Τα λέιζερ γίνονται όλο και πιο σημαντικά ερευνητικά εργαλεία στην ιατρική, τη φυσική, τη χημεία, τη γεωλογία, τη βιολογία και τη μηχανική. Σε περίπτωση κακής χρήσης, μπορεί να προκαλέσουν θάμπωμα και τραυματισμό (συμπεριλαμβανομένων εγκαυμάτων και ηλεκτροπληξίας) στους χειριστές και στο λοιπό προσωπικό, συμπεριλαμβανομένων των περιστασιακών επισκεπτών του εργαστηρίου, και να προκαλέσουν σημαντικές υλικές ζημιές. Οι χρήστες αυτών των συσκευών πρέπει να κατανοούν πλήρως και να εφαρμόζουν τις απαραίτητες προφυλάξεις ασφαλείας όταν τις χειρίζονται.
Τι είναι το λέιζερ;
Η λέξη "λέιζερ" (eng. LASER, Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) είναι μια συντομογραφία που σημαίνει "ενίσχυση φωτός από επαγόμενη ακτινοβολία". Η συχνότητα της ακτινοβολίας που παράγεται από ένα λέιζερ είναι εντός ή κοντά στο ορατό τμήμα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Η ενέργεια ενισχύεται σε μια κατάσταση εξαιρετικά υψηλής έντασης μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται "επαγόμενη ακτινοβολία με λέιζερ".
Ο όρος "ακτινοβολία" συχνά παρεξηγείταιλάθος, γιατί χρησιμοποιείται επίσης για την περιγραφή ραδιενεργών υλικών. Σε αυτό το πλαίσιο, σημαίνει μεταφορά ενέργειας. Η ενέργεια μεταφέρεται από το ένα μέρος στο άλλο μέσω αγωγιμότητας, μεταφοράς και ακτινοβολίας.
Υπάρχουν πολλοί διαφορετικοί τύποι λέιζερ που λειτουργούν σε διαφορετικά περιβάλλοντα. Ως μέσο εργασίας χρησιμοποιούνται αέρια (για παράδειγμα, αργό ή μείγμα ηλίου και νέον), στερεοί κρύσταλλοι (για παράδειγμα, ρουμπίνι) ή υγρές βαφές. Όταν παρέχεται ενέργεια στο περιβάλλον εργασίας, μεταβαίνει σε διεγερμένη κατάσταση και απελευθερώνει ενέργεια με τη μορφή σωματιδίων φωτός (φωτόνια).
Ένα ζεύγος κατόπτρων και στα δύο άκρα του σφραγισμένου σωλήνα είτε αντανακλούν είτε μεταδίδουν φως σε ένα συγκεντρωμένο ρεύμα που ονομάζεται δέσμη λέιζερ. Κάθε περιβάλλον εργασίας παράγει μια δέσμη μοναδικού μήκους κύματος και χρώματος.
Το χρώμα του φωτός λέιζερ συνήθως εκφράζεται ως προς το μήκος κύματος. Είναι μη ιονιστικό και περιλαμβάνει το υπεριώδες (100-400 nm), το ορατό (400-700 nm) και το υπέρυθρο (700 nm - 1 mm) μέρος του φάσματος.
Ηλεκτρομαγνητικό φάσμα
Κάθε ηλεκτρομαγνητικό κύμα έχει μια μοναδική συχνότητα και μήκος που σχετίζεται με αυτήν την παράμετρο. Όπως το κόκκινο φως έχει τη δική του συχνότητα και μήκος κύματος, έτσι και όλα τα άλλα χρώματα - πορτοκαλί, κίτρινο, πράσινο και μπλε - έχουν μοναδικές συχνότητες και μήκη κύματος. Οι άνθρωποι είναι σε θέση να αντιληφθούν αυτά τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα, αλλά δεν μπορούν να δουν το υπόλοιπο φάσμα.
Οι ακτίνες γάμμα, οι ακτίνες Χ και οι υπεριώδεις ακτίνες έχουν την υψηλότερη συχνότητα. υπέρυθρες,Η ακτινοβολία μικροκυμάτων και τα ραδιοκύματα καταλαμβάνουν τις χαμηλότερες συχνότητες του φάσματος. Το ορατό φως βρίσκεται σε ένα πολύ στενό εύρος μεταξύ.
