Um laser é um dispositivo que produz energia radiante eletromagnética coerente dentro do espectro óptico do ultravioleta extremo ao infravermelho distante (submilimétrico). O termo laser é na verdade um acrônimo para amplificação de luz por emissão estimulada de radiação. Embora o processo a laser tenha sido previsto teoricamente por Albert Einstein em 1916, o primeiro laser bem-sucedido não foi demonstrado até 1960. Nos últimos anos, os lasers encontraram seu caminho desde o laboratório de pesquisa até o ambiente industrial, médico e de escritório, bem como canteiros de obras e até mesmo famílias. Em muitas aplicações, como players de videodisco e sistemas de comunicação de fibra óptica, a saída de energia radiante do laser é fechada, o usuário não enfrenta riscos à saúde e a presença de um laser embutido no produto pode não ser óbvia para o usuário. No entanto, em algumas aplicações médicas, industriais ou de pesquisa, a energia radiante emitida pelo laser é acessível e pode representar um perigo potencial para os olhos e a pele.
Como o processo a laser (às vezes chamado de "lasing") pode produzir um feixe altamente colimado de radiação óptica (ou seja, energia radiante ultravioleta, visível ou infravermelha), um laser pode representar um perigo a uma distância considerável - bem diferente da maioria dos perigos encontrados no local de trabalho. Talvez seja essa característica, mais do que qualquer outra, que tenha levado a preocupações especiais expressas por trabalhadores e por especialistas em saúde e segurança ocupacional. No entanto, os lasers podem ser usados com segurança quando os controles de risco apropriados são aplicados. Padrões para o uso seguro de lasers existem em todo o mundo, e a maioria está “harmonizada” entre si (ANSI 1993; IEC 1993). Todos os padrões fazem uso de um sistema de classificação de risco, que agrupa os produtos a laser em uma das quatro amplas classes de risco, de acordo com a potência ou energia de saída do laser e sua capacidade de causar danos. Medidas de segurança são então aplicadas de acordo com a classificação de perigo (Cleuet e Mayer 1980; Duchene, Lakey e Repacholi 1991).
Os lasers operam em comprimentos de onda discretos e, embora a maioria dos lasers seja monocromática (emitindo um comprimento de onda ou uma única cor), não é incomum que um laser emita vários comprimentos de onda discretos. Por exemplo, o laser de argônio emite várias linhas diferentes dentro do ultravioleta próximo e do espectro visível, mas geralmente é projetado para emitir apenas uma linha verde (comprimento de onda) em 514.5 nm e/ou uma linha azul em 488 nm. Ao considerar riscos potenciais à saúde, é sempre crucial estabelecer o(s) comprimento(s) de onda de saída.
Todos os lasers têm três blocos de construção fundamentais:
- um meio ativo (um sólido, líquido ou gás) que define os possíveis comprimentos de onda de emissão
- uma fonte de energia (por exemplo, corrente elétrica, lâmpada de bomba ou reação química)
- uma cavidade ressonante com acoplador de saída (geralmente dois espelhos).
A maioria dos sistemas de laser práticos fora do laboratório de pesquisa também possui um sistema de entrega de feixe, como uma fibra óptica ou braço articulado com espelhos para direcionar o feixe para uma estação de trabalho e lentes de foco para concentrar o feixe em um material a ser soldado, etc. Em um laser, átomos ou moléculas idênticas são levadas a um estado excitado pela energia fornecida pela lâmpada da bomba. Quando os átomos ou moléculas estão em um estado excitado, um fóton (“partícula” de energia luminosa) pode estimular um átomo ou molécula excitada a emitir um segundo fóton de mesma energia (comprimento de onda) viajando em fase (coerente) e no mesmo direção como o fóton estimulante. Assim, a amplificação da luz por um fator de dois ocorreu. Esse mesmo processo repetido em cascata faz com que se desenvolva um feixe de luz que reflete para frente e para trás entre os espelhos da cavidade ressonante. Como um dos espelhos é parcialmente transparente, parte da energia luminosa sai da cavidade ressonante formando o feixe de laser emitido. Embora, na prática, os dois espelhos paralelos sejam muitas vezes curvados para produzir uma condição ressonante mais estável, o princípio básico é válido para todos os lasers.
