Sezione 2: Pericoli del laser

pericoli relativi al raggio
pericoli non relativi al raggio

I pericoli dei laser possono essere separati in due categorie generali – pericoli relativi al raggio per gli occhi e la pelle e pericoli non relativi al raggio, come i pericoli elettrici e chimici.

Pericoli relativi al fascio

I dispositivi laser usati in modo improprio sono potenzialmente pericolosi. Gli effetti possono variare da lievi ustioni cutanee a lesioni irreversibili alla pelle e agli occhi. Il danno biologico causato dai laser è prodotto attraverso processi termici, acustici e fotochimici.

Gli effetti termici sono causati da un aumento della temperatura in seguito all’assorbimento di energia laser. La gravità del danno dipende da diversi fattori, tra cui la durata dell’esposizione, la lunghezza d’onda del raggio, l’energia del raggio e l’area e il tipo di tessuto esposto al raggio.

Gli effetti acustici risultano da un’onda d’urto meccanica, propagata attraverso il tessuto, che alla fine danneggia il tessuto. Questo accade quando il raggio laser causa la vaporizzazione localizzata del tessuto, causando l’onda d’urto analoga alle increspature nell’acqua dovute al lancio di un sasso in uno stagno.

L’esposizione al raggio può anche causare effetti fotochimici quando i fotoni interagiscono con le cellule del tessuto. Un cambiamento nella chimica delle cellule può risultare in un danno o in un cambiamento del tessuto. Gli effetti fotochimici dipendono molto dalla lunghezza d’onda. La tabella 2 riassume i probabili effetti biologici dell’esposizione degli occhi e della pelle a diverse lunghezze d’onda.

Fotobiologico Dominio spettrale	Occhio	Pelle
Ultravioletto C (200 nm – 280 nm)	Fotocheratite	Eritema (scottatura) Cancro della pelle Invecchiamento accelerato della pelle
Ultravioletto B (280 nm – 315 nm)	Fotocheratite	Aumento della pigmentazione
Ultravioletto A (315 nm – 400 nm)	Cataratta fotochimica	Scurimento dei pigmenti Uscissione della pelle
Visibile (400 nm – 780 nm)	Fotochimica e lesioni termiche della retina	Imbrunimento dei pigmenti Reazioni fotosensibili Ustione della pelle
Infrared A (780 nm – 1400 nm)	Uscissione della cataratta e della retina	Uscissione della pelle
Infrarossi B (1.4 mm – 3,0 mm)	Ustione corneale, brillamento acquoso, cataratta	Ustione della pelle
Infrared C (3.0 mm – 1000 mm)	Solo ustioni corneali	Ustione della pelle

Tipi di esposizioni al raggio (in alto)

L’esposizione al raggio laser non è limitata all’esposizione diretta al raggio. In particolare per i laser ad alta potenza, l’esposizione ai riflessi del fascio può essere altrettanto dannosa quanto l’esposizione al fascio primario.

L’esposizione al fascio significa che l’occhio o la pelle sono esposti direttamente a tutto o parte del fascio laser. L’occhio o la pelle sono esposti alla piena irradiazione o esposizione radiante possibile.

I riflessi speculari dalle superfici a specchio possono essere dannosi quasi quanto l’esposizione al raggio diretto, in particolare se la superficie è piatta. Le superfici curve a specchio allargheranno il fascio in modo tale che, mentre l’occhio o la pelle esposti non assorbono l’intero impatto del fascio, c’è un’area più grande per la possibile esposizione.

Una superficie diffusa è una superficie che riflette il fascio laser in molte direzioni. Le superfici a specchio che non sono completamente piatte, come i gioielli o gli strumenti di metallo, possono causare riflessioni diffuse del raggio. Queste riflessioni non portano la piena potenza o energia del fascio primario, ma può ancora essere dannoso, in particolare per i laser ad alta potenza. Riflessioni diffuse da laser di classe 4 sono in grado di avviare incendi.

Se una superficie è un riflettore diffuso o un riflettore speculare dipenderà dalla lunghezza d’onda del fascio. Una superficie che sarebbe un riflettore diffuso per un laser visibile può essere un riflettore speculare per un raggio laser infrarosso.

