اصول ایمنی لیزر

امروزه استفاده از لیزر به شکل فراگیری در زمینه های مختلف صنعت، ارتباطات و به ویژه در حوزه پزشکی مورد استفاده قرار می گیرد و به همین دلیل است که اقدامات ایمنی لیزر برای حفاظت در نظر گرفته شده اند.

امروزه با پیشرفت تکنولوژی، لیزرها می‌توانند در نواحی فرابنفش، مرئی و فروسرخ پرتوهای نوری گسیل کنند که هر یک از این پرتوها آسیب‌ های متفاوتی دارند و موارد ایمنی لیزر را در هر حالت باید مورد توجه قرار داد.

عدم رعایت نکات ایمنی لیزر می تواند آسیب های جدی برای کاربران، پزشکان و بیماران به دنبال داشته باشد. بر این اساس، استانداردهای بین المللی و اصول ایمنی لیزر واحدی در این مورد تدوین گردیده است.

رعایت استانداردها و اصول ایمنی لیزر می تواند به طور چشمگیری احتمال صدمات ناشی از این گروه از ابزارهای مبتنی بر امواج الکترومغناطیسی را کاهش دهد.

هدف از این مطالعه ارزیابی اثرات لیزر بر عملکرد سلولی، بافت ها و بدن است. اکنون که فناوری لیزر در دسترس کلینیک‌ ها و صنایع قرار گرفته است، بار مسئولیت ایمنی کاربران بسیار اهمیت دارد. با ما همراه باشید.

تعریف ایمنی لیزر

پرتوهای لیزر می توانند خطرناک باشند، بیشتر به این دلیل که می توانند شدت نوری بالایی حتی پس از انتشار در فواصل نسبتاً طولانی داشته باشند. به طور دقیق تر، درخشش بالای آنهاست که اغلب مشکل واقعی است.

ایمنی لیزر عبارت است از طراحی، استفاده و اجرای ایمن لیزرها برای به حداقل رساندن خطر حوادث لیزر، به ویژه مواردی که شامل صدمات چشمی و پوستی است که می تواند از اثرات حرارتی و فتوشیمیایی ایجاد شوند.

حتی مقادیر نسبتاً کم نور لیزر می تواند منجر به صدمات دائمی چشم شود و بر این اساس، فروش و استفاده از لیزر معمولاً تابع مقررات دولتی است.

موسسه لیزر یک راهنمای جامع برای ایمنی لیزر ارائه می دهد که شامل اطلاعاتی در مورد چگونگی به حداقل رساندن دسترسی به اشعه لیزر در طول عملیات عادی و همچنین نحوه محافظت در برابر قرار گرفتن در معرض آن است که می تواند منجر به آسیب های جدی و جبران ناپذیری شود.

طبقه بندی لیزرها در ایمنی لیزر

در اصول و اهداف ایمنی لیزر، این ابزارها بر اساس پتانسیل آنها برای ایجاد آسیب به ویژه برای چشم و پوست انسان طبقه بندی می شوند. طبق قانون، محصولات لیزر ملزم به داشتن برچسبی هستند که کلاس آنها را مشخص می کند.

شاید تاکنون برای شما هم این سوال پیش آمده باشد که منظور از کلاسی که بر روی دستگاه هایی با پرتو لیزری ذکر می شود چیست؟

چهار کلاس اصلی برای لیزرهای با پرتو مرئی وجود دارد که دو دسته اول برای قرار گرفتن در معرض چشم نسبتاً ایمن هستند اما دو مورد آخر خطرناک هستند.

تعیین کلاس یا طبقه بندی، بر اساس استاندارد IEC 60825-1 می باشد که به استاندارد محصولات لیزری در سطح بین المللی تبدیل شده است و به عنوان یک استاندارد ایمنی لیزر رایج در کشورهای متعلق به IEC (کمیسیون بین المللی الکتروتکنیکی) دیده می شود.

این مقررات ایالات متحده و مقررات بین المللی «کلاس» لیزرها را بسته به قدرت و طول موج آنها تعریف می کند و مقرراتی را برای اقدامات ایمنی لیزر مورد نیاز بر تولیدکنندگان اعمال می کند، مانند برچسب زدن لیزرها با هشدارهای خاص و استفاده از عینک ایمنی لیزر هنگام کار با لیزر.

اثرات حرارتی علت اصلی آسیب های ناشی از تابش لیزری است، اما اثرات فتوشیمیایی نیز می تواند برای طول موج های خاص تابش لیزری نگران کننده باشد.

