Martes, 15 Marzo 2011 15: 24

Láseres

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Un láser es un dispositivo que produce energía radiante electromagnética coherente dentro del espectro óptico desde el ultravioleta extremo hasta el infrarrojo lejano (submilimétrico). El termino láser es en realidad un acrónimo de amplificación de luz por emisión estimulada de radiación. Aunque el proceso láser fue predicho teóricamente por Albert Einstein en 1916, el primer láser exitoso no se demostró hasta 1960. En los últimos años, los láseres se han abierto camino desde el laboratorio de investigación hasta el entorno industrial, médico y de oficinas, así como a las obras de construcción e incluso hogares En muchas aplicaciones, como reproductores de videodiscos y sistemas de comunicación de fibra óptica, la salida de energía radiante del láser está encerrada, el usuario no enfrenta ningún riesgo para la salud y la presencia de un láser integrado en el producto puede no ser obvia para el usuario. Sin embargo, en algunas aplicaciones médicas, industriales o de investigación, la energía radiante emitida por el láser es accesible y puede representar un peligro potencial para los ojos y la piel.

Debido a que el proceso del láser (a veces denominado "láser") puede producir un haz de radiación óptica altamente colimado (es decir, energía radiante ultravioleta, visible o infrarroja), un láser puede representar un peligro a una distancia considerable, a diferencia de la mayoría de los peligros encontrados. en el lugar de trabajo. Quizás sea esta característica más que cualquier otra cosa la que ha llevado a las preocupaciones especiales expresadas por los trabajadores y por los expertos en seguridad y salud ocupacional. Sin embargo, los láseres se pueden usar de manera segura cuando se aplican los controles de riesgo apropiados. Existen estándares para el uso seguro de láseres en todo el mundo, y la mayoría están "armonizados" entre sí (ANSI 1993; IEC 1993). Todas las normas utilizan un sistema de clasificación de peligros, que agrupa los productos láser en una de cuatro amplias clases de peligros según la potencia o energía de salida del láser y su capacidad para causar daño. A continuación, se aplican medidas de seguridad acordes con la clasificación de peligro (Cleuet y Mayer 1980; Duchene, Lakey y Repacholi 1991).

Los láseres funcionan en longitudes de onda discretas y, aunque la mayoría de los láseres son monocromáticos (emiten una longitud de onda o un solo color), no es raro que un láser emita varias longitudes de onda discretas. Por ejemplo, el láser de argón emite varias líneas diferentes dentro del espectro visible y ultravioleta cercano, pero generalmente está diseñado para emitir solo una línea verde (longitud de onda) a 514.5 nm y/o una línea azul a 488 nm. Al considerar los peligros potenciales para la salud, siempre es crucial establecer las longitudes de onda de salida.

Todos los láseres tienen tres bloques de construcción fundamentales:

  1. un medio activo (sólido, líquido o gas) que define las posibles longitudes de onda de emisión
  2. una fuente de energía (p. ej., corriente eléctrica, lámpara de bomba o reacción química)
  3. una cavidad resonante con acoplador de salida (generalmente dos espejos).

 

La mayoría de los sistemas láser prácticos fuera del laboratorio de investigación también tienen un sistema de emisión de haz, como una fibra óptica o un brazo articulado con espejos para dirigir el haz a una estación de trabajo y lentes de enfoque para concentrar el haz en un material a soldar, etc. En un láser, átomos o moléculas idénticos son llevados a un estado excitado por la energía emitida por la lámpara de la bomba. Cuando los átomos o moléculas están en estado excitado, un fotón (“partícula” de energía lumínica) puede estimular a un átomo o molécula excitada a emitir un segundo fotón de la misma energía (longitud de onda) viajando en fase (coherente) y en la misma dirección. dirección como el fotón estimulante. Por tanto, se ha producido una amplificación de la luz por un factor de dos. Este mismo proceso repetido en cascada hace que se desarrolle un haz de luz que se refleja de un lado a otro entre los espejos de la cavidad resonante. Dado que uno de los espejos es parcialmente transparente, parte de la energía luminosa sale de la cavidad resonante formando el rayo láser emitido. Aunque en la práctica, los dos espejos paralelos a menudo se curvan para producir una condición resonante más estable, el principio básico es válido para todos los láseres.