Occhio (in alto)

Il pericolo maggiore di luce laser è rischi da fasci che entrano nell’occhio. L’occhio è l’organo più sensibile alla luce. Proprio come una lente d’ingrandimento può essere usata per focalizzare il sole e bruciare il legno, la lente nell’occhio umano focalizza il raggio laser in un piccolo punto che può bruciare la retina. Un raggio laser con bassa divergenza che entra nell’occhio può essere focalizzato fino a un’area di 10-20 micron di diametro.

Le leggi della termodinamica non limitano la potenza dei laser. La seconda legge afferma che la temperatura di una superficie riscaldata da un raggio da una fonte termica di radiazione non può superare la temperatura del raggio sorgente. Il laser è una sorgente non termica ed è in grado di generare temperature molto più alte delle sue. Un laser da 30 mW che opera a temperatura ambiente è in grado di produrre abbastanza energia (se focalizzato) da bruciare istantaneamente la carta.

Per la legge della conservazione dell’energia, la densità di energia (misura dell’energia per unità di superficie) del raggio laser aumenta al diminuire della dimensione dello spot. Questo significa che l’energia di un raggio laser può essere intensificata fino a 100.000 volte dall’azione di focalizzazione dell’occhio. Se l’irradiazione che entra nell’occhio è di 1 mW/cm2, l’irradiazione alla retina sarà di 100 W/cm2. Quindi, anche un laser a bassa potenza nella gamma di milliwatt può causare un’ustione se focalizzato direttamente sulla retina.

NON puntare MAI un laser sugli occhi di qualcuno, non importa quanto bassa sia la potenza del laser.

Struttura dell’occhio (in alto)

Il danno all’occhio dipende dalla lunghezza d’onda del raggio. Per capire i possibili effetti sulla salute, è importante capire le funzioni delle parti principali dell’occhio umano.

La cornea è lo strato trasparente di tessuto che copre l’occhio. I danni alla cornea esterna possono essere scomodi (come una sensazione di grinta) o dolorosi, ma di solito guariscono rapidamente. I danni agli strati più profondi della cornea possono causare lesioni permanenti.

Sezione trasversale dell’occhio umano

La lente focalizza la luce per formare immagini sulla retina. Con il tempo, la lente diventa meno flessibile, rendendo più difficile mettere a fuoco gli oggetti vicini. Con l’età, la lente diventa anche torbida e alla fine si opacizza. Questo è noto come cataratta. Ogni lente sviluppa la cataratta alla fine.

La parte dell’occhio che fornisce la visione più acuta è la fovea centralis (chiamata anche macula lutea). Questa è un’area relativamente piccola della retina (dal 3 al 4%) che fornisce la visione più dettagliata e acuta così come la percezione dei colori. Questo è il motivo per cui gli occhi si muovono quando si legge o quando si guarda qualcosa; l’immagine deve essere focalizzata sulla fovea per una percezione dettagliata. L’equilibrio della retina può percepire la luce e il movimento, ma non le immagini dettagliate (visione periferica).

Se una bruciatura laser si verifica sulla fovea, la maggior parte della visione fine (lettura e lavoro) può essere persa in un istante. Se un’ustione laser si verifica nella visione periferica può produrre poco o nessun effetto sulla visione fine. Ustioni retiniche ripetute possono portare alla cecità.

Fortunatamente l’occhio ha un meccanismo di autodifesa — la risposta di ammiccamento o di avversione. Quando una luce brillante colpisce l’occhio, l’occhio tende a sbattere le palpebre o ad allontanarsi dalla fonte di luce (avversione) entro un quarto di secondo. Questo può difendere l’occhio dai danni quando si tratta di laser di bassa potenza, ma non può aiutare quando si tratta di laser di alta potenza. Con i laser ad alta potenza, il danno può verificarsi in meno tempo di un quarto di secondo.

