Ласер је уређај који производи кохерентну електромагнетну енергију зрачења унутар оптичког спектра од екстремног ултраљубичастог до далеког инфрацрвеног (субмилиметарског). Термин ласер је заправо акроним за појачавање светлости стимулисаном емисијом зрачења. Иако је ласерски процес теоретски предвидео Алберт Ајнштајн 1916. године, први успешан ласер је демонстриран тек 1960. Последњих година ласери су пронашли свој пут од истраживачке лабораторије до индустријског, медицинског и канцеларијског окружења, као и градилишта, па чак и домаћинства. У многим апликацијама, као што су плејери видео дискова и комуникациони системи са оптичким влакнима, излазна енергија ласера је затворена, корисник се не суочава са здравственим ризиком, а присуство ласера уграђеног у производ кориснику можда неће бити очигледно. Међутим, у неким медицинским, индустријским или истраживачким апликацијама, енергија зрачења ласера је доступна и може представљати потенцијалну опасност за очи и кожу.
Пошто ласерски процес (понекад се назива „ласинг”) може произвести високо колимирани сноп оптичког зрачења (тј. ултраљубичасту, видљиву или инфрацрвену енергију зрачења), ласер може представљати опасност на значајној удаљености – сасвим за разлику од већине опасности са којима се сусрећу на радном месту. Можда је ова карактеристика више од било чега другог довела до посебне забринутости коју су изразили радници и стручњаци за здравље и безбедност на раду. Ипак, ласери се могу безбедно користити када се примењују одговарајуће контроле опасности. Стандарди за безбедну употребу ласера постоје широм света, а већина је „усаглашена” једни са другима (АНСИ 1993; ИЕЦ 1993). Сви стандарди користе систем класификације опасности, који групише ласерске производе у једну од четири широке класе опасности према излазној снази или енергији ласера и његовој способности да изазове штету. Мере безбедности се затим примењују сразмерно класификацији опасности (Цлеует и Маиер 1980; Дуцхене, Лакеи и Репацхоли 1991).
Ласери раде на дискретним таласним дужинама, и иако је већина ласера монохроматска (емитују једну таласну дужину или једну боју), није неуобичајено да ласер емитује неколико дискретних таласних дужина. На пример, аргонски ласер емитује неколико различитих линија у блиском ултраљубичастом и видљивом спектру, али је генерално дизајниран да емитује само једну зелену линију (таласну дужину) на 514.5 нм и/или плаву линију на 488 нм. Када се разматрају потенцијалне опасности по здравље, увек је кључно утврдити излазну таласну дужину(е).
Сви ласери имају три основна градивна блока:
- активни медијум (чврста материја, течност или гас) који дефинише могуће таласне дужине емисије
- извор енергије (нпр. електрична струја, лампа пумпе или хемијска реакција)
- резонантна шупљина са излазним спојником (обично два огледала).
Већина практичних ласерских система ван истраживачке лабораторије такође има систем за испоруку зрака, као што је оптичко влакно или зглобна рука са огледалима за усмеравање зрака на радну станицу, и сочива за фокусирање за концентрисање зрака на материјал који се завари, итд. У ласеру, идентични атоми или молекули се доводе у побуђено стање енергијом која се испоручује из лампе пумпе. Када су атоми или молекули у побуђеном стању, фотон („честица“ светлосне енергије) може стимулисати побуђени атом или молекул да емитује други фотон исте енергије (таласне дужине) који путује у фази (кохерентно) иу истој правац као стимулативни фотон. Тако је дошло до појачања светлости за фактор два. Овај исти процес који се понавља у каскади изазива развој светлосног снопа који се рефлектује напред-назад између огледала резонантне шупљине. Пошто је једно од огледала делимично провидно, нешто светлосне енергије напушта резонантну шупљину формирајући емитовани ласерски зрак. Иако су у пракси два паралелна огледала често закривљена да би произвела стабилније резонантно стање, основни принцип важи за све ласере.