کلاس اول

این گروه از لیزرها، در تمام عملیات حتی برای مدت طولانی اساساً بی خطرند و هیچگونه احتمالی برای آسیب رساندن به چشم در این گروه وجود ندارد.

یکی از دلایل بی خطر بودن آنها، توان خروجی پایین آنها است که حتی در تماس های طولانی هم خطری را متوجه شخص نمی کنند.

دلیل دیگر می تواند محصور بودن آنها و عدم تماس مستقیم در شرایط طبیعی کار با آنها می باشد. زیرا محصور بودن پرتو، احتمال خطر تماس را از بین می برد: مانند دستگاه‌ های خواندن سی دی و یا پرینترهای لیزری.

در پرینترها و چاپگرهای لیزری معمولاً از پرتوهای با کلاس بالاتری استفاده می شد، اما چون محصور هستند در دسته کلاس اول قرار می میگرند.

کلاس دوم

این کلاس نیز تا حدودی امن حساب می شود و تابش مستقیم بیش از 0.25 ثانیه آن برای چشم خطرناک بوده، ولی چشم انسان می تواند به صورت غیر ارادی در برابر این تابش از خود دفاع کند.

شدت پرتو در حدی است که با واکنش طبیعی یسته شدن چشم یا تغییر جهت دید چشم، از آسیب جلوگیری می شود و معولاً توان خروجی آنها در حدود 1 mw می‌ باشد.

کلاس سوم (3A)

لیزرهایی که در این دسته قرار می گیرند، به واسطه به کار گرفته شدن در ابزاری که ممکن است باریکه نور و یا شدت آن را تغییر دهند، خطرناک در نظر گرفته می شوند. معمولاً توان خروجی آنها 5-1mw می‌ باشد. اغلب لیزرهای نقطه‌ ای در این گروه قرار دارند.

اطلاعات دقیق ارائه شده در زیر برای نور لیزر مرئی - بین 400 تا 700 نانومتر -- و در مدت زمان کمتر از 1/4 ثانیه است. برای طبقه بندی لیزرهای مادون قرمز و فرابنفش یا سایر مدت زمان قرار گرفتن در معرض نور مرئی با منابع دیگر مشورت کنید.

کلاس سوم (3B)

این گروه در مواقعی خطرناک محسوب می شوند که پرتو لیزر مستقیماً به داخل چشم بتابد و یا از جایی دیگر منعکس شود. قدرت این لیزرها در حدود 5-500mw می باشد. بازتاب های پراکنده در این مورد بعنوان یک خطر جدی در نظر گرفته نمی شوند.

کلاس چهارم

لیزرهای این دسته بی نهایت خطرناک هستند و اغلبدر کارهای صنعتی، نظامی و پزشکی مورد استفاده قرار می گیرند. لیزرهایی که توان آنها بیش از 500mW باشد در این دسته قرار می گیرند.

اگرچه که شدت نور خروجی آنها ممکن است تنها چند برابر نور درخشان خورشید باشد، ولی بایستی توجه داشت که این نور مستقیماً بر نقطه بسیار کوچکی متمرکز می‌ گردد.

حتی اگر انعکاس پراکنده  آنها هم به پوست و یا چشم تابیده شود، می‌ تواند خطرناک باشد. بنابراین، در هنگام استفاده از آن حتماً باید از عینک محافظ استفاده نمود و نکات ایمنی لیزر را رعایت کرد.

نمودار زیر نشان می دهد که با افزایش قدرت لیزر، خطر آسیب به چشم نیز به طور مستقیم افزایش می یابد. برای لیزرهای بزرگتر از کلاس 2 حتماً باید از علامت هشدار لیزر استفاده کرد.

عملکرد لیزر بر روی چشم

متمرکز بودن پرتو لیزری، به این معناست که این پرتو قادر است در نقطه بسیار کوچکی در شبکیه یا قرنیه چشم جذب شود که نتیجتاً در عرض چند ثانیه می تواند منجر به سوختگی موضعی و آسیب های جبران ناپذیری شود.

حتی زمانی که شدت نور ورودی به چشم متوسط باشد، تابش لیزری می تواند توسط عدسی چشم به نقطه کوچکی روی شبکیه متمرکز شود، جایی که می تواند در کسری از ثانیه آسیب جدی دائمی ایجاد کند - حتی زمانی که سطح توان فقط در حد پایین باشد، از مرتبه چند میلی وات.

گاهی نیز بلافاصله متوجه آسیب لیزری به چشم نمی شوید. به عنوان مثال، ممکن است برای سوزاندن نواحی اطراف شبکیه، باعث ایجاد نقاط کوری شود که سال ها بعد ارات آن بروز خواهد کرد.

