Afsnit 2: Laserfarer

• • Farer relateret til stråler
  • Farer uden for stråler
  • Strålerelaterede farer
  • Typer af stråleeksponering (øverst)
  • Øje (øverst)
  • Øjets struktur (øverst)
  • Absorptionssted i øjet vs. bølgelængde (øverst)
  • Hud (øverst)
  • Ikke-strålefarer (top)
  • Elektriske farer (top)

  Farer relateret til stråler

• Farer uden for stråler

Farerne ved lasere kan opdeles i to generelle kategorier – strålerelaterede farer for øjne og hud og ikke-strålerelaterede farer, som f.eks. elektriske og kemiske farer.

Strålerelaterede farer

Laserudstyr, der anvendes forkert, er potentielt farligt. Virkningerne kan spænde fra lette forbrændinger på huden til uoprettelige skader på hud og øjne. Den biologiske skade, der forårsages af lasere, opstår gennem termiske, akustiske og fotokemiske processer.

Termiske virkninger skyldes en temperaturstigning efter absorption af laserenergi. Skadens alvorlighed afhænger af flere faktorer, herunder eksponeringsvarighed, strålens bølgelængde, strålens energi og det område og den type væv, der udsættes for strålen.

Akustiske virkninger skyldes en mekanisk chokbølge, der forplanter sig gennem vævet og i sidste ende skader vævet. Dette sker, når laserstrålen forårsager lokaliseret fordampning af vævet, hvilket forårsager chokbølgen analogt med krusninger i vandet ved at kaste en sten i en dam.

Bekæmpelse af stråleeksponering kan også forårsage fotokemiske virkninger, når fotoner interagerer med vævsceller. En ændring i cellekemien kan resultere i beskadigelse eller ændring af vævet. Fotokemiske virkninger afhænger i høj grad af bølgelængden. Tabel 2 indeholder en oversigt over de sandsynlige biologiske virkninger af eksponering af øjne og hud for forskellige bølgelængder.

Fotobiologisk Spektralområde	Øje	Hud
Ultraviolet C (200 nm – 280 nm)	Photokeratitis	Erythema (solskoldning) Hudkræft Hudkræft Accelereret hudaldring
Ultraviolet B (280 nm – 315 nm)	Photokeratitis	Forbedret pigmentering
Ultraviolet A (315 nm – 400 nm)	Fotokemisk katarakt	Pigmentformørkelse Hudforbrænding
Visuel (400 nm – 780 nm)	Fotokemisk og termisk nethindeskade	Pigmentformørkelse Fotosenstive reaktioner Hudbrænding
Infrarødt A (780 nm – 1400 nm)	Katarakt og nethindeskade	Hudforbrænding
Infrarød B (1.4mm – 3,0 mm)	Brand i hornhinde, vandladning, katarakt	Hudbrand
Infrarødt C (3.0 mm – 1000 mm)	Kun hornhindebrænding	Hudbrænding

Typer af stråleeksponering (øverst)

Bekæmpelse af laserstrålen er ikke begrænset til direkte stråleeksponering. Især for lasere med høj effekt kan eksponering for strålerefleksioner være lige så skadelig som eksponering for den primære stråle.

Intrastråleeksponering betyder, at øjet eller huden eksponeres direkte for hele eller en del af laserstrålen. Øjet eller huden udsættes for den fulde mulige irradians eller stråleeksponering.

Specielle refleksioner fra spejloverflader kan være næsten lige så skadelige som eksponering for den direkte stråle, især hvis overfladen er flad. Buede spejllignende overflader vil udvide strålen, således at selv om det udsatte øje eller den udsatte hud ikke absorberer den fulde virkning af strålen, er der et større område for mulig eksponering.

En diffus overflade er en overflade, der reflekterer laserstrålen i mange retninger. Spejllignende overflader, der ikke er helt flade, f.eks. smykker eller metalværktøj, kan forårsage diffuse refleksioner af strålen. Disse refleksioner bærer ikke den fulde effekt eller energi fra den primære stråle, men kan stadig være skadelige, især for lasere med høj effekt. Diffuse refleksioner fra lasere i klasse 4 kan starte brande.