Иако је неколико хиљада различитих ласерских линија (тј. дискретних ласерских таласних дужина карактеристичних за различите активне медије) демонстрирано у лабораторији за физику, само 20-ак је комерцијално развијено до тачке у којој се рутински примењују у свакодневној технологији. Развијене су и објављене смернице и стандарди за безбедност ласера који у основи покривају све таласне дужине оптичког спектра како би се омогућиле тренутно познате ласерске линије и будући ласери.
Класификација опасности од ласера
Тренутни стандарди за ласерску безбедност широм света прате праксу категорисања свих ласерских производа у класе опасности. Генерално, шема следи груписање од четири широке класе опасности, од 1 до 4. Ласери класе 1 не могу емитовати потенцијално опасно ласерско зрачење и не представљају опасност по здравље. Класе 2 до 4 представљају све већу опасност за очи и кожу. Систем класификације је користан јер су мере безбедности прописане за сваку класу ласера. За највише класе потребне су строже мере безбедности.
Класа 1 се сматра „безбедном за очи“, групом без ризика. Већина ласера који су потпуно затворени (на пример, ласерски снимачи компактних дискова) су класе 1. За ласер класе 1 нису потребне мере безбедности.
Класа 2 се односи на видљиве ласере који емитују веома малу снагу која не би била опасна чак и када би цела снага зрака ушла у људско око и била фокусирана на мрежњачу. Природни одговор аверзије ока на гледање извора јаког светла штити око од повреде мрежњаче ако је енергија која улази у око недовољна да оштети мрежњачу у оквиру одговора аверзије. Реакција аверзије се састоји од рефлекса трептања (отприлике 0.16–0.18 секунди) и ротације ока и покрета главе када је изложена тако јаком светлу. Тренутни безбедносни стандарди конзервативно дефинишу реакцију аверзије у трајању од 0.25 секунди. Дакле, ласери класе 2 имају излазну снагу од 1 миливатт (мВ) или мање што одговара дозвољеној граници излагања током 0.25 секунди. Примери ласера класе 2 су ласерски показивачи и неки ласери за поравнање.
Неки безбедносни стандарди такође укључују поткатегорију класе 2, која се назива „Класа 2А“. Ласери класе 2А нису опасни за гледање до 1,000 с (16.7 мин). Већина ласерских скенера који се користе на продајним местима (на благајнама у супер-маркетима) и скенери залиха су класе 2А.
Ласери класе 3 представљају опасност за око, пошто је реакција аверзије недовољно брза да ограничи излагање ретини на тренутно безбедан ниво, а може доћи и до оштећења других структура ока (нпр. рожњаче и сочива). Опасности за кожу обично не постоје у случају случајног излагања. Примери ласера класе 3 су многи истраживачки ласери и војни ласерски даљиномери.
Посебна поткатегорија класе 3 назива се „Класа 3А“ (са преосталим ласерима класе 3 који се називају „Класа 3Б“). Ласери класе 3А су они са излазном снагом између један и пет пута већом од граница приступачне емисије (АЕЛ) за класу 1 или класу 2, али са излазном озраченошћу која не прелази релевантну границу професионалне изложености за нижу класу. Примери су многи инструменти за ласерско поравнање и мерење.
Ласери класе 4 могу представљати потенцијалну опасност од пожара, значајну опасност за кожу или опасност од дифузне рефлексије. Практично сви хируршки ласери и ласери за обраду материјала који се користе за заваривање и сечење су класе 4 ако нису приложени. Сви ласери са просечном излазном снагом већом од 0.5 В су класе 4. Ако је класа 3 или 4 веће снаге потпуно затворена тако да опасна енергија зрачења није доступна, укупан ласерски систем може бити класе 1. Што је опаснији ласер унутар ограђени простор се назива ан уграђени ласер.
