-
Sugárral kapcsolatos veszélyek
-
Nem sugárral kapcsolatos veszélyek
A lézerek veszélyei két általános kategóriába sorolhatók: a sugárral kapcsolatos, szemet és bőrt érintő veszélyek és a nem sugárral kapcsolatos veszélyek, például elektromos és vegyi veszélyek.
Sugárral kapcsolatos veszélyek
A nem megfelelően használt lézerkészülékek potenciálisan veszélyesek. A hatások az enyhe bőrégéstől a bőr és a szem visszafordíthatatlan sérüléséig terjedhetnek. A lézerek által okozott biológiai károsodás termikus, akusztikus és fotokémiai folyamatok révén jön létre.
A termikus hatásokat a lézerenergia elnyelését követő hőmérséklet-emelkedés okozza. A károsodás súlyossága több tényezőtől függ, többek között az expozíció időtartamától, a sugár hullámhosszától, a sugár energiájától, valamint a sugárnak kitett szövet területétől és típusától.
Az akusztikai hatások a szöveteken keresztül terjedő mechanikus lökéshullámból erednek, amely végül károsítja a szövetet. Ez akkor történik, amikor a lézersugár a szövet lokális elpárolgását okozza, ami a lökéshullámot a vízben a tóba dobott kő hullámzásához hasonlóan okozza.
A sugárterhelés fotokémiai hatásokat is okozhat, amikor a fotonok kölcsönhatásba lépnek a szöveti sejtekkel. A sejtkémia megváltozása a szövetek károsodását vagy változását eredményezheti. A fotokémiai hatások nagymértékben függnek a hullámhossztól. A 2. táblázat összefoglalja a szem és a bőr különböző hullámhosszúságú sugárzásnak való kitettségének valószínűsíthető biológiai hatásait.
| Fotobiológiai Spektrális tartomány |
Szem | Bőr |
|---|---|---|
|
Ultraibolya C (200 nm – 280 nm) |
Photokeratitis |
Erythema (leégés) |
|
Ultraviola B (280 nm – 315 nm) |
Photokeratitis |
Megnövekedett pigmentáció |
|
Ultraibolya A (315 nm – 400 nm) |
Fotokémiai szürkehályog |
Pigment sötétedés |
|
Látható (400 nm – 780 nm) |
Fotokémiai és termikus retinasérülés |
Pigment sötétedés |
|
Infravörös A (780 nm – 1400 nm) |
Hályog és retina égés |
Bőrégés |
|
Infravörös B (1.4mm – 3.0 mm) |
Bőrégés, vízelégés, szürkehályog |
Bőrégés |
|
Infravörös C (3.0 mm – 1000 mm) |
Corneális égés csak |
Bőrégés |
A sugárterhelés típusai (fent)
A lézersugárnak való kitettség nem korlátozódik a közvetlen sugárterhelésre. Különösen a nagy teljesítményű lézerek esetében a sugár visszaverődésének való kitettség ugyanolyan káros lehet, mint az elsődleges sugárnak való kitettség.
A sugáron belüli kitettség azt jelenti, hogy a szem vagy a bőr közvetlenül a lézersugár egészének vagy egy részének van kitéve. A szem vagy a bőr a teljes lehetséges besugárzásnak vagy sugárterhelésnek van kitéve.
A tükörfelületekről származó tükröződések közel olyan károsak lehetnek, mint a közvetlen sugárnak való kitettség, különösen, ha a felület sík. Az ívelt tükörszerű felületek kiszélesítik a sugárnyalábot oly módon, hogy bár a kitett szem vagy bőr nem nyeli el a sugárnyaláb teljes hatását, nagyobb területen lehetséges a sugárzásnak való kitettség.
A diffúz felület olyan felület, amely a lézersugarat több irányba is visszaveri. A nem teljesen sík tükörszerű felületek, mint például az ékszerek vagy a fémszerszámok, a sugár diffúz visszaverődését okozhatják. Ezek a visszaverődések nem hordozzák az elsődleges sugár teljes teljesítményét vagy energiáját, de még így is károsak lehetnek, különösen a nagy teljesítményű lézerek esetében. A 4. osztályú lézerek diffúz visszaverődései képesek tüzet okozni.
A sugár hullámhosszától függ, hogy egy felület diffúz vagy tükörreflektornak minősül. Egy felület, amely egy látható lézer esetében diffúz reflektor lenne, egy infravörös lézersugár esetében tükörreflektor lehet.