Embora vários milhares de linhas de laser diferentes (ou seja, comprimentos de onda de laser discretos característicos de diferentes meios ativos) tenham sido demonstrados no laboratório de física, apenas 20 ou mais foram desenvolvidos comercialmente a ponto de serem aplicados rotineiramente na tecnologia cotidiana. Diretrizes e padrões de segurança do laser foram desenvolvidos e publicados, cobrindo basicamente todos os comprimentos de onda do espectro óptico, a fim de permitir linhas de laser atualmente conhecidas e futuros lasers.
Classificação de perigo de laser
Os padrões atuais de segurança do laser em todo o mundo seguem a prática de categorizar todos os produtos a laser em classes de perigo. Geralmente, o esquema segue um agrupamento de quatro amplas classes de risco, de 1 a 4. Os lasers de classe 1 não podem emitir radiação laser potencialmente perigosa e não representam risco à saúde. As classes 2 a 4 representam um risco crescente para os olhos e a pele. O sistema de classificação é útil, pois as medidas de segurança são prescritas para cada classe de laser. Medidas de segurança mais rigorosas são necessárias para as classes mais altas.
A Classe 1 é considerada um agrupamento “seguro para os olhos” e sem risco. A maioria dos lasers totalmente fechados (por exemplo, gravadores de discos compactos a laser) são de Classe 1. Nenhuma medida de segurança é necessária para um laser de Classe 1.
A classe 2 refere-se a lasers visíveis que emitem uma potência muito baixa que não seria perigosa mesmo se toda a potência do feixe entrasse no olho humano e fosse focada na retina. A resposta de aversão natural do olho à visualização de fontes de luz muito brilhantes protege o olho contra lesões na retina se a energia que entra no olho for insuficiente para danificar a retina dentro da resposta de aversão. A resposta de aversão é composta pelo reflexo de piscar (aproximadamente 0.16–0.18 segundos) e uma rotação do olho e movimento da cabeça quando expostos a essa luz brilhante. Os padrões de segurança atuais definem conservadoramente a resposta de aversão como durando 0.25 segundo. Assim, os lasers da Classe 2 têm uma potência de saída de 1 miliwatt (mW) ou menos que corresponde ao limite de exposição permitido por 0.25 segundo. Exemplos de lasers de Classe 2 são ponteiros de laser e alguns lasers de alinhamento.
Algumas normas de segurança também incorporam uma subcategoria da Classe 2, denominada “Classe 2A”. Os lasers de classe 2A não são perigosos para olhar fixamente por até 1,000 s (16.7 min). A maioria dos scanners a laser usados em pontos de venda (caixa de supermercado) e scanners de inventário são Classe 2A.
Os lasers de classe 3 representam um perigo para o olho, uma vez que a resposta de aversão é insuficientemente rápida para limitar a exposição da retina a um nível momentaneamente seguro, e danos a outras estruturas do olho (por exemplo, córnea e cristalino) também podem ocorrer. Perigos para a pele normalmente não existem para exposição acidental. Exemplos de lasers de classe 3 são muitos lasers de pesquisa e telêmetros a laser militares.
Uma subcategoria especial da Classe 3 é denominada “Classe 3A” (com os demais lasers da Classe 3 denominados “Classe 3B”). Os lasers da Classe 3A são aqueles com uma potência de saída entre uma e cinco vezes os limites de emissão acessíveis (AEL) para a Classe 1 ou Classe 2, mas com uma irradiância de saída que não excede o limite de exposição ocupacional relevante para a classe inferior. Exemplos são muitos instrumentos de alinhamento e levantamento a laser.