Hvorvidt en overflade er en diffus reflektor eller en spejlreflektor afhænger af strålens bølgelængde. En overflade, der ville være en diffus reflektor for en synlig laser, kan være en spejlreflektor for en infrarød laserstråle.

Øje (øverst)

Den største fare ved laserlys er farer fra stråler, der kommer ind i øjet. Øjet er det organ, der er mest følsomt over for lys. Ligesom et forstørrelsesglas kan bruges til at fokusere solen og brænde træ, fokuserer linsen i det menneskelige øje laserstrålen til et lille punkt, som kan brænde nethinden. En laserstråle med lav divergens, der kommer ind i øjet, kan fokuseres ned til et område med en diameter på 10 til 20 mikrometer.

Termodynamikkens love begrænser ikke lasereffekten. Den anden lov fastslår, at temperaturen på en overflade, der opvarmes af en stråle fra en termisk strålekilde, ikke kan overstige temperaturen på strålekilden fra kilden. Laseren er en ikke-termisk kilde og er i stand til at generere temperaturer, der er langt højere end dens egen. En 30 mW laser, der fungerer ved stuetemperatur, er i stand til at producere energi nok (når den er fokuseret) til øjeblikkeligt at brænde papir igennem.

I henhold til loven om energiens bevarelse øges energitætheden (mål for energi pr. arealenhed) af laserstrålen, efterhånden som punktstørrelsen mindskes. Det betyder, at energien i en laserstråle kan forstærkes op til 100.000 gange ved øjets fokusering. Hvis den strålingsstyrke, der kommer ind i øjet, er 1 mW/cm2 , vil strålingsstyrken på nethinden være 100 W/cm2 . Således kan selv en laser med lav effekt i milliwatt-området forårsage en forbrænding, hvis den fokuseres direkte på nethinden.

Der må ALDRIG rettes en laser mod en persons øjne, uanset hvor lav laserens effekt er.

Øjets struktur (øverst)

Skader på øjet afhænger af strålens bølgelængde. For at forstå de mulige sundhedsmæssige virkninger er det vigtigt at forstå funktionerne af de vigtigste dele af det menneskelige øje.

Hornhinden er det gennemsigtige lag af væv, der dækker øjet. Skader på den ydre hornhinde kan være ubehagelige (som en grynet fornemmelse) eller smertefulde, men heler normalt hurtigt. Skader på dybere lag af hornhinden kan forårsage permanent skade.

Linsen fokuserer lyset for at danne billeder på nethinden. Med tiden bliver linsen mindre bøjelig, hvilket gør det sværere at fokusere på objekter i nærheden. Med alderen bliver linsen også uklar og til sidst bliver den uklar. Dette er kendt som grå stær. Alle linser udvikler på et tidspunkt grå stær.

Den del af øjet, der giver det mest skarpe syn, er fovea centralis (også kaldet macula lutea). Dette er et relativt lille område af nethinden (3 til 4 %), som giver det mest detaljerede og skarpe syn samt farveopfattelse. Det er derfor, øjnene bevæger sig, når man læser, eller når man ser på noget; billedet skal være fokuseret på fovea for at opnå en detaljeret opfattelse. Resten af nethinden kan opfatte lys og bevægelse, men ikke detaljerede billeder (perifert syn).

Hvis der opstår en laserforbrænding på fovea, kan det meste af det fine syn (læsning og arbejde) gå tabt på et øjeblik. Hvis en laserforbrænding sker i det perifere syn, kan den give ringe eller ingen effekt på det fine syn. Gentagne nethindebrændinger kan føre til blindhed.

Glukkeligvis har øjet en selvforsvarsmekanisme – blink- eller aversionsreaktionen. Når et skarpt lys rammer øjet, har øjet en tendens til at blinke eller vende sig væk fra lyskilden (aversion) inden for et kvart sekund. Dette kan beskytte øjet mod skader, når der er tale om lasere med lavere effekt, men kan ikke hjælpe, når der er tale om lasere med højere effekt. Ved lasere med høj effekt kan skaden opstå på kortere tid end et kvart sekund.

