Lasery sa stávajú čoraz dôležitejšími výskumnými nástrojmi v medicíne, fyzike, chémii, geológii, biológii a inžinierstve. Ak sa použijú nesprávne, môžu spôsobiť oslnenie a zranenie (vrátane popálenín a zásahu elektrickým prúdom) operátorom a ostatným zamestnancom vrátane náhodných návštevníkov laboratória a spôsobiť značné škody na majetku. Používatelia týchto zariadení musia pri manipulácii s týmito zariadeniami plne chápať a uplatňovať potrebné bezpečnostné opatrenia.
Čo je laser?
Slovo „laser“(angl. LASER, Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) je skratka, ktorá znamená „zosilnenie svetla indukovaným žiarením“. Frekvencia žiarenia generovaného laserom je vo viditeľnej časti elektromagnetického spektra alebo v jej blízkosti. Energia je zosilnená do stavu extrémne vysokej intenzity prostredníctvom procesu nazývaného "laserom indukované žiarenie".
Pojem "žiarenie" je často nepochopenýnesprávne, pretože sa používa aj na opis rádioaktívnych materiálov. V tomto kontexte to znamená prenos energie. Energia sa prenáša z jedného miesta na druhé prostredníctvom vedenia, prúdenia a žiarenia.
Existuje mnoho rôznych typov laserov, ktoré fungujú v rôznych prostrediach. Ako pracovné médium sa používajú plyny (napríklad argón alebo zmes hélia a neónu), pevné kryštály (napríklad rubín) alebo tekuté farbivá. Keď je pracovnému prostrediu dodávaná energia, prechádza do excitovaného stavu a uvoľňuje energiu vo forme častíc svetla (fotónov).
Pár zrkadiel na oboch koncoch utesnenej trubice buď odráža alebo prepúšťa svetlo v koncentrovanom prúde nazývanom laserový lúč. Každé pracovné prostredie vytvára lúč jedinečnej vlnovej dĺžky a farby.
Farba laserového svetla sa zvyčajne vyjadruje vlnovou dĺžkou. Je neionizujúca a zahŕňa ultrafialovú (100-400 nm), viditeľnú (400-700 nm) a infračervenú (700 nm - 1 mm) časť spektra.
Elektromagnetické spektrum
Každá elektromagnetická vlna má jedinečnú frekvenciu a dĺžku spojenú s týmto parametrom. Rovnako ako červené svetlo má svoju vlastnú frekvenciu a vlnovú dĺžku, tak aj všetky ostatné farby – oranžová, žltá, zelená a modrá – majú jedinečné frekvencie a vlnové dĺžky. Ľudia sú schopní vnímať tieto elektromagnetické vlny, ale nie sú schopní vidieť zvyšok spektra.
Gamma lúče, röntgenové lúče a ultrafialové žiarenie majú najvyššiu frekvenciu. infračervené,mikrovlnné žiarenie a rádiové vlny zaberajú nižšie frekvencie spektra. Viditeľné svetlo leží vo veľmi úzkom rozmedzí medzi nimi.
Laserové žiarenie: vystavenie človeka
Lasér vytvára intenzívny smerovaný lúč svetla. Ak je nasmerovaný, odrazený alebo zaostrený na objekt, lúč bude čiastočne absorbovaný, čím sa zvýši povrchová a vnútorná teplota objektu, čo môže spôsobiť zmenu alebo deformáciu materiálu. Tieto vlastnosti, ktoré našli uplatnenie v laserovej chirurgii a spracovaní materiálov, môžu byť nebezpečné pre ľudské tkanivo.
Okrem žiarenia, ktoré má na tkanivá tepelný účinok, je nebezpečné aj laserové žiarenie, ktoré vyvoláva fotochemický efekt. Jeho podmienkou je dostatočne krátka vlnová dĺžka, teda ultrafialová alebo modrá časť spektra. Moderné zariadenia produkujú laserové žiarenie, ktorého dopad na človeka je minimalizovaný. Lasery s nízkym výkonom nemajú dostatok energie na to, aby spôsobili škodu, a nepredstavujú nebezpečenstvo.