Os lasers da classe 4 podem representar um risco potencial de incêndio, um risco significativo para a pele ou um risco de reflexão difusa. Praticamente todos os lasers cirúrgicos e lasers de processamento de materiais usados para soldagem e corte são Classe 4 se não estiverem incluídos. Todos os lasers com potência média superior a 0.5 W são Classe 4. Se uma Classe 3 ou Classe 4 de potência mais alta for totalmente fechada de modo que a energia radiante perigosa não seja acessível, o sistema de laser total pode ser Classe 1. O laser mais perigoso dentro do invólucro é denominado um laser embutido.
limites de exposição ocupacional
A Comissão Internacional de Proteção contra Radiação Não Ionizante (ICNIRP 1995) publicou diretrizes para limites de exposição humana à radiação laser que são atualizadas periodicamente. Limites de exposição representativos (ELs) são fornecidos na tabela 1 para vários lasers típicos. Praticamente todos os feixes de laser excedem os limites de exposição permitidos. Assim, na prática atual, os limites de exposição não são usados rotineiramente para determinar medidas de segurança. Em vez disso, o esquema de classificação a laser – que se baseia nos ELs aplicados em condições realistas – é realmente aplicado para esse fim.
Tabela 1. Limites de exposição para lasers típicos
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Tipo de laser |
Comprimento(s) de onda principal(is) |
Limite de exposição |
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Fluoreto de argônio |
193 nm |
3.0 mJ/cm2 mais de 8h |
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cloreto de xenônio |
308 nm |
40 mJ/cm2 mais de 8h |
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íon argônio |
488, 514.5 nm |
3.2 mW/cm2 por 0.1 s |
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vapor de cobre |
510, 578 nm |
2.5 mW/cm2 por 0.25 s |
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hélio-neon |
632.8 nm |
1.8 mW/cm2 por 10 s |
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vapor de ouro |
628 nm |
1.0 mW/cm2 por 10 s |
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íon criptônio |
568, 647 nm |
1.0 mW/cm2 por 10 s |
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Neodímio-YAG |
1,064 nm |
5.0 μJ/cm2 para 1 ns a 50 μs |
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Dióxido de carbono |
10–6 μm |
100 mW/cm2 por 10 s |
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Monóxido de carbono |
≈5 μm |
a 8 h, área limitada |
Todos os padrões/diretrizes têm MPEs em outros comprimentos de onda e durações de exposição.
Nota: Para converter MPE's em mW/cm2 para mJ/cm2, multiplique pelo tempo de exposição t em segundos. Por exemplo, o He-Ne ou Argônio MPE em 0.1 s é 0.32 mJ/cm2.
Fonte: Norma ANSI Z-136.1(1993); ACGIH TLVs (1995) e Duchene, Lakey e Repacholi (1991).
Normas de segurança do laser
Muitas nações publicaram normas de segurança de laser e a maioria está harmonizada com o padrão internacional da Comissão Eletrotécnica Internacional (IEC). A Norma IEC 825-1 (1993) aplica-se aos fabricantes; no entanto, ele também fornece algumas orientações de segurança limitadas para os usuários. A classificação de perigo do laser descrita acima deve ser rotulada em todos os produtos a laser comerciais. Uma etiqueta de advertência apropriada para a classe deve aparecer em todos os produtos das classes 2 a 4.
Medidas de segurança
O sistema de classificação de segurança a laser facilita muito a determinação de medidas de segurança apropriadas. Os padrões de segurança do laser e os códigos de prática exigem rotineiramente o uso de medidas de controle cada vez mais restritivas para cada classificação superior.
Na prática, é sempre mais desejável fechar totalmente o laser e o caminho do feixe para que nenhuma radiação laser potencialmente perigosa seja acessível. Em outras palavras, se apenas produtos a laser Classe 1 forem empregados no local de trabalho, o uso seguro é garantido. No entanto, em muitas situações, isso simplesmente não é prático, e é necessário o treinamento dos trabalhadores no uso seguro e nas medidas de controle de riscos.
Além da regra óbvia - não apontar o laser para os olhos de uma pessoa - não há medidas de controle necessárias para um produto a laser Classe 2. Para lasers de classes superiores, as medidas de segurança são claramente necessárias.
Se o isolamento total de um laser Classe 3 ou 4 não for viável, o uso de compartimentos de feixe (por exemplo, tubos), defletores e tampas ópticas pode praticamente eliminar o risco de exposição ocular perigosa na maioria dos casos.