Ακτινοβολία λέιζερ: ανθρώπινη έκθεση
Το λέιζερ παράγει μια έντονη κατευθυνόμενη δέσμη φωτός. Εάν κατευθυνθεί, ανακλαστεί ή εστιαστεί σε ένα αντικείμενο, η δέσμη θα απορροφηθεί εν μέρει, αυξάνοντας την επιφάνεια και την εσωτερική θερμοκρασία του αντικειμένου, γεγονός που μπορεί να προκαλέσει αλλαγή ή παραμόρφωση του υλικού. Αυτές οι ιδιότητες, που έχουν βρει εφαρμογή στη χειρουργική με λέιζερ και στην επεξεργασία υλικού, μπορεί να είναι επικίνδυνες για τον ανθρώπινο ιστό.
Εκτός από την ακτινοβολία, η οποία έχει θερμική επίδραση στους ιστούς, η ακτινοβολία λέιζερ είναι επικίνδυνη, προκαλώντας φωτοχημικό αποτέλεσμα. Η κατάστασή του είναι ένα αρκετά μικρό μήκος κύματος, δηλαδή το υπεριώδες ή μπλε τμήμα του φάσματος. Οι σύγχρονες συσκευές παράγουν ακτινοβολία λέιζερ, η επίδραση της οποίας σε ένα άτομο ελαχιστοποιείται. Τα λέιζερ χαμηλής ισχύος δεν έχουν αρκετή ενέργεια για να προκαλέσουν βλάβη και δεν αποτελούν κίνδυνο.
Οι ανθρώπινοι ιστοί είναι ευαίσθητοι στην ενέργεια και υπό ορισμένες συνθήκες, η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, συμπεριλαμβανομένης της ακτινοβολίας λέιζερ, μπορεί να βλάψει τα μάτια και το δέρμα. Έχουν διεξαχθεί μελέτες σχετικά με τα επίπεδα κατωφλίου τραυματικής ακτινοβολίας.
Οφθαλμικός κίνδυνος
Το ανθρώπινο μάτι είναι πιο επιρρεπές σε τραυματισμούς από το δέρμα. Ο κερατοειδής (η διαφανής εξωτερική μπροστινή επιφάνεια του ματιού), σε αντίθεση με το χόριο, δεν έχει ένα εξωτερικό στρώμα νεκρών κυττάρων που προστατεύουν από τις περιβαλλοντικές επιδράσεις. λέιζερ και υπεριώδηη ακτινοβολία απορροφάται από τον κερατοειδή χιτώνα του ματιού, που μπορεί να τον βλάψει. Ο τραυματισμός συνοδεύεται από οίδημα του επιθηλίου και διάβρωση και σε σοβαρούς τραυματισμούς - θόλωση του πρόσθιου θαλάμου.
Ο φακός του ματιού μπορεί επίσης να είναι επιρρεπής σε τραυματισμό όταν εκτίθεται σε διάφορες ακτινοβολίες λέιζερ - υπέρυθρες και υπεριώδεις.
Ο μεγαλύτερος κίνδυνος, ωστόσο, είναι η πρόσκρουση του λέιζερ στον αμφιβληστροειδή στο ορατό τμήμα του οπτικού φάσματος - από 400 nm (ιώδες) έως 1400 nm (κοντά στο υπέρυθρο). Σε αυτήν την περιοχή του φάσματος, οι ευθυγραμμισμένες δέσμες εστιάζονται σε πολύ μικρές περιοχές του αμφιβληστροειδούς. Η πιο δυσμενής παραλλαγή έκθεσης εμφανίζεται όταν το μάτι κοιτάζει σε απόσταση και μια άμεση ή ανακλώμενη δέσμη εισέρχεται σε αυτό. Σε αυτή την περίπτωση, η συγκέντρωσή του στον αμφιβληστροειδή φτάνει τις 100.000 φορές.
Έτσι, μια ορατή δέσμη με ισχύ 10 mW/cm2 δρα στον αμφιβληστροειδή με ισχύ 1000 W/cm2. Αυτό είναι περισσότερο από αρκετό για να προκαλέσει ζημιά. Εάν το μάτι δεν κοιτάζει σε απόσταση ή εάν η ακτίνα αντανακλάται από μια διάχυτη, μη καθρέφτη επιφάνεια, πολύ πιο ισχυρή ακτινοβολία οδηγεί σε τραυματισμούς. Το αποτέλεσμα λέιζερ στο δέρμα δεν έχει το αποτέλεσμα εστίασης, επομένως είναι πολύ λιγότερο επιρρεπές σε τραυματισμό σε αυτά τα μήκη κύματος.
ακτινογραφίες
Ορισμένα συστήματα υψηλής τάσης με τάσεις πάνω από 15 kV μπορούν να δημιουργήσουν ακτίνες Χ σημαντικής ισχύος: ακτινοβολία λέιζερ, πηγές της οποίας είναι λέιζερ excimer υψηλής ισχύος με άντληση ηλεκτρονίων, καθώς καισυστήματα πλάσματος και πηγές ιόντων. Αυτές οι συσκευές πρέπει να ελέγχονται για ασφάλεια από ακτινοβολία, μεταξύ άλλων για να διασφαλιστεί η σωστή θωράκιση.