Szem (felül)
A lézerfény legfőbb veszélye a szembe jutó sugarakból eredő veszélyek. A szem a fényre legérzékenyebb szerv. Ahogyan egy nagyítóval a napfény fókuszálható és megégetheti a fát, úgy az emberi szem lencséje a lézersugarat egy olyan apró pontba fókuszálja, amely megégetheti a retinát. A szembe belépő alacsony divergenciájú lézersugár 10-20 mikron átmérőjű területre fókuszálható.
A termodinamika törvényei nem korlátozzák a lézerek teljesítményét. A második törvény kimondja, hogy egy termikus sugárforrásból származó sugárnyaláb által felmelegített felület hőmérséklete nem haladhatja meg a forrásnyaláb hőmérsékletét. A lézer nem termikus sugárforrás, és képes a sajátjánál jóval nagyobb hőmérsékletet létrehozni. Egy szobahőmérsékleten működő 30 mW-os lézer képes annyi energiát termelni (fókuszálva), hogy azonnal átégeti a papírt.
Az energia megmaradásának törvénye szerint a lézersugár energiasűrűsége (az egységnyi területre jutó energia mértéke) a folt méretének csökkenésével nő. Ez azt jelenti, hogy a lézersugár energiája a szem fókuszáló hatására akár 100 000-szeresére is felerősödhet. Ha a szembe érkező besugárzás 1 mW/cm2 , a retinára érkező besugárzás 100 W/cm2 lesz. Így még egy kis teljesítményű, milliwattos tartományba eső lézer is égési sérülést okozhat, ha közvetlenül a retinára fókuszálódik.
SEMMILYEN esetben ne irányítson lézert valaki szemére, függetlenül attól, hogy milyen alacsony a lézer teljesítménye.
A szem szerkezete (fent)
A szem károsodása a sugár hullámhosszától függ. A lehetséges egészségügyi hatások megértéséhez fontos megérteni az emberi szem főbb részeinek működését.
A szaruhártya a szemet borító átlátszó szövetréteg. A külső szaruhártya sérülése kellemetlen (mint egy csikorgó érzés) vagy fájdalmas lehet, de általában gyorsan gyógyul. A szaruhártya mélyebb rétegeinek sérülése maradandó sérülést okozhat.
Az emberi szem keresztmetszete
A lencse a fényt fókuszálja, hogy képet alkosson a retinára. Idővel a lencse egyre kevésbé hajlékony, így nehezebben fókuszál a közeli tárgyakra. Az életkor előrehaladtával a lencse is elhomályosodik, és végül elhomályosodik. Ezt nevezzük szürkehályognak. Előbb-utóbb minden lencsénél kialakul a szürkehályog.
A szemnek az a része, amely a legélesebb látást biztosítja, a fovea centralis (más néven a makula lutea). Ez a retinának egy viszonylag kis területe (3-4%), amely a legrészletesebb és legélesebb látást, valamint a színérzékelést biztosítja. Ezért mozog a szemünk, amikor olvasunk, vagy amikor nézünk valamit; a képet a foveára kell fókuszálni a részletes észleléshez. A retina többi része képes a fényt és a mozgást érzékelni, de a részletes képeket nem (perifériás látás).
Ha a foveán lézerégés keletkezik, a finom (olvasási és munka) látás nagy része egy pillanat alatt elveszhet. Ha a lézerégés a perifériás látás területén történik, akkor a finom látásra kevés vagy semmilyen hatást nem gyakorolhat. Az ismétlődő retinaégések vaksághoz vezethetnek.
Szerencsére a szemnek van egy önvédelmi mechanizmusa – a pislogás vagy averziós válasz. Amikor erős fény éri a szemet, a szem negyed másodpercen belül hajlamos pislogni vagy elfordulni a fényforrástól (averzió). Ez megvédheti a szemet a károsodástól, ha kisebb teljesítményű lézerről van szó, de nem tud segíteni, ha nagyobb teljesítményű lézerről van szó. Nagy teljesítményű lézerek esetén a károsodás negyed másodpercnél rövidebb idő alatt is bekövetkezhet.
