uwagę przy wyborze gogli:
- długość fali lub obszar widma promieniowania;
- gęstość optyczna przy określonej długości fali;
- maksymalne natężenie oświetlenia (W/cm2) lub moc wiązki (W);
- typ systemu laserowego;
- tryb zasilania - pulsacyjne światło laserowe lub tryb ciągły;
- możliwości odbicia - lustrzane i rozproszone;
- pole widzenia;
- obecność soczewek korekcyjnych lub o wystarczającym rozmiarze, aby umożliwić noszenie okularów korekcyjnych;
- komfort;
- obecność otworów wentylacyjnych zapobiegających parowaniu;
- wpływ na widzenie kolorów;
- odporność na uderzenia;
- możliwość wykonywania niezbędnych zadań.
Ponieważ okulary ochronne są podatne na uszkodzenia i zużycie, laboratoryjny program bezpieczeństwa powinien obejmować okresowe kontrole tych funkcji ochronnych.