Ταξινόμηση
Ανάλογα με την ισχύ ή την ενέργεια της δέσμης και το μήκος κύματος της ακτινοβολίας, τα λέιζερ χωρίζονται σε διάφορες κατηγορίες. Η ταξινόμηση βασίζεται στην πιθανότητα η συσκευή να προκαλέσει άμεσο τραυματισμό στα μάτια, το δέρμα ή φωτιά όταν εκτίθεται απευθείας στη δέσμη ή όταν ανακλάται από διάχυτες ανακλαστικές επιφάνειες. Όλα τα εμπορικά λέιζερ υπόκεινται σε αναγνώριση από σημάνσεις που εφαρμόζονται σε αυτά. Εάν η συσκευή ήταν σπιτική ή δεν φέρει άλλη σήμανση, θα πρέπει να ζητήσετε συμβουλές σχετικά με την κατάλληλη ταξινόμηση και επισήμανση. Τα λέιζερ διακρίνονται από την ισχύ, το μήκος κύματος και τον χρόνο έκθεσης.
Ασφαλείς συσκευές
Οι συσκευές πρώτης κατηγορίας παράγουν ακτινοβολία λέιζερ χαμηλής έντασης. Δεν μπορεί να φτάσει σε επικίνδυνα επίπεδα, επομένως οι πηγές εξαιρούνται από τους περισσότερους ελέγχους ή άλλες μορφές επιτήρησης. Παράδειγμα: εκτυπωτές λέιζερ και συσκευές αναπαραγωγής CD.
Υπό όρους ασφαλείς συσκευές
Λέιζερ δεύτερης κατηγορίας εκπέμπουν στο ορατό τμήμα του φάσματος. Αυτή είναι η ακτινοβολία λέιζερ, οι πηγές της οποίας αναγκάζουν ένα άτομο να έχει μια φυσιολογική αντίδραση απόρριψης πολύ έντονου φωτός (αντανακλαστικό αναλαμπής). Όταν εκτίθεται στη δέσμη, το ανθρώπινο μάτι αναβοσβήνει μετά από 0,25 δευτερόλεπτα, γεγονός που παρέχει επαρκή προστασία. Ωστόσο, η ακτινοβολία λέιζερ στο ορατό εύρος μπορεί να βλάψει το μάτι με συνεχή έκθεση. Παραδείγματα: δείκτες λέιζερ, γεωδαιτικά λέιζερ.
Τα Τα λέιζερ κλάσης 2α είναι συσκευές ειδικού σκοπού με ισχύ εξόδου μικρότερη από 1 mW. Αυτές οι συσκευές προκαλούν ζημιά μόνο όταν εκτίθενται απευθείας για περισσότερα από 1000 δευτερόλεπτα σε μια 8ωρη εργάσιμη ημέρα. Παράδειγμα: Αναγνώστες γραμμωτού κώδικα.
Επικίνδυνα λέιζερ
Η Κλάση 3α αναφέρεται σε συσκευές που δεν τραυματίζουν με βραχυπρόθεσμη έκθεση στο απροστάτευτο μάτι. Ενδέχεται να είναι επικίνδυνο όταν χρησιμοποιείτε οπτικά με εστίαση, όπως τηλεσκόπια, μικροσκόπια ή κιάλια. Παραδείγματα: λέιζερ He-Ne 1-5 mW, μερικοί δείκτες λέιζερ και επίπεδα κτιρίου.
Η ακτίνα λέιζερ κατηγορίας 3b μπορεί να προκαλέσει τραυματισμό εάν εφαρμοστεί απευθείας ή αν ανακληθεί προς τα πίσω. Παράδειγμα: λέιζερ HeNe 5-500 mW, πολλά ερευνητικά και θεραπευτικά λέιζερ.
Η κλάση 4 περιλαμβάνει συσκευές με επίπεδα ισχύος μεγαλύτερα από 500 mW. Είναι επικίνδυνα για τα μάτια, το δέρμα και αποτελούν επίσης κίνδυνο πυρκαγιάς. Η έκθεση στη δέσμη, οι κατοπτρικές ή διάχυτες αντανακλάσεις της μπορεί να προκαλέσουν τραυματισμούς στα μάτια και στο δέρμα. Πρέπει να ληφθούν όλα τα μέτρα ασφαλείας. Παράδειγμα: λέιζερ Nd:YAG, οθόνες, χειρουργική επέμβαση, κοπή μετάλλων.