Ľudské tkanivá sú citlivé na energiu a za určitých okolností môže elektromagnetické žiarenie vrátane laserového žiarenia poškodiť oči a pokožku. Boli vykonané štúdie na prahových úrovniach traumatického žiarenia.
Nebezpečenstvo pre oči
Ľudské oko je náchylnejšie na zranenie ako koža. Rohovka (priehľadný vonkajší predný povrch oka) na rozdiel od dermis nemá vonkajšiu vrstvu odumretých buniek, ktoré chránia pred vplyvmi prostredia. laserové a ultrafialovéžiarenie je absorbované rohovkou oka, čo ju môže poškodiť. Poranenie je sprevádzané edémom epitelu a eróziou a pri ťažkých poraneniach zakalenie prednej komory.
Očná šošovka môže byť tiež náchylná na zranenie, keď je vystavená rôznym laserovým lúčom – infračervenému a ultrafialovému.
Najväčším nebezpečenstvom je však dopad laseru na sietnicu vo viditeľnej časti optického spektra - od 400 nm (fialová) do 1400 nm (blízko infračervená). V tejto oblasti spektra sa kolimované lúče zameriavajú na veľmi malé oblasti sietnice. Najnepriaznivejší variant expozície nastáva vtedy, keď sa oko pozerá do diaľky a vstupuje doň priamy alebo odrazený lúč. V tomto prípade jeho koncentrácia na sietnici dosiahne 100 000-krát.
Viditeľný lúč s výkonom 10 mW/cm2 teda pôsobí na sietnicu s výkonom 1000 W/cm2. To je viac než dosť na to, aby spôsobilo škody. Ak sa oko nepozerá do diaľky, alebo sa lúč odráža od difúzneho nezrkadlového povrchu, oveľa silnejšie žiarenie vedie k zraneniam. Laserový efekt na koži nemá efekt zaostrovania, takže je oveľa menej náchylná na zranenie pri týchto vlnových dĺžkach.
Röntgenové snímky
Niektoré vysokonapäťové systémy s napätím nad 15 kV môžu generovať röntgenové lúče významného výkonu: laserové žiarenie, ktorého zdrojom sú vysokovýkonné elektrónom čerpané excimerové lasery, ako ajplazmové systémy a iónové zdroje. Tieto zariadenia musia byť testované na radiačnú bezpečnosť vrátane zabezpečenia správneho tienenia.
Klasifikácia
V závislosti od výkonu alebo energie lúča a vlnovej dĺžky žiarenia sa lasery delia do niekoľkých tried. Klasifikácia je založená na potenciáli zariadenia spôsobiť okamžité poranenie očí, pokožky alebo požiaru, keď je vystavené priamo lúču alebo keď sa odráža od difúznych reflexných povrchov. Všetky komerčné lasery podliehajú identifikácii podľa značiek, ktoré sú na nich aplikované. Ak bola pomôcka vyrobená podomácky alebo nie je inak označená, je potrebné vyhľadať radu o vhodnej klasifikácii a označovaní. Lasery sa vyznačujú výkonom, vlnovou dĺžkou a časom expozície.
Bezpečné zariadenia
Zariadenia prvej triedy generujú laserové žiarenie nízkej intenzity. Nemôže dosiahnuť nebezpečné úrovne, takže zdroje sú oslobodené od väčšiny kontrol alebo iných foriem dohľadu. Príklad: laserové tlačiarne a CD prehrávače.
Podmienečne bezpečné zariadenia
Lasery druhej triedy vyžarujú vo viditeľnej časti spektra. Ide o laserové žiarenie, ktorého zdroje spôsobujú u človeka normálnu reakciu odmietnutia príliš jasného svetla (žmurkací reflex). Pri vystavení lúču ľudské oko žmurkne po 0,25 s, čo poskytuje dostatočnú ochranu. Laserové žiarenie vo viditeľnom rozsahu však môže pri konštantnej expozícii poškodiť oko. Príklady: laserové ukazovátka, geodetické lasery.
Lasery triedy 2a sú zariadenia na špeciálne účely s výstupným výkonom menším ako 1 mW. Tieto zariadenia spôsobujú poškodenie iba pri priamom vystavení na viac ako 1000 s počas 8-hodinového pracovného dňa. Príklad: Čítačky čiarových kódov.