I sintomi di un’ustione laser nell’occhio includono un mal di testa poco dopo l’esposizione, un’eccessiva lacrimazione degli occhi, e la comparsa improvvisa di floaters nella visione. I floaters sono quelle distorsioni vorticose che si verificano in modo casuale nella visione normale, più spesso dopo un battito di ciglia o quando gli occhi sono stati chiusi per un paio di secondi. I floaters sono causati da tessuti cellulari morti che si staccano dalla retina e dalla coroide e galleggiano nell’umor vitreo. Gli oftalmologi spesso liquidano le lesioni laser minori come floaters a causa del compito molto difficile di rilevare le lesioni retiniche minori. Le ustioni corneali minori causano una sensazione di grinta, come sabbia nell’occhio.

Diversi fattori determinano il grado di danno all’occhio dalla luce laser:

dimensione della pupilla – Il restringimento del diametro della pupilla riduce la quantità di energia totale fornita alla superficie retinica. La dimensione della pupilla varia da un diametro di 2 mm in pieno sole a un diametro di 8 mm nell’oscurità (visione notturna).
grado di pigmentazione – Più pigmento (melanina) risulta in un maggiore assorbimento di calore.
dimensione dell’immagine retinica – Più grande è la dimensione, maggiore è il danno perché l’equilibrio di temperatura deve essere raggiunto per fare danno. Il tasso di formazione dell’equilibrio è determinato dalla dimensione dell’immagine.
durata dell’impulso – Più breve è il tempo (ns contro ms), maggiore è la possibilità di danno.
tasso di ripetizione dell’impulso – Più veloce è il tasso, meno possibilità di dissipazione del calore e recupero.
Lunghezza d’onda – determina dove si deposita l’energia e quanta ne attraversa i mezzi oculari.

Sito di assorbimento dell’occhio vs. lunghezza d’onda (in alto)

La lunghezza d’onda determina dove l’energia laser viene assorbita nell’occhio.

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

I laser nella gamma visibile e nel vicino infrarosso dello spettro hanno il maggior potenziale di danno alla retina, poiché la cornea e la lente sono trasparenti a queste lunghezze d’onda e la lente può focalizzare l’energia laser sulla retina. Il massimo assorbimento di energia laser sulla retina si verifica nella gamma da 400 a 550 nm. I laser ad argon e YAG operano in questa gamma, rendendoli i laser più pericolosi per quanto riguarda le lesioni agli occhi. Lunghezze d’onda inferiori a 550 nm possono causare una lesione fotochimica simile alla scottatura solare. Gli effetti fotochimici sono cumulativi e risultano da lunghe esposizioni (oltre 10 secondi) alla luce diffusa o diffusa. La tabella 3 riassume gli effetti più probabili della sovraesposizione a vari laser comunemente usati.

La pelle (in alto)

I laser possono danneggiare la pelle attraverso ustioni fotochimiche o termiche. A seconda della lunghezza d’onda, il raggio può penetrare sia l’epidermide che il derma. L’epidermide è lo strato vivente più esterno della pelle. Gli ultravioletti lontani e medi (gli UV attinici) sono assorbiti dall’epidermide. Una scottatura (arrossamento e vesciche) può derivare da un’esposizione a breve termine al raggio. L’esposizione agli UV è anche associata ad un aumento del rischio di sviluppare il cancro della pelle e l’invecchiamento prematuro (rughe, ecc.) della pelle.

Le ustioni termiche della pelle sono rare. Di solito richiedono l’esposizione a fasci di alta energia per un lungo periodo di tempo. L’anidride carbonica e altri laser infrarossi sono più comunemente associati alle ustioni termiche, poiché questa gamma di lunghezze d’onda può penetrare profondamente nel tessuto della pelle. L’ustione risultante può essere di primo grado (arrossamento), di secondo grado (vesciche) o di terzo grado (carbonizzazione).

Alcuni individui sono fotosensibili o possono assumere farmaci che inducono fotosensibilità. Particolare attenzione deve essere data all’effetto di questi farmaci (prescritti), compresi alcuni antibiotici e fungicidi, sull’individuo che prende il farmaco e lavora con o intorno ai laser.

