-
Zagrożenia związane z wiązką
-
Zagrożenia niezwiązane z wiązką
Zagrożenia związane z laserami można podzielić na dwie ogólne kategorie – zagrożenia związane z wiązką dla oczu i skóry oraz zagrożenia niezwiązane z wiązką, takie jak zagrożenia elektryczne i chemiczne.
Zagrożenia związane z wiązką
Nieprawidłowo używane urządzenia laserowe są potencjalnie niebezpieczne. Skutki mogą sięgać od łagodnych oparzeń skóry do nieodwracalnych uszkodzeń skóry i oczu. Uszkodzenia biologiczne powodowane przez lasery powstają w wyniku procesów termicznych, akustycznych i fotochemicznych.
Efekty termiczne są spowodowane wzrostem temperatury w następstwie absorpcji energii lasera. Ciężkość uszkodzeń zależy od kilku czynników, w tym czasu ekspozycji, długości fali wiązki, energii wiązki oraz obszaru i rodzaju tkanki wystawionej na działanie wiązki.
Efekty akustyczne wynikają z mechanicznej fali uderzeniowej, propagowanej przez tkankę, ostatecznie uszkadzającej tkankę. Dzieje się tak, gdy wiązka laserowa powoduje miejscowe odparowanie tkanki, wywołując falę uderzeniową analogiczną do falowania wody po wrzuceniu kamienia do stawu.
Naświetlanie wiązką może również powodować efekty fotochemiczne, gdy fotony wchodzą w interakcję z komórkami tkanki. Zmiana w chemii komórkowej może spowodować uszkodzenie lub zmianę w tkance. Efekty fotochemiczne zależą w dużym stopniu od długości fali. Tabela 2 podsumowuje prawdopodobne efekty biologiczne ekspozycji oczu i skóry na różne długości fal.
| Fotobiologiczne Dziedzina spektralna |
Oko | skóra |
|---|---|---|
|
Podfiolet C (200 nm -. 280 nm) |
Photokeratitis |
Erythema (oparzenie słoneczne) |
|
Ultraviolet B (280 nm – 315 nm) |
Photokeratitis |
Zwiększona pigmentacja |
|
Ultraviolet A (315 nm – 400 nm) |
Zaćma fotochemiczna |
Ciemnienie pigmentu |
|
Widoczny (400 nm – 780 nm) |
Fotochemiczne i termiczne uszkodzenie siatkówki |
Ciemnienie pigmentu |
|
Podczerwień A (780 nm – 1400 nm) |
Oparzenie katarakty i siatkówki |
Oparzenie skóry |
|
Podczerwień B (1.4 mm – 3,0 mm) |
Oparzenie rogówki, rozmycie spojówki, zaćma |
Oparzenie skóry |
|
Podczerwień C (3.0 mm – 1000 mm) |
Tylko oparzenie rogówki |
Oparzenie skóry |
Typy ekspozycji na wiązkę (góra)
Ekspozycja na wiązkę laserową nie jest ograniczona do bezpośredniej ekspozycji na wiązkę. Szczególnie w przypadku laserów o dużej mocy, ekspozycja na odbicia wiązki może być tak samo szkodliwa jak ekspozycja na wiązkę pierwotną.
Narażenie na wiązkę wewnętrzną oznacza, że oko lub skóra są narażone bezpośrednio na całą lub część wiązki laserowej. Oko lub skóra są narażone na pełne możliwe napromieniowanie.
Specyficzne odbicia od powierzchni lustrzanych mogą być prawie tak samo szkodliwe jak ekspozycja na wiązkę bezpośrednią, szczególnie jeśli powierzchnia jest płaska. Zakrzywione powierzchnie lustrzane poszerzą wiązkę w taki sposób, że podczas gdy odsłonięte oko lub skóra nie pochłaniają całego wpływu wiązki, istnieje większy obszar możliwego narażenia.
Powierzchnia rozproszona to powierzchnia, która odbija wiązkę laserową w wielu kierunkach. Lustrzane powierzchnie, które nie są całkowicie płaskie, takie jak biżuteria lub metalowe narzędzia, mogą powodować rozproszone odbicia wiązki. Odbicia te nie przenoszą pełnej mocy lub energii wiązki głównej, ale nadal mogą być szkodliwe, szczególnie w przypadku laserów o dużej mocy. Rozproszone odbicia laserów klasy 4 są w stanie zainicjować pożar.
Czy powierzchnia jest reflektorem rozproszonym czy reflektorem zwierciadlanym zależy od długości fali wiązki. Powierzchnia, która byłaby reflektorem rozproszonym dla lasera widzialnego, może być reflektorem zwierciadlanym dla podczerwonej wiązki laserowej.
