استاندارد ها و اصول ایمنی لیزر (0-100)

امروزه لیزر در زمینه های مختلفی مانند صنعت، ارتباطات، تحقیقات و به ویژه پزشکی کاربرد گسترده ای دارد. به همین نسبت، آشنایی با اصول ایمنی لیزر برای کاربران، پزشکان، بیماران و افرادی که در نزدیکی دستگاه های لیزری کار می کنند ضروری است.

لیزرها می توانند در ناحیه فرابنفش، مرئی و فروسرخ تابش کنند و هر یک از این ناحیه ها خطرات متفاوتی دارد. رعایت نکردن نکات ایمنی لیزر می تواند به آسیب های جدی و گاهی جبران ناپذیر منجر شود. به همین دلیل استانداردهای بین المللی مشخصی برای ایمنی لیزر تدوین شده است که رعایت آنها احتمال آسیب را به طور چشمگیری کاهش می دهد.

در این مقاله با تعریف ایمنی لیزر، کلاس بندی لیزرها، اثرات لیزر بر چشم و پوست و مهم ترین اقدامات حفاظتی آشنا می شوید.

ایمنی لیزر چیست؟

پرتو لیزر حتی پس از طی فاصله های نسبتا طولانی، شدت نوری بالایی دارد. در واقع درخشندگی بسیار زیاد پرتو لیزر است که آن را خطرناک می کند.

ایمنی لیزر به طراحی، استفاده و بهره برداری ایمن از لیزرها گفته می شود، با هدف به حداقل رساندن خطر حوادث لیزری؛ به ویژه آسیب های چشم و پوست که می توانند در اثر اثرات حرارتی و فتوشیمیایی ایجاد شوند.

حتی مقدار نسبتا کمی از نور لیزر می تواند باعث آسیب دائمی چشم شود. به همین دلیل فروش و استفاده از لیزرها معمولا تابع مقررات دولتی است. موسسه لیزر آمریکا (LIA) نیز راهنمای جامعی برای ایمنی لیزر بر اساس استاندارد ANSI Z136.1 ارائه کرده است که نحوه محدود کردن دسترسی به پرتو و محافظت در برابر آن را توضیح می دهد.

کلاس بندی لیزرها در ایمنی لیزر

لیزرها بر اساس میزان خطری که برای چشم و پوست انسان دارند طبقه بندی می شوند و طبق قانون، هر محصول لیزری باید برچسبی داشته باشد که کلاس آن را نشان دهد.

این طبقه بندی بر اساس استاندارد بین المللی IEC 60825-1 انجام می شود که توسط کمیسیون بین المللی الکتروتکنیک (IEC) تدوین شده است. کلاس هر لیزر به توان و طول موج آن بستگی دارد و الزاماتی مانند برچسب های هشدار و استفاده از عینک ایمنی را برای تولیدکنندگان و کاربران تعیین می کند.

جدول زیر خلاصه کلاس های لیزر را برای لیزرهای مرئی پیوسته نشان می دهد:

عامل اصلی آسیب های ناشی از لیزر، اثرات حرارتی است، اما در برخی طول موج ها، به ویژه فرابنفش، اثرات فتوشیمیایی نیز اهمیت زیادی دارند.

لیزرهای کلاس 1

لیزرهای کلاس 1 در همه شرایط عادی کار، حتی در تماس طولانی، بی خطر هستند. دلیل این ایمنی یا توان خروجی بسیار کم است، یا محصور بودن کامل پرتو که امکان تماس با آن را از بین می برد.

دستگاه های پخش CD و چاپگرهای لیزری نمونه هایی از این کلاس هستند. در چاپگرهای لیزری معمولا لیزرهایی با کلاس بالاتر استفاده می شود، اما چون پرتو کاملا محصور است، کل دستگاه در کلاس 1 قرار می گیرد.

لیزرهای کلاس 2

این لیزرها فقط در ناحیه مرئی (400 تا 700 نانومتر) تابش می کنند و توان آنها حداکثر حدود 1 میلی وات است. چشم انسان در برابر نور شدید مرئی، ظرف حدود 0.25 ثانیه به طور غیرارادی پلک می زند یا نگاه را برمی گرداند و همین واکنش از آسیب جلوگیری می کند. با این حال، خیره شدن عمدی و طولانی به این پرتو می تواند خطرناک باشد.

لیزرهای کلاس 3R

کلاس 3R جایگزین کلاس قدیمی 3A شده است. توان این لیزرها در ناحیه مرئی بین 1 تا 5 میلی وات است. خطر آنها در تابش مستقیم به چشم کم است، اما از کلاس 2 بیشتر است و نگاه کردن به پرتو، به ویژه با ابزار نوری، باید پرهیز شود. بسیاری از لیزرهای اشاره گر (لیزر پوینترها) در این کلاس یا کلاس 2 قرار دارند.