Границе професионалне изложености
Међународна комисија за заштиту од нејонизујућег зрачења (ИЦНИРП 1995) објавила је смернице за границе излагања људи ласерском зрачењу које се периодично ажурирају. Репрезентативне границе излагања (ЕЛ) су дате у табели 1 за неколико типичних ласера. Практично сви ласерски зраци прелазе дозвољене границе излагања. Дакле, у стварној пракси, границе изложености се не користе рутински за одређивање мера безбедности. Уместо тога, ласерска класификациона шема — која се заснива на ЕЛ примењеним у реалним условима — се заиста примењује у том циљу.
Табела 1. Границе експозиције за типичне ласере
|
Тип ласера |
Главна таласна дужина(е) |
Граница изложености |
|
Аргон флуорид |
КСНУМКС нм |
3.0 мЈ/цм2 преко 8 х |
|
Ксенон хлорид |
КСНУМКС нм |
40 мЈ/цм2 преко 8 х |
|
Аргон јон |
488, 514.5 нм |
3.2 мВ/цм2 за 0.1 с |
|
Бакарна пара |
510, 578 нм |
2.5 мВ/цм2 за 0.25 с |
|
Хелијум-неон |
КСНУМКС нм |
1.8 мВ/цм2 за 10 с |
|
Златна пара |
КСНУМКС нм |
1.0 мВ/цм2 за 10 с |
|
Криптон јон |
568, 647 нм |
1.0 мВ/цм2 за 10 с |
|
Неодим-ИАГ |
КСНУМКС нм |
5.0 μЈ/цм2 за 1 нс до 50 μс |
|
Угљен диоксид |
10–6 μм |
100 мВ/цм2 за 10 с |
|
Угљен моноксид |
≈5 μм |
до 8 х, ограничено подручје |
Сви стандарди/смернице имају МПЕ на другим таласним дужинама и трајању излагања.
Напомена: За претварање МПЕ у мВ/цм2 до мЈ/цм2, помножите са временом експозиције т у секундама. На пример, Хе-Не или Аргон МПЕ на 0.1 с је 0.32 мЈ/цм2.
Извор: АНСИ стандард З-136.1(1993); АЦГИХ ТЛВс (1995) и Дуцхене, Лакеи и Репацхоли (1991).
Стандарди за безбедност ласера
Многе земље су објавиле стандарде за ласерску безбедност, а већина је усклађена са међународним стандардом Међународне електротехничке комисије (ИЕЦ). ИЕЦ стандард 825-1 (1993) се примењује на произвођаче; међутим, он такође пружа неке ограничене безбедносне смернице за кориснике. Горе описана класификација опасности од ласера мора бити означена на свим комерцијалним ласерским производима. Ознака упозорења која одговара класи треба да се појави на свим производима класа 2 до 4.
Безбедносне мере
Ласерски безбедносни систем класификације у великој мери олакшава одређивање одговарајућих безбедносних мера. Стандарди за ласерску безбедност и кодекси праксе рутински захтевају употребу све рестриктивнијих контролних мера за сваку вишу класификацију.
У пракси је увек пожељније потпуно затворити путању ласера и зрака тако да није доступно потенцијално опасно ласерско зрачење. Другим речима, ако се на радном месту користе само ласерски производи класе 1, безбедна употреба је загарантована. Међутим, у многим ситуацијама то једноставно није практично и потребна је обука радника за безбедну употребу и мере контроле опасности.
Осим очигледног правила — не усмеравати ласер у очи особе — за ласерски производ класе 2 нису потребне никакве контролне мере. За ласере виших класа јасно су потребне сигурносне мере.
Ако потпуно затварање ласера класе 3 или 4 није изводљиво, употреба кућишта снопа (нпр. цеви), преграда и оптичких поклопаца може практично елиминисати ризик од опасног излагања ока у већини случајева.