Oko (góra)
Głównym zagrożeniem związanym ze światłem laserowym jest niebezpieczeństwo związane z promieniami wchodzącymi do oka. Oko jest organem najbardziej wrażliwym na światło. Podobnie jak szkło powiększające może być używane do skupiania promieni słonecznych i spalania drewna, soczewka w ludzkim oku skupia wiązkę laserową w maleńki punkt, który może spalić siatkówkę. Wiązka laserowa o niskiej dywergencji wchodząca do oka może być skupiona do obszaru o średnicy 10 do 20 mikronów.
Prawa termodynamiki nie ograniczają mocy laserów. Drugie prawo mówi, że temperatura powierzchni ogrzanej przez wiązkę z termicznego źródła promieniowania nie może przekroczyć temperatury wiązki źródłowej. Laser jest źródłem nietermicznym i jest w stanie wytworzyć temperaturę znacznie wyższą od swojej własnej. Laser o mocy 30 mW działający w temperaturze pokojowej jest w stanie wytworzyć wystarczająco dużo energii (gdy jest skupiony), aby natychmiast przepalić papier.
Zgodnie z prawem zachowania energii, gęstość energii (miara energii na jednostkę powierzchni) wiązki laserowej wzrasta wraz ze zmniejszaniem się rozmiaru plamki. Oznacza to, że energia wiązki laserowej może być wzmocniona do 100 000 razy przez działanie skupiające oka. Jeśli natężenie promieniowania docierającego do oka wynosi 1 mW/cm2, natężenie promieniowania na siatkówce będzie wynosiło 100 W/cm2. Tak więc, nawet laser o niskiej mocy w zakresie miliwatów może spowodować oparzenie, jeśli zostanie skupiony bezpośrednio na siatkówce.
NIGDY nie należy kierować lasera na czyjeś oczy, bez względu na to, jak niska jest moc lasera.
Struktura oka (góra)
Uszkodzenia oka zależą od długości fali wiązki. Aby zrozumieć możliwe skutki zdrowotne, ważne jest zrozumienie funkcji głównych części ludzkiego oka.
Rogówka jest przezroczystą warstwą tkanki pokrywającą oko. Uszkodzenia rogówki zewnętrznej mogą być nieprzyjemne (jak uczucie ziarnistości) lub bolesne, ale zazwyczaj szybko się goją. Uszkodzenie głębszych warstw rogówki może spowodować trwały uraz.
Przekrój oka ludzkiego
Soczewka skupia światło, tworząc obrazy na siatkówce. Z czasem soczewka staje się mniej elastyczna, przez co trudniej jest jej skupić się na bliskich przedmiotach. Z wiekiem soczewka staje się również mętna, a w końcu ulega zmętnieniu. Zjawisko to znane jest jako zaćma. W każdej soczewce dochodzi w końcu do zaćmy.
Częścią oka, która zapewnia najostrzejsze widzenie, jest fovea centralis (zwana również plamką żółtą). Jest to stosunkowo niewielki obszar siatkówki (3 do 4%), który zapewnia najbardziej szczegółowe i ostre widzenie, jak również postrzeganie kolorów. To dlatego oczy poruszają się, kiedy czytasz lub kiedy patrzysz na coś; obraz musi być skupiony na plamce żółtej, aby uzyskać szczegółową percepcję. Równowaga siatkówki może odbierać światło i ruch, ale nie szczegółowe obrazy (widzenie peryferyjne).
Jeśli oparzenie laserowe występuje na fovea, większość drobnych (czytanie i praca) wizja może być stracone w jednej chwili. Jeśli oparzenie laserowe wystąpi w polu widzenia peryferyjnego, może mieć niewielki wpływ lub nie mieć żadnego wpływu na widzenie precyzyjne. Powtarzające się oparzenia siatkówki mogą prowadzić do ślepoty.
Na szczęście oko posiada mechanizm samoobrony – mruganie lub reakcję awersyjną. Kiedy jasne światło uderza w oko, oko ma tendencję do mrugania lub odwrócenia się od źródła światła (awersja) w ciągu jednej czwartej sekundy. Może to uchronić oko przed uszkodzeniem w przypadku laserów o niższej mocy, ale nie może pomóc w przypadku laserów o wyższej mocy. W przypadku laserów o dużej mocy, uszkodzenie może nastąpić w czasie krótszym niż ćwierć sekundy.
