Lasers worden steeds belangrijker onderzoeksinstrumenten in de geneeskunde, natuurkunde, scheikunde, geologie, biologie en techniek. Als ze verkeerd worden gebruikt, kunnen ze verblinding en letsel (inclusief brandwonden en elektrische schokken) veroorzaken bij operators en ander personeel, inclusief toevallige laboratoriumbezoekers, en aanzienlijke materiële schade veroorzaken. Gebruikers van deze apparaten moeten de noodzakelijke veiligheidsmaatregelen volledig begrijpen en toepassen wanneer ze ermee omgaan.
Wat is een laser?
Het woord "laser" (eng. LASER, Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) is een afkorting die staat voor "versterking van licht door geïnduceerde straling". De frequentie van de door een laser gegenereerde straling ligt binnen of nabij het zichtbare deel van het elektromagnetische spectrum. De energie wordt versterkt tot een toestand van extreem hoge intensiteit via een proces dat "lasergeïnduceerde straling" wordt genoemd.
De term "straling" wordt vaak verkeerd begrepenfout, want het wordt ook gebruikt om radioactieve stoffen te beschrijven. In deze context betekent het de overdracht van energie. Energie wordt van de ene plaats naar de andere getransporteerd door geleiding, convectie en straling.
Er zijn veel verschillende soorten lasers die in verschillende omgevingen werken. Als werkmedium worden gassen (bijvoorbeeld argon of een mengsel van helium en neon), vaste kristallen (bijvoorbeeld robijn) of vloeibare kleurstoffen gebruikt. Wanneer energie wordt geleverd aan de werkomgeving, gaat deze in een aangeslagen toestand en geeft energie vrij in de vorm van lichtdeeltjes (fotonen).
Een paar spiegels aan beide uiteinden van de afgesloten buis reflecteert of laat licht door in een geconcentreerde stroom die een laserstraal wordt genoemd. Elke werkomgeving produceert een straal met een unieke golflengte en kleur.
De kleur van laserlicht wordt meestal uitgedrukt in termen van golflengte. Het is niet-ioniserend en omvat ultraviolet (100-400 nm), zichtbaar (400-700 nm) en infrarood (700 nm - 1 mm) deel van het spectrum.
Elektromagnetisch spectrum
Elke elektromagnetische golf heeft een unieke frequentie en lengte die bij deze parameter horen. Net zoals rood licht zijn eigen frequentie en golflengte heeft, hebben alle andere kleuren - oranje, geel, groen en blauw - unieke frequenties en golflengten. Mensen kunnen deze elektromagnetische golven waarnemen, maar kunnen de rest van het spectrum niet zien.
Gammastraling, röntgenstraling en ultraviolet hebben de hoogste frequentie. infrarood,microgolfstraling en radiogolven bezetten de lagere frequenties van het spectrum. Zichtbaar licht bevindt zich in een zeer smal bereik daartussen.
Laserstraling: blootstelling van de mens
De laser produceert een intens gerichte lichtstraal. Indien gericht, gereflecteerd of gefocust op een object, zal de straal gedeeltelijk worden geabsorbeerd, waardoor het oppervlak en de binnentemperatuur van het object stijgen, waardoor het materiaal kan veranderen of vervormen. Deze eigenschappen, die zijn toegepast bij laserchirurgie en materiaalverwerking, kunnen gevaarlijk zijn voor menselijk weefsel.
Naast straling, die een thermisch effect heeft op weefsels, is laserstraling gevaarlijk, omdat ze een fotochemisch effect heeft. De voorwaarde is een voldoende korte golflengte, d.w.z. het ultraviolette of blauwe deel van het spectrum. Moderne apparaten produceren laserstraling, waarvan de impact op een persoon tot een minimum wordt beperkt. Lasers met laag vermogen hebben niet genoeg energie om schade aan te richten en vormen geen gevaar.
Menselijke weefsels zijn gevoelig voor energie en onder bepaalde omstandigheden kan elektromagnetische straling, inclusief laserstraling, de ogen en de huid beschadigen. Er zijn onderzoeken uitgevoerd naar drempelniveaus van traumatische straling.