بسته شدن پلک انسان در مواقع خطر مواجه با لیزرهای ضعیف، تنها در مواقعی که نور در محدوده مرئی باشد، صورت می‌ گیرد و از آنجا که رنگدانه های چشم انسان تنها به امواج مرئی حساسیت دارند، به راحتی نور فرابنفش و فروسرخ جذب خواهند شد که بسیار خطرناک است.

خطرات نور لیزر ارتباط مستقیمی با ناحیه طیفی آن دارد. خطرات مرتبط با شبکیه چشم، اغلب در اثر تشعشعات مرئی و نزدیک به مادون قرمز است.

در سایر نواحی طیفی، اغلب نور نمی تواند به شبکیه چشم برسد، اما انواع دیگر خطرات را ایجاد می کند. برای مثال، لیزرهای فرابنفش می توانند باعث سوختگی قرنیه شوند که یک وضعیت بسیار دردناک است.

بعلاوه، پرتو فرابنفش می تواند باعث فوتوکراتیت و آب مروارید در عدسی چشم شود و به همین دلیل است که لیزر اگزایمر XeCl، نام مستعار "دستگاه آب مروارید" را به خود گرفته است.

لیزرهای مادون قرمز میانی، به ویژه آنهایی که در طول موج های خاص با جذب بسیار قوی در قرنیه عمل می کنند (به عنوان مثال 3 میکرومتر یا 10 میکرومتر) نیز می توانند باعث درد و صدماتی در قرنیه شوند.

اینکه یک چشم چقدر نور را می تواند تحمل کند به شرایط زیادی بستگی دارد: نه تنها شدت، بلکه به ویژه مدت تابش تأثیر بسیاری بر عملکرد آن دارند. به علاوه، ویژگی های انسجام و درخشندگی فضایی لیزر نیز بسیار تأثیر گذار است.

مجموعه‌ای از قوانین دقیق برای محاسبه محدودیت‌های نوردهی ایمن (حداکثر نوردهی مجاز، MPE) برای یک موقعیت معین وجود دارد که این قوانین و اصول ایمنی لیزر، با توجه به یافته های علمی جدید و به طور مستمر بازنگری می شوند.

عملکرد لیزر بر روی بافت ها و پوست

چشم ها بسیار حساس هستند، اما اشعه لیزر می تواند باعث آسیب پوست نیز بشود. فوتون های لیزری توسط کروموفورها جذب می شوند و در نتیجه باعث گرم شدن بافت یا سلول و آسیب موضعی می شوند. بنابراین، رعایت الزامات ایمنی لیزر بسیار ضروری است.

بر اساس یافته ها، لیزرهای درمانی نیز ممکن است با عوارض جانبی متعددی همراه باشد. بنابراین پیش از درمان، تعیین انواع تابش لیزری و ویژگی آنها برای جلوگیری از ایجاد عوارض ضروری است.

آگاهی بیماران از عوارض احتمالی قبل از درمان و همچنین پیگیری و مدیریت موثر بیماران پس از اقدام دو نکته مهم در لیزر درمانی است. تعریف برنامه درسی آموزشی باید برای مدارک متقاضی لیزر در رشته های مختلف پزشکی تعیین شود.

برای نور مادون قرمز، این عمدتاً از طریق اثرات حرارتی و سوختگی پوست حرارتی اتفاق می‌ افتد. عمق نفوذ بستگی به طول موج دارد و به این دلایل یک پرتو لیزر در طول موج 1.5 میکرومتر نسبت به یک پرتو 1 میکرومتر باعث درد بیشتر روی پوست می شود.

نور فرابنفش علاوه بر موارد سوختگی، می تواند واکنش های فتوشیمیایی را نیز تحریک کند که می تواند منجر به تغییر در رنگدانه، اریتمی (آفتاب سوختگی) و (مهمتر از همه) سرطان پوست شود (حتی پس از قرار گرفتن در معرض نسبتاً کوتاه).

در برخی موارد نیز تابش لیزری فرابنفش، متابولیسم سلولی و عملکرد سلولی را تغییر می دهد که این تغییرات ممکن است با عوارض جانبی نامطلوبی همراه باشد که می تواند از طریق تغییر سطوح متابولیت در بدن کنترل شود.

اثزات غیر مستقیم تابش لیزری در ایمنی لیزر

برخی از مسائل ایمنی لیزر مختص اثرات غیرمستقیم تابش لیزری است. تشعشعات ثانویه (مثلاً نور فرابنفش و یا حتی اشعه ایکس) می توانند زمانی ایجاد شوند که پرتوهای لیزری با شدت بالا برای اهداف کاری خاصی و تا دمای بسیار بالا عمل می کنند.