Aunque varios miles de líneas láser diferentes (es decir, longitudes de onda láser discretas características de diferentes medios activos) se han demostrado en el laboratorio de física, solo unas 20 se han desarrollado comercialmente hasta el punto en que se aplican de forma rutinaria en la tecnología cotidiana. Se han desarrollado y publicado directrices y normas de seguridad láser que básicamente cubren todas las longitudes de onda del espectro óptico para permitir las líneas láser actualmente conocidas y los futuros láseres.

Clasificación de peligro de láser

Los estándares actuales de seguridad láser en todo el mundo siguen la práctica de categorizar todos los productos láser en clases de peligro. En general, el esquema sigue una agrupación de cuatro clases amplias de peligro, del 1 al 4. Los láseres de clase 1 no pueden emitir radiación láser potencialmente peligrosa y no representan un peligro para la salud. Las clases 2 a 4 representan un peligro creciente para los ojos y la piel. El sistema de clasificación es útil ya que se prescriben medidas de seguridad para cada clase de láser. Se requieren medidas de seguridad más estrictas para las clases más altas.

La clase 1 se considera una agrupación "segura para los ojos", sin riesgos. La mayoría de los láseres que están totalmente cerrados (por ejemplo, las grabadoras de discos compactos láser) son de Clase 1. No se requieren medidas de seguridad para un láser de Clase 1.

La clase 2 se refiere a los láseres visibles que emiten una potencia muy baja que no sería peligrosa incluso si toda la potencia del rayo entrara en el ojo humano y se enfocara en la retina. La respuesta de aversión natural del ojo a ver fuentes de luz muy brillantes protege al ojo contra lesiones en la retina si la energía que ingresa al ojo es insuficiente para dañar la retina dentro de la respuesta de aversión. La respuesta de aversión se compone del reflejo de parpadeo (aproximadamente 0.16 a 0.18 segundos) y una rotación del ojo y el movimiento de la cabeza cuando se expone a una luz tan brillante. Los estándares de seguridad actuales definen conservadoramente la respuesta de aversión con una duración de 0.25 segundos. Por lo tanto, los láseres de Clase 2 tienen una potencia de salida de 1 milivatio (mW) o menos que corresponde al límite de exposición permisible durante 0.25 segundos. Ejemplos de láseres de Clase 2 son los punteros láser y algunos láseres de alineación.

Algunas normas de seguridad también incorporan una subcategoría de Clase 2, denominada "Clase 2A". No es peligroso mirar los láseres de clase 2A durante un máximo de 1,000 s (16.7 min). La mayoría de los escáneres láser utilizados en puntos de venta (pago de supermercado) y escáneres de inventario son de Clase 2A.

Los láseres de clase 3 representan un peligro para el ojo, ya que la respuesta de aversión no es lo suficientemente rápida como para limitar la exposición de la retina a un nivel seguro momentáneo, y también podrían producirse daños en otras estructuras del ojo (p. ej., la córnea y el cristalino). Normalmente no existen peligros para la piel por exposición incidental. Ejemplos de láseres de Clase 3 son muchos láseres de investigación y telémetros láser militares.

Una subcategoría especial de Clase 3 se denomina "Clase 3A" (con los láseres restantes de Clase 3 denominados "Clase 3B"). Los láseres de Clase 3A son aquellos con una potencia de salida entre una y cinco veces los límites de emisión accesibles (AEL) para la Clase 1 o Clase 2, pero con una irradiancia de salida que no excede el límite de exposición ocupacional relevante para la clase más baja. Algunos ejemplos son muchos instrumentos de medición y alineación láser.

Los láseres de clase 4 pueden representar un peligro potencial de incendio, un peligro significativo para la piel o un peligro de reflexión difusa. Prácticamente todos los láseres quirúrgicos y láseres de procesamiento de materiales utilizados para soldar y cortar son de Clase 4 si no están incluidos. Todos los láseres con una potencia de salida promedio superior a 0.5 W son Clase 4. Si una Clase 3 o Clase 4 de mayor potencia está totalmente encerrada para que la energía radiante peligrosa no sea accesible, el sistema láser total podría ser Clase 1. El láser más peligroso dentro del recinto se denomina láser integrado.

límites de exposición ocupacional

La Comisión Internacional de Protección contra la Radiación No Ionizante (ICNIRP 1995) ha publicado pautas para los límites de exposición humana a la radiación láser que se actualizan periódicamente. Los límites de exposición representativos (EL) se proporcionan en la tabla 1 para varios láseres típicos. Prácticamente todos los rayos láser superan los límites de exposición permisibles. Por lo tanto, en la práctica real, los límites de exposición no se utilizan de forma rutinaria para determinar las medidas de seguridad. En cambio, el esquema de clasificación láser, que se basa en los EL aplicados en condiciones realistas, se aplica realmente para este fin.