A lézer okozta szemégés tünetei közé tartozik a röviddel az expozíció után jelentkező fejfájás, a szem túlzott könnyezése és a látásban hirtelen megjelenő úszóképek. A floaterek azok a kavargó torzulások, amelyek a normál látásban véletlenszerűen jelennek meg, leggyakrabban pislogás után, vagy amikor a szemek néhány másodpercig csukva vannak. A floatereket a retináról és a kéreghártyáról leváló és az üvegtestben lebegő elhalt sejtes szövetek okozzák. A szemészorvosok gyakran elvetik a kisebb lézersérüléseket floatereknek, mivel a kisebb retinasérülések felismerése nagyon nehéz feladat. A kisebb szaruhártya-égések szemcsés érzést okoznak, mintha homok lenne a szemben.
A lézerfény által okozott szemsérülés mértékét több tényező határozza meg:
-
Pupillaméret – A pupilla átmérőjének csökkenése csökkenti a retina felületére jutó teljes energia mennyiségét. A pupillaméret 2 mm átmérőtől fényes napsütésben 8 mm átmérőig terjed sötétben (éjszakai látás).
-
pigmentáció mértéke – A több pigment (melanin) nagyobb hőelnyelést eredményez.
-
a retinakép mérete – Minél nagyobb a méret, annál nagyobb a károsodás, mert a károsodáshoz hőmérséklet-egyensúlyt kell elérni. Az egyensúly kialakulásának sebességét a kép mérete határozza meg.
-
impulzus időtartama – Minél rövidebb az idő (ns versus ms), annál nagyobb a sérülés esélye.
-
impulzusismétlési gyakoriság – Minél gyorsabb a gyakoriság, annál kevesebb az esély a hőelvezetésre és a regenerálódásra.
-
hullámhossz – meghatározza, hol rakódik le az energia, és mennyi jut át a szemhéjon.
A szem elnyelési helye vs. hullámhossz (fent)
A hullámhossz határozza meg, hogy a lézerenergia hol nyelődik el a szemben.
Forrás: Sliney & Wolbarsht, Safety with Lasers and Other Optical Sources, Plenum Press, 1980
A spektrum látható és közeli infravörös tartományában lévő lézereknek van a legnagyobb esélyük a retina károsodására, mivel a szaruhártya és a lencse átlátszó ezekre a hullámhosszakra, és a lencse képes a lézerenergiát a retinára fókuszálni. A lézerenergia maximális elnyelése a retinán a 400-550 nm-es tartományban történik. Az argon- és YAG-lézerek ebben a tartományban működnek, így ezek a legveszélyesebb lézerek a szemsérülések szempontjából. Az 550 nm-nél kisebb hullámhosszúságok a napégéshez hasonló fotokémiai sérülést okozhatnak. A fotokémiai hatások kumulatívak, és a diffúz vagy szórt fénynek való hosszú (10 másodpercnél hosszabb) kitettségből erednek. A 3. táblázat összefoglalja a különböző gyakran használt lézerek túlzott expozíciójának legvalószínűbb hatásait.
Bőr (felül)
A lézerek fotokémiai vagy hőégés útján károsíthatják a bőrt. A hullámhossztól függően a sugár áthatolhat mind az epidermiszen, mind a dermiszen. A hám a bőr legkülső élő rétege. A távoli és közepes ultraibolya (az aktinikus UV) sugárzást az epidermisz elnyeli. A rövid távú sugárzás hatására leégés (bőrpír és hólyagosodás) alakulhat ki. Az UV-expozíció a bőrrák kialakulásának és a bőr idő előtti öregedésének (ráncok stb.) fokozott kockázatával is összefügg.
A bőr hő okozta égési sérülései ritkák. Ezek általában nagy energiájú sugaraknak való hosszabb ideig tartó expozíciót igényelnek. A szén-dioxid és más infravörös lézerek okoznak leggyakrabban hőégést, mivel ez a hullámhossz-tartomány mélyen behatolhat a bőrszövetbe. A keletkező égés lehet elsőfokú (bőrpír), másodfokú (hólyagosodás) vagy harmadfokú (elszenesedés).
Egyének fényérzékenyek, vagy olyan vényköteles gyógyszereket szednek, amelyek fényérzékenységet váltanak ki. Különös figyelmet kell fordítani ezeknek a (felírt) gyógyszereknek, beleértve egyes antibiotikumokat és gombaölő szereket, a gyógyszert szedő és a lézerrel vagy annak közelében dolgozó egyénre gyakorolt hatására.
Nem sugárral kapcsolatos veszélyek (top)
A sugárral való expozícióval közvetlenül összefüggő veszélyeken kívül járulékos veszélyeket okozhatnak sűrített gázpalackok, kriogén és mérgező anyagok, ionizáló sugárzás és áramütés.