Gevaar voor de ogen
Het menselijk oog is gevoeliger voor verwondingen dan de huid. Het hoornvlies (het transparante buitenste vooroppervlak van het oog) heeft, in tegenstelling tot de dermis, geen buitenste laag dode cellen die beschermen tegen invloeden van buitenaf. laser en ultravioletde straling wordt geabsorbeerd door het hoornvlies van het oog, wat het kan beschadigen. De verwonding gaat gepaard met oedeem van het epitheel en erosie, en bij ernstige verwondingen - vertroebeling van de voorste kamer.
De lens van het oog kan ook gevoelig zijn voor verwondingen wanneer deze wordt blootgesteld aan verschillende laserstraling - infrarood en ultraviolet.
Het grootste gevaar is echter de impact van de laser op het netvlies in het zichtbare deel van het optische spectrum - van 400 nm (violet) tot 1400 nm (nabij-infrarood). Binnen dit gebied van het spectrum concentreren gecollimeerde bundels zich op zeer kleine gebieden van het netvlies. De meest ongunstige variant van belichting treedt op wanneer het oog in de verte kijkt en er een directe of gereflecteerde straal in komt. In dit geval bereikt de concentratie op het netvlies 100.000 keer.
Zo werkt een zichtbare straal met een vermogen van 10 mW/cm2 op het netvlies in met een vermogen van 1000 W/cm2. Dit is meer dan genoeg om schade te veroorzaken. Als het oog niet in de verte kijkt, of als de straal wordt gereflecteerd door een diffuus, niet-spiegelend oppervlak, leidt een veel krachtigere straling tot verwondingen. Het lasereffect op de huid is verstoken van het focusserende effect, dus het is veel minder vatbaar voor verwondingen bij deze golflengten.
Röntgenstralen
Sommige hoogspanningssystemen met spanningen van meer dan 15 kV kunnen röntgenstralen met een aanzienlijk vermogen genereren: laserstraling, welke bronnen hoogvermogen elektronengepompte excimeerlasers zijn, evenalsplasmasystemen en ionenbronnen. Deze apparaten moeten worden getest op stralingsveiligheid, inclusief om een goede afscherming te garanderen.
Classificatie
Afhankelijk van het vermogen of de energie van de straal en de golflengte van de straling, worden lasers onderverdeeld in verschillende klassen. De classificatie is gebaseerd op de mogelijkheid dat het apparaat onmiddellijk letsel aan de ogen, huid of brand veroorzaakt wanneer het rechtstreeks wordt blootgesteld aan de straal of wanneer het wordt gereflecteerd door diffuse reflecterende oppervlakken. Alle commerciële lasers zijn onderhevig aan identificatie door middel van markeringen die erop zijn aangebracht. Als het apparaat zelfgemaakt is of niet op een andere manier is gemarkeerd, moet advies worden ingewonnen over de juiste classificatie en etikettering. Lasers onderscheiden zich door vermogen, golflengte en belichtingstijd.
Veilige apparaten
Eersteklas apparaten genereren laserstraling met een lage intensiteit. Het kan geen gevaarlijke niveaus bereiken, dus bronnen zijn vrijgesteld van de meeste controles of andere vormen van toezicht. Voorbeeld: laserprinters en cd-spelers.
Voorwaardelijk veilige apparaten
Lasers van de tweede klasse zenden uit in het zichtbare deel van het spectrum. Dit is laserstraling, waarvan de bronnen ervoor zorgen dat een persoon een normale reactie heeft van afwijzing van te fel licht (knipperreflex). Bij blootstelling aan de straal knippert het menselijk oog na 0,25 s, wat voldoende bescherming biedt. Laserstraling in het zichtbare bereik kan het oog echter beschadigen bij constante blootstelling. Voorbeelden: laserpointers, geodetische lasers.
Klasse 2a-lasers zijn apparaten voor speciale doeleinden met een uitgangsvermogen van minder dan 1 mW. Deze apparaten veroorzaken alleen schade bij directe blootstelling van meer dan 1000 s op een 8-urige werkdag. Voorbeeld: barcodelezers.