لیزرهای کلاس 3B

توان لیزرهای کلاس 3B بین 5 تا 500 میلی وات است. تابش مستقیم پرتو یا بازتاب آن از سطوح آینه ای به چشم خطرناک است. اما بازتاب های پراکنده (مثلا از یک سطح مات) معمولا خطر جدی ندارند.

لیزرهای کلاس 4

لیزرهای کلاس 4 با توان بیش از 500 میلی وات، بسیار خطرناک هستند و در کاربردهای صنعتی، نظامی و پزشکی استفاده می شوند. در این لیزرها حتی بازتاب پراکنده هم می تواند به چشم و پوست آسیب بزند و پرتو می تواند مواد را بسوزاند و باعث آتش سوزی شود. هنگام کار با این لیزرها استفاده از عینک ایمنی لیزر و رعایت دقیق همه نکات ایمنی الزامی است.

هرچه کلاس لیزر بالاتر باشد، خطر آسیب نیز بیشتر است. برای لیزرهای کلاس 2 و بالاتر، نصب برچسب هشدار لیزر الزامی است.

اثرات لیزر بر چشم

پرتو لیزر بسیار متمرکز است و عدسی چشم می تواند آن را روی نقطه بسیار کوچکی از شبکیه متمرکز کند. به همین دلیل، حتی لیزرهایی با توان چند میلی وات می توانند در کسری از ثانیه باعث سوختگی موضعی و آسیب دائمی شبکیه شوند.

آسیب لیزر به چشم همیشه بلافاصله احساس نمی شود. اگر آسیب در نواحی کناری شبکیه ایجاد شود، ممکن است فرد تا مدت ها متوجه نقاط کور در میدان دید خود نشود.

چرا لیزرهای نامرئی خطرناک ترند؟

واکنش پلک زدن فقط در برابر نور مرئی رخ می دهد. پرتوهای فروسرخ و فرابنفش دیده نمی شوند، بنابراین چشم هیچ واکنش دفاعی در برابر آنها ندارد. به ویژه نور فروسرخ نزدیک (حدود 700 تا 1400 نانومتر) مانند نور مرئی به شبکیه می رسد و روی آن متمرکز می شود، بدون اینکه فرد متوجه شود.

خطرات لیزر در ناحیه های مختلف طیف

• مرئی و فروسرخ نزدیک: بیشترین خطر برای شبکیه چشم

• فرابنفش: به شبکیه نمی رسد، اما می تواند باعث سوختگی دردناک قرنیه (فوتوکراتیت) و آب مروارید در عدسی چشم شود.

• فروسرخ میانی و دور: در طول موج هایی مانند 3 میکرومتر یا 10 میکرومتر که به شدت در قرنیه جذب می شوند، می تواند باعث درد و آسیب قرنیه شود.

حداکثر نوردهی مجاز (MPE)

میزان نوری که چشم می تواند بدون آسیب تحمل کند، به شدت نور، طول موج و به ویژه مدت زمان تابش بستگی دارد. برای محاسبه این حد، قوانین دقیقی به نام حداکثر نوردهی مجاز (Maximum Permissible Exposure یا MPE) تعریف شده است که با یافته های علمی جدید به طور مستمر بازنگری می شوند.

اثرات لیزر بر پوست و بافت ها

علاوه بر چشم، پرتو لیزر می تواند به پوست نیز آسیب برساند. فوتون های لیزر توسط مولکول های جاذب نور در بافت (کروموفورها) جذب می شوند و باعث گرم شدن و آسیب موضعی بافت می شوند.

• نور فروسرخ: عمدتا از طریق اثرات حرارتی باعث سوختگی پوست می شود. عمق نفوذ به طول موج بستگی دارد؛ برای مثال پرتو 1.5 میکرومتر نسبت به پرتو 1 میکرومتر درد بیشتری روی پوست ایجاد می کند.

• نور فرابنفش: علاوه بر سوختگی، واکنش های فتوشیمیایی ایجاد می کند که می تواند باعث تغییر رنگدانه پوست، اریتم (آفتاب سوختگی) و مهم تر از همه، سرطان پوست شود؛ حتی پس از تابش نسبتا کوتاه. تابش فرابنفش همچنین می تواند متابولیسم و عملکرد سلول ها را تغییر دهد.