Villamos veszélyek (top)
A lézerek vagy lézerrendszerek használata áramütés veszélyével járhat. Ez az 50 voltos vagy annál nagyobb potenciálon működő közüzemi áramhasznosító, készülékvezérlő és tápegység-vezetőkkel való érintkezésből adódhat. Ezek az expozíciók a lézer beállítása vagy telepítése, karbantartása és szervizelése során fordulhatnak elő, amikor a berendezések védőburkolatait gyakran eltávolítják, hogy az aktív alkatrészekhez az említett tevékenységekhez szükséges hozzáférést biztosítsák. A hatás a kisebb bizsergéstől a súlyos személyi sérülésig vagy halálig terjedhet. Az áramütés megelőzésének elsődleges módszere a feszültség alatt álló vezetőkkel való véletlen érintkezés elleni védelem egy sorompórendszerrel.
A lézeres eszközökre, rendszerekre és a velük dolgozókra a szövetségi munkavédelmi és egészségügyi hatóság OSHA, a National Electric Code és a kapcsolódó állami és helyi rendeletek további elektromos biztonsági követelményeket írnak elő. A lézereket javító vagy karbantartó egyéneknek speciális, elektromos biztonsággal kapcsolatos munkamódszertani képzésre lehet szükségük. Vegye fel a kapcsolatot az egyetem biztonsági mérnökével a 258-5294-es telefonszámon az elektromos biztonsági ellenőrzés és/vagy a szükséges képzés érdekében.
Egy másik különleges veszélyt jelent, hogy a lézerek nagyfeszültségű elektromos ellátása és kondenzátorai gyakran a hűtővízszivattyúk, vezetékek, szűrők stb. közelében helyezkednek el. Kiömlés vagy tömlőszakadás esetén rendkívül veszélyes helyzet alakulhat ki. Magas páratartalom idején a túlhűtés kondenzációhoz vezethet, ami hasonló következményekkel járhat. A Princeton Egyetemen történt egy potenciálisan halálos baleset, amikor egy végzős hallgató kinyitott egy lézert, hogy letörölje a kondenzációt a csőrről.
A lézerek áramütéseinek megelőzésére a következő ajánlások vonatkoznak minden osztályba sorolt lézer esetében:
- Minden berendezést az OSHA és a Nemzeti Elektromos Szabályzatnak megfelelően kell telepíteni.
- Minden elektromos berendezést úgy kell kezelni, mintha “feszültség alatt” állna.
- A feszültség alatt álló áramkörrel vagy annak közelében történő munkát kerülni kell. Amikor csak lehetséges, húzzuk ki a készüléket a hálózatból, mielőtt dolgoznánk rajta.
- A “haverrendszert” kell alkalmazni, ha feszültség alatt álló elektromos berendezéseken kell dolgozni, különösen a szokásos munkaidő után vagy elszigetelt területeken. Ideális esetben a személynek jártasnak kell lennie az elsősegélynyújtásban és az újraélesztésben.
- Az elektromos berendezéseken végzett munka során nem szabad gyűrűket és fém karpereceket viselni, valamint nem szabad fémtollat, ceruzát vagy vonalzót használni.
- Az áram alatt álló áramkörökön egy kézzel kell dolgozni, ha ez lehetséges.
- Az elektromos berendezéseken végzett munka során csak szigetelt nyelű szerszámokat szabad használni.
- Azokat az elektromos berendezéseket, amelyek érintésre a legkisebb áramerősséget érzékelik, a további használat előtt ki kell vonni a forgalomból, fel kell címkézni és meg kell javítani.
- A nagyfeszültséggel végzett munka során a padlót vezetőnek és földeltnek kell tekinteni, kivéve, ha az elektromos munkákhoz általában használt, megfelelően szigetelt, száraz szőnyegen áll.
- Vizes padlón állva, vizes kézzel, lábbal vagy izzadt testtel nem szabad elektromos berendezésen dolgozni.
- Ne végezzen veszélyes tevékenységet, ha valóban fáradt, érzelmileg stresszes, vagy olyan gyógyszerek hatása alatt áll, amelyek tompítják vagy lassítják a szellemi és reflexfolyamatokat.
- Keményvezetékes berendezésekkel végzett munka esetén kövesse a lockout/tagout eljárásokat.
Nem szabad veszélyes tevékenységet végezni.