Tabla 1. Límites de exposición para láseres típicos

tipo de láser

Longitud de onda principal

Límite de exposición

fluoruro de argón

193 nm

3.0 mJ/cmXNUMX2 más de 8 horas

Cloruro de xenón

308 nm

40 mJ/cmXNUMX2 más de 8 horas

Ion argón

488, 514.5nm

3.2 mW / cm2 durante 0.1 s

vapor de cobre

510, 578nm

2.5 mW / cm2 durante 0.25 s

Helio-neón

632.8 nm

1.8 mW / cm2 durante 10 s

vapor de oro

628 nm

1.0 mW / cm2 durante 10 s

Ion de criptón

568, 647nm

1.0 mW / cm2 durante 10 s

Neodimio-YAG

1,064 nm
1,334 nm

5.0 μJ/cm2 de 1 ns a 50 μs
Sin MPE para t <1 ns,
5 mW / cm2 durante 10 s

Dióxido de carbono

10–6 micras

100 mW / cm2 durante 10 s

Monóxido de carbono

≈5 micras

a 8 h, zona limitada
10 mW / cm2 durante >10 s
para la mayor parte del cuerpo

Todos los estándares/directrices tienen MPE en otras longitudes de onda y duraciones de exposición.

Nota: Para convertir MPE en mW/cm2 a mJ/cm2, multiplique por el tiempo de exposición t en segundos. Por ejemplo, el MPE de He-Ne o Argón a 0.1 s es 0.32 mJ/cm2.

Fuente: Norma ANSI Z-136.1 (1993); TLV de ACGIH (1995) y Duchene, Lakey y Repacholi (1991).

Estándares de seguridad láser

Muchas naciones han publicado estándares de seguridad láser y la mayoría están armonizados con el estándar internacional de la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC). La norma IEC 825-1 (1993) se aplica a los fabricantes; sin embargo, también proporciona algunas pautas de seguridad limitadas para los usuarios. La clasificación de peligro del láser descrita anteriormente debe estar etiquetada en todos los productos láser comerciales. Una etiqueta de advertencia apropiada para la clase debe aparecer en todos los productos de las Clases 2 a 4.

Medidas De Seguridad

El sistema de clasificación de seguridad láser facilita enormemente la determinación de las medidas de seguridad adecuadas. Los estándares de seguridad láser y los códigos de práctica requieren rutinariamente el uso de medidas de control cada vez más restrictivas para cada clasificación superior.

En la práctica, siempre es más deseable encerrar totalmente el láser y la trayectoria del haz para que no se pueda acceder a ninguna radiación láser potencialmente peligrosa. En otras palabras, si solo se emplean productos láser de Clase 1 en el lugar de trabajo, se garantiza un uso seguro. Sin embargo, en muchas situaciones, esto simplemente no es práctico y se requiere capacitación de los trabajadores en el uso seguro y las medidas de control de peligros.

Aparte de la regla obvia, no apuntar un láser a los ojos de una persona, no se requieren medidas de control para un producto láser de Clase 2. Para láseres de clases superiores, se requieren claramente medidas de seguridad.

Si la protección total de un láser de clase 3 o 4 no es factible, el uso de cubiertas de haz (p. ej., tubos), deflectores y cubiertas ópticas puede eliminar virtualmente el riesgo de exposición ocular peligrosa en la mayoría de los casos.

Cuando los recintos no son factibles para los láseres de Clase 3 y 4, se debe establecer un área controlada por láser con entrada controlada, y el uso de protectores oculares para láser generalmente es obligatorio dentro de la zona de peligro nominal (NHZ) del rayo láser. Aunque en la mayoría de los laboratorios de investigación donde se utilizan rayos láser colimados, el NHZ abarca toda el área controlada del laboratorio, para aplicaciones de haz enfocado, el NHZ puede ser sorprendentemente limitado y no abarcar toda la sala.