برای مثال، هنگام برش قطعات فلزی ممکن است بخارهای حاوی آرسنیک، کروم یا نیکل ایجاد شوند که با قطعات پلاستیکی (پلیمرها) می توانند مواد آلی خطرناکی را تشکیل دهند.

فهرست زیر برخی از مسائل مهم ایمنی لیزر را بیان می کند که هرگز نمی تواند کامل باشد، اما به منظور بهبود آگاهی از بسیاری از خطرات احتمالی ارائه گردیده است.

1. پرتوهای لیزر با شدت بالا می توانند مواد را بسوزانند و در نتیجه آتش سوزی ایجاد کنند که به ویژه در پردازش مواد لیزری، بخارهای سمی، گرد و غبار یا قطرات داغ مواد مذاب می توانند بر کارکنان مجاور تأثیر بگذارند.
2. اگر کارکنان با قطعات داخلی یا کابل فشار قوی معیوب تماس پیدا کنند، منابع تغذیه با ولتاژ بالا می تواند خطرناک باشد.
3. برخی از لیزرها برای عملکرد مطلوب، به مواد شیمیایی خطرناک نیاز دارند، مانند محلول های رنگی که می‌توانند به پوست نفوذ کنند، بنابراین باید با مراقبت ویژه از آنها استفاده کرد.

منطقه خطر اسمی

در اصل، اقدامات ایمنی لیزر مورد نیاز اساساً تنها توسط کلاس ایمنی لیزر تعیین می‌شود. این طبقه‌ بندی جزئیاتی مانند میزان واگرایی پرتو را منعکس نمی‌ کند، که می‌ تواند برای مسائل ایمنی بسیار مهم باشد.

یک پرتو لیزر با فوکوس قوی می‌ تواند به قدری واگرا باشد که در یک فاصله متوسط پس از فوکوس، شدت‌ ها به زیر سطح نوردهی مجاز برای چشم برسند.

در چنین شرایطی، یک «منطقه خطر اسمی» (NHZ) تعریف می‌ شود و زمانی که سطوح قرار گرفتن در معرض ایمن از آن فراتر رود، اقدامات محدود کننده خاصی در این منطقه اعمال شود.

منطقه خطر اسمی (NHZ) لیزر به عنوان ناحیه ای در اطراف لیزر تعریف می شود که در آن نور مستقیم، منعکس شده یا نور پراکنده از حداکثر نوردهی مجاز (MPE) فراتر می رود که بستگی به ویژگی های تابش لیزری، مانند توان، قطر و واگرایی دارد.

برخی از اقدامات فنی ایمنی لیزر

• استفاده از عینک ایمنی لیزر برای محافظت از چشم، جذب قوی اشعه با طول موج نزدیک به طول موج لیزر
• کپسوله کردن کامل یا جزئی سیستم های لیزری، به طور ایده آل با مواد محفظه جذب کننده و به دور از بازتاب های خاص
• قرار دادن محفظه های محافظ در اطراف مناطق خطرناک و نظارت بر حضور افراد
• شاترهایی که به طور خودکار لیزرها را خاموش و یا آنها را مسدود می کنند.
• سوئیچ های کلید دار برای منابع تغذیه، جلوگیری از استفاده غیرمجاز
• برچسب های هشدار که نشان دهنده نوع لیزر است.
• چراغ های هشدار که نشان می دهد منابع لیزری خطرناک کار می کنند.
• قفل خودکار درب ها، از ورود افراد به مناطق خطرناک جلوگیری شود.
• تخلیه محل از پرتو (نه تنها برای پرتوهای اصلی، بلکه برای بازتاب‌های ثانویه) که از خروج پرتوهای خطرناک جلوگیری می‌ شود.
• استفاده از پرتوهای پیلوت مرئی کم توان و موارد مشابه که مسیر پرتوهای خطرناک لیزر نامرئی را مشخص می کند.

سخن پایانی

در این مقاله سعی بر آن شد که برای آگاهی از موارد ایمنی لیزر، ابتدا تعریف دقیقی از ایمنی لیزر داشته باشیم. سپس، انواع کلاس های لیزر و اثرات آنها بر دو بخش کلیدی بدن، یعنی چشم و پوست که بیشترین میزان قرار گرفتن در معرض نور لیزر را دارند، بپردازیم. در نهایت نیز برخی از نکات ایمنی لیزر مرتبط با محیط های کاری را ذکر کردیم. امیدواریم که مفید بوده است.

منابع

IEC 60825-1:2014

Wikipedia