Gevaarlijke lasers
Klasse 3a verwijst naar apparaten die geen letsel veroorzaken bij kortdurende blootstelling aan het onbeschermde oog. Kan gevaarlijk zijn bij het gebruik van focusoptiek zoals telescopen, microscopen of verrekijkers. Voorbeelden: 1-5 mW He-Ne laser, enkele laserpointers en bouwniveaus.
Laserstraal van klasse 3b kan letsel veroorzaken als deze direct wordt aangebracht of wordt teruggekaatst. Voorbeeld: 5-500mW HeNe-laser, veel onderzoeks- en therapeutische lasers.
Klasse 4 omvat apparaten met een vermogen van meer dan 500 mW. Ze zijn gevaarlijk voor de ogen, de huid en vormen ook een brandgevaar. Blootstelling aan de straal, zijn spiegelende of diffuse reflecties kunnen oog- en huidletsel veroorzaken. Alle veiligheidsmaatregelen moeten worden genomen. Voorbeeld: Nd:YAG lasers, displays, chirurgie, metaal snijden.
Laserstraling: bescherming
Elk laboratorium moet voldoende bescherming bieden aan personen die met lasers werken. Ramen van kamers waardoor straling van apparaten van klasse 2, 3 of 4 kan passeren en schade kan veroorzaken aanongecontroleerde gebieden moeten worden afgedekt of anderszins worden beschermd tijdens het gebruik van een dergelijk apparaat. Voor maximale oogbescherming wordt het volgende aanbevolen.
- De straal moet worden ingesloten in een niet-reflecterende, niet-ontvlambare beschermende huls om het risico van onbedoelde blootstelling of brand te minimaliseren. Gebruik fluorescerende schermen of secundaire vizieren om de straal uit te lijnen; Vermijd direct oogcontact.
- Gebruik het laagste vermogen voor de straaluitlijningsprocedure. Gebruik indien mogelijk low-end apparaten voor voorlopige uitlijningsprocedures. Vermijd de aanwezigheid van onnodige reflecterende objecten in het lasergebied.
- Beperk de doorgang van de straal in de gevarenzone tijdens niet-werkuren, met behulp van luiken en andere obstakels. Gebruik de muren van de kamer niet om de straal van klasse 3b en 4 lasers uit te lijnen.
- Gebruik niet-reflecterende hulpmiddelen. Sommige inventaris die geen zichtbaar licht reflecteert, wordt spiegelend in het onzichtbare deel van het spectrum.
- Draag geen reflecterende sieraden. Metalen sieraden verhogen ook het risico op elektrische schokken.
Goggles
Bij het werken met klasse 4-lasers met een open gevarenzone of waar er een risico op reflectie bestaat, moet een veiligheidsbril worden gedragen. Hun type hangt af van het type straling. Brillen moeten worden gekozen om te beschermen tegen reflecties, met name diffuse reflecties, en om bescherming te bieden tot een niveau waarop de natuurlijke beschermende reflex oogletsel kan voorkomen. Dergelijke optische apparatenbehoud enig zicht op de straal, voorkom brandwonden op de huid, verklein de kans op andere ongelukken.
Te overwegen factoren bij het kiezen van een veiligheidsbril:
- golflengte of gebied van het stralingsspectrum;
- optische dichtheid bij een specifieke golflengte;
- maximale verlichtingssterkte (W/cm2) of bundelvermogen (W);
- type lasersysteem;
- power-modus - gepulseerd laserlicht of continue modus;
- reflectiemogelijkheden - spiegelend en diffuus;
- gezichtsveld;
- aanwezigheid van corrigerende lenzen of van voldoende grootte om het dragen van een corrigerende bril mogelijk te maken;
- comfort;
- aanwezigheid van ventilatiegaten om beslaan te voorkomen;
- effect op kleurwaarneming;
- impactweerstand;
- vermogen om noodzakelijke taken uit te voeren.
Omdat veiligheidsbrillen gevoelig zijn voor beschadiging en slijtage, moet het veiligheidsprogramma van het laboratorium periodieke controles van deze beschermende eigenschappen omvatten.