Pericoli non legati al raggio (in alto)

In aggiunta ai pericoli direttamente associati all’esposizione al raggio, pericoli accessori possono essere prodotti da bombole di gas compresso, materiali criogenici e tossici, radiazioni ionizzanti e scosse elettriche.

Pericoli elettrici (in alto)

L’uso di laser o sistemi laser può presentare un pericolo di scossa elettrica. Questo può verificarsi dal contatto con l’utilizzo di potenza esposta, controllo del dispositivo e conduttori di alimentazione che operano a potenziali di 50 volt o più. Queste esposizioni possono verificarsi durante la messa a punto del laser o l’installazione, la manutenzione e l’assistenza, dove le coperture protettive delle apparecchiature vengono spesso rimosse per consentire l’accesso ai componenti attivi come richiesto per tali attività. L’effetto può variare da un lieve formicolio a gravi lesioni personali o morte. La protezione contro il contatto accidentale con conduttori sotto tensione per mezzo di un sistema a barriera è la metodologia primaria per prevenire la scossa elettrica.

Ulteriori requisiti di sicurezza elettrica sono imposti ai dispositivi laser, ai sistemi e a coloro che lavorano con essi dall’Occupational Safety and Health Administration OSHA federale, dal National Electric Code e dalle relative normative statali e locali. Gli individui che riparano o mantengono i laser possono richiedere una formazione specializzata sulle pratiche di lavoro relative alla sicurezza elettrica. Contattare l’ingegnere della sicurezza dell’Università al 258-5294 per un’ispezione della sicurezza elettrica e/o per la formazione richiesta.

Un altro pericolo particolare è che le forniture elettriche ad alta tensione e i condensatori per i laser sono spesso situati vicino alle pompe dell’acqua di raffreddamento, linee, filtri, ecc. In caso di fuoriuscita o di rottura di un tubo, può verificarsi una situazione estremamente pericolosa. Durante i periodi di alta umidità, il raffreddamento eccessivo può portare alla condensazione che può avere effetti simili. Un incidente potenzialmente letale si è verificato all’Università di Princeton quando uno studente laureato ha aperto un laser per pulire la condensa da un tubo.

Le seguenti sono raccomandazioni per prevenire le scosse elettriche per i laser per tutte le classificazioni:

Tutte le attrezzature dovrebbero essere installate in conformità con l’OSHA e il National Electrical Code.
Tutte le attrezzature elettriche dovrebbero essere trattate come se fossero “live”.
Si dovrebbe evitare di lavorare con o vicino a circuiti in tensione. Quando possibile, scollegare l’attrezzatura prima di lavorare su di essa.
Un “sistema a coppie” dovrebbe essere usato quando è necessario lavorare su attrezzature elettriche sotto tensione, in particolare dopo le ore di lavoro normali o in aree isolate. Idealmente, la persona dovrebbe essere a conoscenza del primo soccorso e della RCP.
Anelli e cinturini metallici non dovrebbero essere indossati, né si dovrebbero usare penne metalliche, matite o righelli mentre si lavora su apparecchiature elettriche.
I circuiti sotto tensione dovrebbero essere lavorati usando una sola mano, quando è possibile farlo.
Quando si lavora su apparecchiature elettriche, si dovrebbero usare solo strumenti con manici isolati.
Le apparecchiature elettriche che al tatto danno la minima percezione di corrente devono essere rimosse dal servizio, etichettate e riparate prima di un ulteriore utilizzo.
Quando si lavora con alte tensioni, considerare il pavimento conduttivo e con messa a terra a meno che non si stia su un tappeto asciutto adeguatamente isolato normalmente usato per lavori elettrici.
Non lavorare su apparecchiature elettriche vive quando si è in piedi su un pavimento bagnato, o quando le mani, i piedi o il corpo sono bagnati o sudati.
Non intraprendere attività pericolose se veramente affaticato, emotivamente stressato, o sotto l’influenza di farmaci che ottunde o rallenta i processi mentali e riflessi.
Seguire le procedure di lockout/tagout quando si lavora con apparecchiature cablate.

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