Objawy oparzenia laserem w oku obejmują ból głowy wkrótce po ekspozycji, nadmierne łzawienie oczu i nagłe pojawienie się pływaków w wizji. Pływaki to te wirujące zniekształcenia, które pojawiają się losowo w normalnej wizji, najczęściej po mrugnięciu lub gdy oczy są zamknięte przez kilka sekund. Pływaki są spowodowane przez martwe tkanki komórkowe, które odłączają się od siatkówki i naczyniówki i unoszą się w szklistym płynie. Oftalmolodzy często odrzucają drobne urazy laserowe jako pływaki ze względu na bardzo trudne zadanie wykrycia drobnych urazów siatkówki. Drobne oparzenia rogówki powodują ziarniste uczucie, jak piasek w oku.
Kilka czynników określa stopień uszkodzenia oka przez światło lasera:
-
Rozmiar źrenicy – Zmniejszenie średnicy źrenicy zmniejsza ilość całkowitej energii dostarczanej do powierzchni siatkówki. Wielkość źrenicy waha się od 2 mm średnicy w jasnym słońcu do 8 mm średnicy w ciemności (widzenie nocne).
-
stopień pigmentacji – Więcej pigmentu (melaniny) powoduje większe pochłanianie ciepła.
-
rozmiar obrazu siatkówki – Im większy rozmiar, tym większe uszkodzenie, ponieważ aby doszło do uszkodzenia, musi zostać osiągnięta równowaga temperaturowa. Szybkość tworzenia się równowagi zależy od wielkości obrazu.
-
czas trwania impulsu – Im krótszy czas (ns versus ms), tym większa szansa na uszkodzenie.
-
częstotliwość powtarzania impulsów – Im szybsza częstotliwość, tym mniejsza szansa na rozproszenie ciepła i odzyskanie sprawności.
-
długość fali – określa, gdzie energia się odkłada i jak dużo przedostaje się przez ośrodek oczny.
Eye Absorption Site vs. Welength (top)
Długość fali określa, gdzie energia lasera jest absorbowana w oku.
Źródło: Sliney & Wolbarsht, Safety with Lasers and Other Optical Sources, Plenum Press, 1980
Lasery w zakresie widma widzialnego i bliskiej podczerwieni mają największy potencjał uszkodzenia siatkówki, ponieważ rogówka i soczewka są przezroczyste dla tych długości fal, a soczewka może skupić energię lasera na siatkówce. Maksymalna absorpcja energii lasera na siatkówce występuje w zakresie od 400 do 550 nm. Lasery argonowe i YAG działają w tym zakresie, co czyni je najbardziej niebezpiecznymi laserami w odniesieniu do urazów oczu. Fale o długości mniejszej niż 550 nm mogą powodować obrażenia fotochemiczne podobne do oparzeń słonecznych. Efekty fotochemiczne są kumulatywne i wynikają z długiej ekspozycji (ponad 10 sekund) na rozproszone lub rozproszone światło. Tabela 3 podsumowuje najbardziej prawdopodobne skutki nadmiernej ekspozycji na różne powszechnie stosowane lasery.
Skóra (góra)
Lasery mogą uszkodzić skórę poprzez oparzenia fotochemiczne lub termiczne. W zależności od długości fali, wiązka może przenikać zarówno przez naskórek, jak i skórę właściwą. Naskórek jest najbardziej zewnętrzną, żywą warstwą skóry. Daleki i średni ultrafiolet (UV aktyniczne) są pochłaniane przez naskórek. Krótkotrwała ekspozycja na promienie UV może spowodować oparzenie słoneczne (zaczerwienienie i pęcherze). Ekspozycja na promieniowanie UV jest również związana ze zwiększonym ryzykiem rozwoju raka skóry i przedwczesnego starzenia się (zmarszczki, itp.) skóry.
Termiczne oparzenia skóry są rzadkie. Zwykle wymagają one ekspozycji na wiązki o wysokiej energii przez dłuższy okres czasu. Lasery na dwutlenek węgla i inne lasery na podczerwień są najczęściej związane z oparzeniami termicznymi, ponieważ ten zakres długości fali może wnikać głęboko w tkankę skórną. Powstałe oparzenie może być pierwszego stopnia (zaczerwienienie), drugiego stopnia (pęcherze) lub trzeciego stopnia (zwęglenie).
Niektóre osoby są nadwrażliwe na światło lub mogą przyjmować leki na receptę, które wywołują nadwrażliwość na światło. Szczególną uwagę należy zwrócić na wpływ tych (przepisanych) leków, w tym niektórych antybiotyków i środków grzybobójczych, na osobę przyjmującą leki i pracującą z lub wokół laserów.
Zagrożenia niezwiązane z wiązką (u góry)
Oprócz zagrożeń bezpośrednio związanych z ekspozycją na wiązkę, dodatkowe zagrożenia mogą być powodowane przez butle ze sprężonym gazem, materiały kriogeniczne i toksyczne, promieniowanie jonizujące i porażenie prądem elektrycznym.