Symptomer på en laserforbrænding i øjet omfatter hovedpine kort efter eksponering, overdreven vanding af øjnene og pludselig forekomst af floaters i synet. Floaters er de hvirvlende forvrængninger, der opstår tilfældigt i det normale syn, oftest efter et blink eller når øjnene har været lukkede i et par sekunder. Floaters er forårsaget af døde cellevæv, der løsner sig fra nethinden og årehinden og flyder rundt i glaslegemet. Oftest afviser øjenlæger mindre laserskader som floaters på grund af den meget vanskelige opgave med at opdage mindre nethindeskader. Mindre hornhindeforbrændinger giver en grynet fornemmelse, som sand i øjet.

Flere faktorer bestemmer graden af skade på øjet fra laserlys:

• Pupilstørrelse – Skrumpning af pupildiameteren reducerer mængden af den samlede energi, der leveres til nethindens overflade. Pupilstørrelsen varierer fra en diameter på 2 mm i stærk sol til en diameter på 8 mm i mørke (nattesyn).

• grad af pigmentering – Mere pigment (melanin) resulterer i mere varmeabsorption.

• størrelse af nethindebilledet – Jo større størrelse, jo større er skaden, fordi der skal opnås temperaturligevægt for at gøre skade. Hastigheden for dannelse af ligevægt bestemmes af billedets størrelse.

• impulsvarighed – Jo kortere tid (ns versus ms), jo større chance for skade.

• impulsrepetitionshastighed – Jo hurtigere hastighed, jo mindre chance for varmeafgivelse og genopretning.

• bølgelængde – bestemmer, hvor energien aflejrer sig, og hvor meget der kommer igennem øjenmedierne.

Absorptionssted i øjet vs. bølgelængde (øverst)

Bølgelængden bestemmer, hvor laserenergien absorberes i øjet.

Kilde: Sliney & Wolbarsht, Safety with Lasers and Other Optical Sources, Plenum Press, 1980

Lasere i det synlige og nærinfrarøde område af spektret har det største potentiale for skade på nethinden, da hornhinden og linsen er gennemsigtige for disse bølgelængder, og linsen kan fokusere laserenergien på nethinden. Den maksimale absorption af laserenergi på nethinden finder sted i området fra 400-550 nm. Argon- og YAG-lasere opererer i dette område, hvilket gør dem til de farligste lasere med hensyn til øjenskader. Bølgelængder på under 550 nm kan forårsage fotokemiske skader svarende til solskoldning. Fotokemiske virkninger er kumulative og opstår ved langvarig eksponering (over 10 sekunder) for diffust eller spredt lys. Tabel 3 opsummerer de mest sandsynlige virkninger af overeksponering for forskellige almindeligt anvendte lasere.

Hud (øverst)

Lasere kan skade huden via fotokemiske eller termiske forbrændinger. Afhængigt af bølgelængden kan strålen trænge ind i både epidermis og dermis. Epidermis er det yderste levende lag af huden. Fjern- og mellem-ultraviolet (aktinisk UV) absorberes af epidermis. En solskoldning (rødme og blærer) kan opstå som følge af kortvarig eksponering for strålen. UV-eksponering er også forbundet med en øget risiko for udvikling af hudkræft og for tidlig ældning (rynker osv.) af huden.

Thermiske forbrændinger af huden er sjældne. De kræver normalt eksponering for stråler med høj energi i en længere periode. Kuldioxid- og andre infrarøde lasere er mest almindeligt forbundet med termiske forbrændinger, da dette bølgelængdeområde kan trænge dybt ind i hudvævet. Den resulterende forbrænding kan være af første grad (rødme), anden grad (blærer) eller tredje grad (forkullelse).

Nogle personer er lysfølsomme eller kan tage receptpligtig medicin, der fremkalder lysfølsomhed. Der skal lægges særlig vægt på virkningen af disse (ordinerede) lægemidler, herunder visse antibiotika og fungicider, på den person, der tager medicinen, og som arbejder med eller omkring lasere.