Para asegurarse contra el uso indebido y posibles acciones peligrosas por parte de usuarios de láser no autorizados, se debe utilizar el control clave que se encuentra en todos los productos láser fabricados comercialmente.

La llave debe estar asegurada cuando el láser no esté en uso, si las personas pueden acceder al láser.

Se requieren precauciones especiales durante la alineación del láser y la configuración inicial, ya que el potencial de lesiones oculares graves es muy grande en ese momento. Los trabajadores del láser deben estar capacitados en prácticas seguras antes de configurar y alinear el láser.

Los anteojos de protección contra láser se desarrollaron después de que se establecieron los límites de exposición ocupacional y se elaboraron especificaciones para proporcionar las densidades ópticas (u OD, una medida logarítmica del factor de atenuación) que serían necesarias en función de la longitud de onda y la duración de la exposición para determinados láseres Aunque en Europa existen estándares específicos para la protección ocular con láser, en los Estados Unidos el Instituto Nacional Estadounidense de Estándares proporciona pautas adicionales bajo las designaciones ANSI Z136.1 y ANSI Z136.3.

Formación

Cuando se investigan accidentes con láser tanto en situaciones industriales como de laboratorio, surge un elemento común: la falta de capacitación adecuada. La capacitación en seguridad del láser debe ser adecuada y suficiente para las operaciones con láser en las que trabajará cada empleado. La capacitación debe ser específica para el tipo de láser y la tarea que se le asigna al trabajador.

Vigilancia médica

Los requisitos para la vigilancia médica de los trabajadores del láser varían de un país a otro de acuerdo con las reglamentaciones locales de medicina ocupacional. En un momento, cuando los láseres estaban confinados al laboratorio de investigación y se sabía poco sobre sus efectos biológicos, era bastante típico que a cada trabajador del láser se le hiciera periódicamente un examen oftalmológico general completo con fotografía del fondo de ojo (retina) para monitorear el estado del ojo. . Sin embargo, a principios de la década de 1970, esta práctica fue cuestionada, ya que los hallazgos clínicos eran casi siempre negativos y quedó claro que tales exámenes solo podían identificar lesiones agudas detectables subjetivamente. Esto llevó al grupo de trabajo de la OMS sobre láseres, reunido en Don Leaghreigh, Irlanda, en 1975, a recomendar en contra de tales programas de vigilancia complicados y a enfatizar las pruebas de la función visual. Desde entonces, la mayoría de los grupos nacionales de salud ocupacional han reducido continuamente los requisitos de exámenes médicos. Hoy en día, los exámenes oftalmológicos completos se requieren universalmente solo en el caso de una lesión ocular con láser o sospecha de sobreexposición, y generalmente se requiere un examen visual previo a la colocación. Es posible que se requieran exámenes adicionales en algunos países.

Mediciones láser

A diferencia de algunos peligros en el lugar de trabajo, generalmente no hay necesidad de realizar mediciones para monitorear el lugar de trabajo de niveles peligrosos de radiación láser. Debido a las dimensiones de haz altamente confinadas de la mayoría de los rayos láser, la probabilidad de cambiar las trayectorias de los rayos y la dificultad y el costo de los radiómetros láser, los estándares de seguridad actuales enfatizan las medidas de control basadas en la clase de peligro y no en la medición del lugar de trabajo (monitoreo). El fabricante debe realizar las mediciones para garantizar el cumplimiento de las normas de seguridad láser y la clasificación adecuada de peligros. De hecho, una de las justificaciones originales para la clasificación del peligro del láser se relacionaba con la gran dificultad de realizar mediciones adecuadas para la evaluación del peligro.

Conclusiones

Aunque el láser es relativamente nuevo en el lugar de trabajo, rápidamente se está volviendo omnipresente, al igual que los programas relacionados con la seguridad del láser. Las claves para el uso seguro de los láseres son primero encerrar la energía radiante del láser si es posible, pero si no es posible, establecer medidas de control adecuadas y capacitar a todo el personal que trabaja con láseres.

 

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