Nebezpečné lasery
Trieda 3a sa týka zariadení, ktoré nespôsobujú poranenie pri krátkodobom vystavení nechránenému oku. Môže byť nebezpečné pri používaní zaostrovacej optiky, ako sú teleskopy, mikroskopy alebo ďalekohľady. Príklady: 1-5 mW He-Ne laser, niektoré laserové ukazovátka a úrovne budov.
Lasérový lúč triedy 3b môže spôsobiť zranenie, ak sa aplikuje priamo alebo sa odrazí späť. Príklad: 5-500 mW HeNe laser, mnoho výskumných a terapeutických laserov.
Trieda 4 zahŕňa zariadenia s úrovňou výkonu vyššou ako 500 mW. Sú nebezpečné pre oči, pokožku a predstavujú aj nebezpečenstvo požiaru. Vystavenie lúču, jeho zrkadlové alebo difúzne odrazy môžu spôsobiť poranenie očí a kože. Musia sa prijať všetky bezpečnostné opatrenia. Príklad: Nd:YAG lasery, displeje, chirurgia, rezanie kovov.
Laserové žiarenie: ochrana
Každé laboratórium musí poskytovať primeranú ochranu osobám pracujúcim s lasermi. Okná miestností, cez ktoré môže prechádzať žiarenie zo zariadení triedy 2, 3 alebo 4, ktoré môže poškodiťnekontrolované oblasti musia byť počas prevádzky takéhoto zariadenia zakryté alebo inak chránené. Pre maximálnu ochranu očí sa odporúča nasledovné.
- Lúč musí byť uzavretý v nereflexnom, nehorľavom ochrannom plášti, aby sa minimalizovalo riziko náhodného vystavenia alebo požiaru. Na zarovnanie lúča použite fluorescenčné clony alebo sekundárne mieridlá; Vyhnite sa priamemu kontaktu s očami.
- Na postup nastavenia lúča použite najnižší výkon. Ak je to možné, na predbežné zarovnanie použite zariadenia nižšej kategórie. Vyhnite sa prítomnosti nepotrebných reflexných predmetov v oblasti lasera.
- Obmedzte prechod lúča v nebezpečnej zóne počas mimopracovných hodín pomocou uzáverov a iných prekážok. Na zarovnanie lúča laserov triedy 3b a 4 nepoužívajte steny miestnosti.
- Používajte nereflexné nástroje. Niektorý inventár, ktorý neodráža viditeľné svetlo, sa stáva zrkadlovým v neviditeľnej oblasti spektra.
- Nenoste reflexné šperky. Kovové šperky tiež zvyšujú riziko úrazu elektrickým prúdom.
Goggles
Pri práci s lasermi triedy 4 v otvorenom nebezpečnom priestore alebo tam, kde existuje riziko odrazu, by ste mali nosiť ochranné okuliare. Ich typ závisí od typu žiarenia. Okuliare musia byť zvolené tak, aby chránili pred odrazmi, najmä difúznymi, a aby poskytovali ochranu na úrovni, pri ktorej môže prirodzený ochranný reflex zabrániť poraneniu očí. Takéto optické zariadeniazachovať určitú viditeľnosť lúča, zabrániť popáleniu kože, znížiť možnosť iných nehôd.
Faktory, ktoré treba zvážiť pri výbere okuliarov:
- vlnová dĺžka alebo oblasť spektra žiarenia;
- optická hustota pri určitej vlnovej dĺžke;
- maximálna svietivosť (W/cm2) alebo výkon lúča (W);
- typ laserového systému;
- režim výkonu – pulzné laserové svetlo alebo nepretržitý režim;
- reflexné schopnosti – zrkadlové a difúzne;
- zorné pole;
- prítomnosť korekčných šošoviek alebo dostatočná veľkosť umožňujúca nosenie korekčných okuliarov;
- comfort;
- prítomnosť ventilačných otvorov na zabránenie zahmlievaniu;
- vplyv na farebné videnie;
- odolnosť proti nárazu;
- schopnosť vykonávať potrebné úlohy.
Pretože ochranné okuliare sú náchylné na poškodenie a opotrebovanie, bezpečnostný program laboratória by mal zahŕňať pravidelné kontroly týchto ochranných prvkov.