Zagrożenia elektryczne (u góry)
Używanie laserów lub systemów laserowych może stanowić zagrożenie porażeniem prądem elektrycznym. Może to nastąpić w wyniku kontaktu z odsłoniętymi przewodami zasilającymi, sterującymi urządzeniem i zasilającymi, działającymi przy potencjale 50 V lub wyższym. Narażenie takie może wystąpić podczas ustawiania lub instalacji lasera, jego konserwacji i obsługi, kiedy to często zdejmowane są osłony ochronne urządzeń, aby umożliwić dostęp do aktywnych komponentów, co jest wymagane przy wykonywaniu tych czynności. Skutki mogą być różne, od niewielkiego mrowienia do poważnych obrażeń ciała lub śmierci. Ochrona przed przypadkowym kontaktem z przewodnikami pod napięciem za pomocą systemu barier jest podstawową metodą zapobiegania porażeniu prądem elektrycznym.
Dodatkowe wymagania bezpieczeństwa elektrycznego są nakładane na urządzenia laserowe, systemy i osoby, które z nimi pracują przez federalną Administrację Bezpieczeństwa i Zdrowia w Pracy OSHA, Narodowy Kodeks Elektryczny oraz powiązane przepisy stanowe i lokalne. Osoby, które naprawiają lub konserwują lasery mogą wymagać specjalistycznego szkolenia w zakresie praktyk roboczych związanych z bezpieczeństwem elektrycznym. Skontaktuj się z Inżynierem Bezpieczeństwa Uniwersytetu pod numerem 258-5294 w celu przeprowadzenia kontroli bezpieczeństwa elektrycznego i/lub wymaganego szkolenia.
Innym szczególnym zagrożeniem jest to, że wysokonapięciowe zasilacze elektryczne i kondensatory dla laserów są często zlokalizowane w pobliżu pomp wody chłodzącej, linii, filtrów itp. W przypadku wycieku lub pęknięcia węża może dojść do bardzo niebezpiecznej sytuacji. W okresach wysokiej wilgotności, nadmierne chłodzenie może prowadzić do kondensacji, która może mieć podobne skutki. Potencjalnie śmiertelny wypadek miał miejsce na Uniwersytecie Princeton, kiedy student otworzył laser, aby wytrzeć kondensację z rurki.
Poniżej przedstawiono zalecenia dotyczące zapobiegania porażeniom elektrycznym w przypadku laserów wszystkich klasyfikacji:
- Wszystkie urządzenia powinny być zainstalowane zgodnie z OSHA i National Electrical Code.
- Wszystkie urządzenia elektryczne powinny być traktowane tak, jakby były pod napięciem.
- Należy unikać pracy z obwodami pod napięciem lub w ich pobliżu. Zawsze, gdy jest to możliwe, należy odłączyć sprzęt od zasilania przed rozpoczęciem pracy.
- W przypadku konieczności pracy przy urządzeniach elektrycznych pod napięciem, szczególnie po normalnych godzinach pracy lub w miejscach odizolowanych, należy stosować „system pomocy koleżeńskiej”. Najlepiej, aby była to osoba znająca zasady pierwszej pomocy i resuscytacji.
- Pierścionki i metalowe opaski do zegarków nie powinny być noszone, podobnie jak metalowe długopisy, ołówki czy linijki podczas pracy przy urządzeniach elektrycznych.
- Pracę przy obwodach elektrycznych należy wykonywać jedną ręką, jeżeli jest to możliwe.
- Podczas pracy przy urządzeniach elektrycznych należy używać wyłącznie narzędzi z izolowanymi uchwytami.
- Sprzęt elektryczny, który przy dotknięciu daje najmniejsze odczucie prądu powinien być wycofany z użycia, oznakowany i naprawiony przed dalszym użyciem.
- Przy pracy z wysokimi napięciami należy uważać podłogę za przewodzącą i uziemioną, chyba że stoi się na odpowiednio izolowanej suchej macie normalnie używanej do prac elektrycznych.
- Nie należy pracować przy urządzeniach elektrycznych pod napięciem, gdy stoi się na mokrej podłodze lub gdy ręce, stopy lub ciało są mokre lub spocone.
- Nie należy podejmować niebezpiecznych czynności, gdy jest się naprawdę zmęczonym, zestresowanym emocjonalnie lub pod wpływem leków, które otępiają lub spowalniają procesy myślowe i refleksowe.
- Podczas pracy z urządzeniami przewodowymi należy przestrzegać procedur lockout/tagout.
.