Quando invólucros não são viáveis para lasers de Classe 3 e 4, uma área controlada por laser com entrada controlada deve ser estabelecida, e o uso de protetores oculares de laser é geralmente obrigatório dentro da zona de risco nominal (NHZ) do feixe de laser. Embora na maioria dos laboratórios de pesquisa onde são usados feixes de laser colimados, o NHZ abranja toda a área controlada do laboratório, para aplicações de feixe focalizado, o NHZ pode ser surpreendentemente limitado e não abranger toda a sala.
Para evitar o uso indevido e possíveis ações perigosas por parte de usuários de laser não autorizados, o controle de chave encontrado em todos os produtos a laser fabricados comercialmente deve ser utilizado.
A chave deve ser protegida quando o laser não estiver em uso, se as pessoas puderem ter acesso ao laser.
Precauções especiais são necessárias durante o alinhamento do laser e a configuração inicial, pois o potencial para lesões oculares graves é muito grande. Os trabalhadores do laser devem ser treinados em práticas seguras antes da configuração e alinhamento do laser.
Óculos de proteção contra laser foram desenvolvidos depois que os limites de exposição ocupacional foram estabelecidos e as especificações foram elaboradas para fornecer as densidades ópticas (ou ODs, uma medida logarítmica do fator de atenuação) que seriam necessárias em função do comprimento de onda e da duração da exposição para determinados lasers. Embora existam padrões específicos para proteção ocular de laser na Europa, outras diretrizes são fornecidas nos Estados Unidos pelo American National Standards Institute sob as designações ANSI Z136.1 e ANSI Z136.3.
Training
Ao investigar acidentes com laser em situações laboratoriais e industriais, surge um elemento comum: falta de treinamento adequado. O treinamento de segurança com laser deve ser adequado e suficiente para as operações com laser nas quais cada funcionário trabalhará. O treinamento deve ser específico para o tipo de laser e a tarefa para a qual o trabalhador é designado.
Vigilância médica
Os requisitos para a vigilância médica dos trabalhadores do laser variam de país para país, de acordo com os regulamentos locais de medicina ocupacional. Ao mesmo tempo, quando os lasers eram confinados ao laboratório de pesquisa e pouco se sabia sobre seus efeitos biológicos, era bastante comum que cada trabalhador do laser fosse periodicamente submetido a um exame oftalmológico geral completo com fotografia do fundo (retinal) para monitorar o estado do olho . No entanto, no início da década de 1970, essa prática foi questionada, pois os achados clínicos eram quase sempre negativos, e ficou claro que tais exames poderiam identificar apenas lesões agudas detectáveis subjetivamente. Isso levou o grupo de trabalho da OMS sobre lasers, reunido em Don Leaghreigh, Irlanda, em 1975, a recomendar contra tais programas de vigilância envolvidos e a enfatizar o teste da função visual. Desde então, a maioria dos grupos nacionais de saúde ocupacional reduziu continuamente os requisitos de exames médicos. Hoje, exames oftalmológicos completos são universalmente necessários apenas no caso de uma lesão ocular a laser ou suspeita de superexposição, e a triagem visual antes da colocação é geralmente necessária. Exames adicionais podem ser necessários em alguns países.
Medições a laser
Ao contrário de alguns perigos do local de trabalho, geralmente não há necessidade de realizar medições para monitoramento de níveis perigosos de radiação laser no local de trabalho. Devido às dimensões do feixe altamente confinado da maioria dos feixes de laser, a probabilidade de alterar os caminhos do feixe e a dificuldade e custo dos radiômetros a laser, os padrões de segurança atuais enfatizam as medidas de controle baseadas na classe de perigo e não na medição do local de trabalho (monitoramento). As medições devem ser realizadas pelo fabricante para garantir a conformidade com os padrões de segurança do laser e a classificação de risco adequada. De fato, uma das justificativas originais para a classificação de risco do laser está relacionada à grande dificuldade de realizar medições adequadas para avaliação de risco.
Conclusões
Embora o laser seja relativamente novo no local de trabalho, ele está rapidamente se tornando onipresente, assim como os programas relacionados à segurança do laser. As chaves para o uso seguro de lasers são primeiro limitar a energia radiante do laser, se possível, mas se não for possível, estabelecer medidas de controle adequadas e treinar todo o pessoal que trabalha com lasers.