Ακτινοβολία λέιζερ: προστασία
Κάθε εργαστήριο πρέπει να παρέχει επαρκή προστασία σε άτομα που εργάζονται με λέιζερ. Παράθυρα δωματίων μέσα από τα οποία μπορεί να περάσει ακτινοβολία από συσκευές κατηγορίας 2, 3 ή 4, προκαλώντας βλάβηΟι μη ελεγχόμενες περιοχές πρέπει να καλύπτονται ή να προστατεύονται με άλλο τρόπο κατά τη λειτουργία μιας τέτοιας συσκευής. Για μέγιστη προστασία των ματιών, συνιστώνται τα ακόλουθα.
- Η δοκός πρέπει να περικλείεται σε ένα μη ανακλαστικό, μη εύφλεκτο προστατευτικό περίβλημα για να ελαχιστοποιηθεί ο κίνδυνος τυχαίας έκθεσης ή πυρκαγιάς. Για να ευθυγραμμίσετε τη δέσμη, χρησιμοποιήστε οθόνες φθορισμού ή δευτερεύοντα σκοπευτικά. Αποφύγετε την άμεση επαφή με τα μάτια.
- Χρησιμοποιήστε τη χαμηλότερη ισχύ για τη διαδικασία ευθυγράμμισης δέσμης. Εάν είναι δυνατόν, χρησιμοποιήστε συσκευές χαμηλού επιπέδου για προκαταρκτικές διαδικασίες ευθυγράμμισης. Αποφύγετε την παρουσία περιττών ανακλαστικών αντικειμένων στην περιοχή του λέιζερ.
- Περιορίστε τη διέλευση της δοκού στην επικίνδυνη ζώνη κατά τις μη εργάσιμες ώρες, χρησιμοποιώντας παντζούρια και άλλα εμπόδια. Μην χρησιμοποιείτε τους τοίχους του δωματίου για να ευθυγραμμίσετε τη δέσμη των λέιζερ κατηγορίας 3b και 4.
- Χρησιμοποιήστε μη ανακλαστικά εργαλεία. Κάποιο απόθεμα που δεν αντανακλά το ορατό φως γίνεται κατοπτρικό στην αόρατη περιοχή του φάσματος.
- Μην φοράτε ανακλαστικά κοσμήματα. Τα μεταλλικά κοσμήματα αυξάνουν επίσης τον κίνδυνο ηλεκτροπληξίας.
Γυαλιά
Όταν εργάζεστε με λέιζερ Κλάσης 4 με ανοιχτή περιοχή κινδύνου ή όπου υπάρχει κίνδυνος ανάκλασης, πρέπει να φοράτε προστατευτικά γυαλιά. Ο τύπος τους εξαρτάται από το είδος της ακτινοβολίας. Τα γυαλιά πρέπει να επιλέγονται για να προστατεύουν από τις αντανακλάσεις, ιδιαίτερα τις διάχυτες αντανακλάσεις, και να παρέχουν προστασία σε επίπεδο όπου το φυσικό προστατευτικό αντανακλαστικό μπορεί να αποτρέψει τον τραυματισμό των ματιών. Τέτοιες οπτικές συσκευέςδιατηρήστε κάποια ορατότητα της δέσμης, αποτρέψτε τα εγκαύματα του δέρματος, μειώστε την πιθανότητα άλλων ατυχημάτων.
Παράγοντες που πρέπει να λάβετε υπόψη κατά την επιλογή γυαλιών:
- μήκος κύματος ή περιοχή του φάσματος ακτινοβολίας;
- οπτική πυκνότητα σε συγκεκριμένο μήκος κύματος;
- μέγιστος φωτισμός (W/cm2) ή ισχύς δέσμης (W);
- τύπος συστήματος λέιζερ;
- λειτουργία ισχύος - παλμικό φως λέιζερ ή λειτουργία συνεχούς λειτουργίας;
- ικανότητες ανάκλασης - κατοπτρικές και διάχυτες;
- οπτικό πεδίο;
- παρουσία διορθωτικών φακών ή επαρκούς μεγέθους ώστε να επιτρέπεται η χρήση διορθωτικών γυαλιών,
- comfort;
- παρουσία οπών εξαερισμού για την αποφυγή ομίχλης;
- επίδραση στην έγχρωμη όραση;
- αντοχή σε κρούση;
- ικανότητα εκτέλεσης απαραίτητων εργασιών.
Επειδή τα προστατευτικά γυαλιά είναι επιρρεπή σε ζημιά και φθορά, το πρόγραμμα ασφάλειας του εργαστηρίου θα πρέπει να περιλαμβάνει περιοδικούς ελέγχους αυτών των προστατευτικών χαρακτηριστικών.