Ikke-strålefarer (top)

Ud over de farer, der er direkte forbundet med eksponering for strålen, kan der opstå supplerende farer fra komprimerede gasflasker, kryogene og giftige materialer, ioniserende stråling og elektriske stød.

Elektriske farer (top)

Anvendelse af lasere eller lasersystemer kan udgøre en fare for elektriske stød. Dette kan forekomme ved kontakt med udsatte strømforsyningsledere, apparatstyring og strømforsyningsledere, der arbejder ved potentialer på 50 volt eller mere. Disse eksponeringer kan forekomme under opsætning eller installation, vedligeholdelse og service af lasere, hvor udstyrets beskyttelsesdæksler ofte fjernes for at give adgang til aktive komponenter, som det er nødvendigt for disse aktiviteter. Virkningen kan variere fra en mindre prikken til alvorlig personskade eller død. Beskyttelse mod utilsigtet kontakt med strømførende ledere ved hjælp af et barrieresystem er den primære metode til at forhindre elektrisk stød.

Der stilles yderligere elektriske sikkerhedskrav til laserudstyr, systemer og dem, der arbejder med dem, af den føderale arbejdstilsynsmyndighed OSHA (Occupational Safety and Health Administration), National Electric Code og relaterede statslige og lokale bestemmelser. Personer, der reparerer eller vedligeholder lasere, kan kræve specialiseret uddannelse i elektrisk sikkerhedsrelateret arbejdspraksis. Kontakt universitetets sikkerhedsingeniør på 258-5294 for at få foretaget en inspektion af den elektriske sikkerhed og/eller den nødvendige uddannelse.

En anden særlig fare er, at højspændingsforsyninger og kondensatorer til lasere ofte er placeret tæt på pumper, ledninger, filtre osv. til kølevand. I tilfælde af et udslip eller brud på en slange kan der opstå en yderst farlig situation. I perioder med høj luftfugtighed kan overkøling føre til kondensation, hvilket kan have lignende virkninger. En potentielt dødelig ulykke fandt sted på Princeton University, da en kandidatstuderende åbnede en laser for at tørre kondensvand af et rør.

Følgende er anbefalinger til forebyggelse af elektriske stød for lasere for alle klassifikationer:

• Alt udstyr skal installeres i overensstemmelse med OSHA og National Electrical Code.
• Alt elektrisk udstyr skal behandles som om det var “under spænding”.
• Arbejde med eller i nærheden af strømførende kredsløb skal undgås. Når det er muligt, skal udstyret tages ud af stikkontakten, før der arbejdes på det.
• Der bør anvendes et “kammeratsystem”, når det er nødvendigt at arbejde på strømførende elektrisk udstyr, især efter normal arbejdstid eller i isolerede områder. Ideelt set bør personen have kendskab til førstehjælp og HLR.
• Ringe og metalarmbånd bør ikke bæres, og der bør heller ikke anvendes metalpenne, blyanter eller linealer, mens man arbejder med elektrisk udstyr.
• Livsførende kredsløb bør bearbejdes med én hånd, når det er muligt.
• Når man arbejder med elektrisk udstyr, bør der kun anvendes værktøj med isolerede greb.
• Elektrisk udstyr, der ved berøring giver den mindste fornemmelse af strøm, skal tages ud af drift, mærkes og repareres før yderligere brug.
• Ved arbejde med højspænding skal gulvet betragtes som ledende og jordet, medmindre det står på en passende isoleret tør måtte, der normalt anvendes til elektrisk arbejde.
• Der bør ikke arbejdes på elektrisk udstyr, når man står på et vådt gulv, eller når hænder, fødder eller krop er våde eller svedende.
• Du må ikke udføre farlige aktiviteter, når du er virkelig træt, følelsesmæssigt stresset eller under påvirkning af medicin, der sløver eller forsinker de mentale og refleksmæssige processer.
• Følg lockout/tagout-procedurer, når du arbejder med fastforbundet udstyr.