Када кућишта нису изводљива за ласере класе 3 и 4, треба успоставити ласерски контролисан простор са контролисаним уласком, а употреба ласерских штитника за очи је генерално обавезна унутар зоне номиналне опасности (НХЗ) ласерског зрака. Иако у већини истраживачких лабораторија у којима се користе колимирани ласерски зраци, НХЗ обухвата читаву контролисану лабораторијску област, за апликације фокусираног снопа, НХЗ може бити изненађујуће ограничен и не обухвата целу просторију.
Да би се осигурала од злоупотребе и могућих опасних радњи од стране неовлашћених корисника ласера, треба користити кључну контролу која се налази на свим комерцијално произведеним ласерским производима.
Кључ треба да буде осигуран када се ласер не користи, ако људи могу да добију приступ ласеру.
Посебне мере предострожности су потребне током ласерског поравнања и иницијалног постављања, јер је тада могућност озбиљне повреде ока веома велика. Ласерски радници морају бити обучени за безбедне поступке пре постављања и поравнања ласера.
Ласерске заштитне наочаре развијене су након што су успостављене границе професионалне изложености и састављене су спецификације да би се обезбедиле оптичке густине (или ОД, логаритамска мера фактора слабљења) које би биле потребне као функција таласне дужине и трајања експозиције за одређене ласери. Иако у Европи постоје специфични стандарди за ласерску заштиту очију, даље смернице у Сједињеним Државама даје Амерички национални институт за стандарде под ознакама АНСИ З136.1 и АНСИ З136.3.
тренинг
Када се истражују ласерске незгоде у лабораторијским и индустријским ситуацијама, појављује се заједнички елемент: недостатак адекватне обуке. Обука о ласерској безбедности треба да буде одговарајућа и довољна за ласерске операције око којих ће сваки запослени радити. Обука треба да буде специфична за врсту ласера и задатак на који је радник распоређен.
Медицински надзор
Захтеви за медицински надзор радника ласера разликују се од земље до земље у складу са локалним прописима о медицини рада. Некада, када су ласери били ограничени на истраживачку лабораторију и мало се знало о њиховим биолошким ефектима, било је сасвим типично да је сваки ласерски радник повремено добијао детаљан општи офталмолошки преглед са фотографијом фундуса (ретине) како би се пратио статус ока. . Међутим, почетком 1970-их ова пракса је доведена у питање, јер су клинички налази готово увек били негативни и постало је јасно да се оваквим прегледима може идентификовати само акутна повреда која је субјективно уочљива. Ово је навело радну групу СЗО за ласере, која се састала у Дон Леагхреигх-у, Ирска, 1975. године, да препоручи против таквих укључених програма надзора и да нагласи тестирање визуелне функције. Од тог времена, већина националних група здравствене заштите на раду континуирано је смањивала захтеве за лекарским прегледима. Данас су комплетни офталмолошки прегледи универзално потребни само у случају ласерске повреде ока или сумње на прекомерну експозицију, а визуелни скрининг пре постављања је генерално неопходан. У неким земљама могу бити потребни додатни прегледи.
Ласер Меасурементс
За разлику од неких опасности на радном месту, генерално нема потребе да се врше мерења за праћење опасних нивоа ласерског зрачења на радном месту. Због веома ограничених димензија снопа већине ласерских зрака, вероватноће промене путање снопа и потешкоћа и трошкова ласерских радиометара, тренутни безбедносни стандарди наглашавају мере контроле засноване на класи опасности, а не мерењу (надгледању) на радном месту. Произвођач мора да изврши мерења како би се обезбедила усклађеност са стандардима безбедности ласера и правилна класификација опасности. Заиста, једно од првобитних оправдања за ласерску класификацију опасности односило се на велику потешкоћу у извођењу одговарајућих мерења за процену опасности.
Закључци
Иако је ласер релативно нов на радном месту, он брзо постаје свеприсутан, као и програми који се баве безбедношћу ласера. Кључ за безбедну употребу ласера је прво да се огради енергија зрачења ласера ако је икако могуће, али ако није могуће, да се поставе адекватне мере контроле и да се обучи сво особље које ради са ласерима.