ایمنی لیزر در درمان های پزشکی

لیزرهای درمانی نیز ممکن است عوارض جانبی داشته باشند. به همین دلیل پیش از درمان، شناخت نوع لیزر و ویژگی های آن ضروری است. آگاه کردن بیمار از عوارض احتمالی پیش از درمان، پیگیری پس از درمان و آموزش تخصصی کاربران لیزر در رشته های مختلف پزشکی، از مهم ترین الزامات ایمنی در لیزر درمانی هستند.

خطرات غیرمستقیم لیزر

برخی خطرات لیزر به خود پرتو مربوط نیستند، بلکه از اثرات جانبی آن ناشی می شوند:

• تابش های ثانویه: وقتی پرتوهای پرشدت لیزر ماده را تا دمای بسیار بالا گرم می کنند، ممکن است تابش فرابنفش یا حتی پرتو ایکس ایجاد شود.

• دود و بخارات سمی: در برش فلزات ممکن است بخارات حاوی فلزاتی مانند کروم یا نیکل تولید شود و پردازش پلاستیک ها نیز ترکیبات آلی خطرناکی ایجاد می کند.

• آتش سوزی: پرتوهای پرشدت می توانند مواد را بسوزانند. در پردازش مواد با لیزر، قطرات مذاب داغ و گرد و غبار نیز افراد اطراف را تهدید می کند.

• برق فشار قوی: منابع تغذیه لیزر اغلب ولتاژ بالایی دارند و تماس با قطعات داخلی یا کابل های معیوب خطرناک است.

• مواد شیمیایی: برخی لیزرها، مانند لیزرهای رنگینه ای، از محلول های شیمیایی خطرناکی استفاده می کنند که می توانند از پوست جذب شوند.

منطقه خطر اسمی (NHZ)

اقدامات ایمنی لیزر عمدتا بر اساس کلاس لیزر تعیین می شود. اما کلاس لیزر جزئیاتی مانند میزان واگرایی پرتو را نشان نمی دهد که می تواند در ایمنی بسیار مهم باشد. برای مثال، یک پرتو به شدت متمرکز شده ممکن است پس از نقطه کانونی آنقدر واگرا شود که در فاصله کمی، شدت آن به زیر حد مجاز برسد.

به همین دلیل مفهوم منطقه خطر اسمی (Nominal Hazard Zone یا NHZ) تعریف شده است. NHZ ناحیه ای در اطراف لیزر است که در آن شدت نور مستقیم، بازتابی یا پراکنده از حداکثر نوردهی مجاز (MPE) بیشتر است. اندازه این منطقه به توان، قطر و واگرایی پرتو بستگی دارد و در داخل آن باید اقدامات محدودکننده ویژه ای اعمال شود.

اقدامات فنی ایمنی لیزر

• استفاده از عینک ایمنی لیزر متناسب با طول موج و توان لیزر

• محصور کردن کامل یا جزئی سیستم لیزری، ترجیحا با مواد جاذب نور و بدون سطوح بازتابنده

• نصب حفاظ در اطراف مناطق خطرناک و کنترل حضور افراد

• استفاده از شاترهایی که پرتو را به طور خودکار مسدود یا لیزر را خاموش می کنند

• سوئیچ کلیددار روی منبع تغذیه برای جلوگیری از استفاده غیرمجاز

• نصب برچسب های هشدار که کلاس لیزر را نشان می دهند

• چراغ های هشدار که روشن بودن لیزر خطرناک را اعلام می کنند

• قفل ایمنی روی درها برای جلوگیری از ورود افراد به منطقه خطر

• استفاده از مهارکننده پرتو (Beam Stop) برای پرتو اصلی و بازتاب های ثانویه

• استفاده از پرتو راهنمای مرئی کم توان برای مشخص کردن مسیر لیزرهای نامرئی

اقدامات مدیریتی ایمنی لیزر

• تعیین مسئول ایمنی لیزر (Laser Safety Officer) در محیط هایی که لیزرهای کلاس 3B و 4 استفاده می شوند

• آموزش کاربران درباره خطرات و روش کار ایمن

• نگه داشتن مسیر پرتو پایین تر یا بالاتر از سطح چشم

• درآوردن ساعت، انگشتر و اجسام براق که می توانند پرتو را بازتاب دهند

• هرگز به پرتو لیزر مستقیم یا بازتاب آن نگاه نکنید

سوالات متداول درباره ایمنی لیزر

کدام کلاس لیزر خطرناک است؟

لیزرهای کلاس 3B و 4 خطرناک هستند. کلاس 4 حتی از طریق بازتاب پراکنده نیز می تواند به چشم و پوست آسیب بزند.

آیا لیزر پوینتر برای چشم خطرناک است؟

لیزر پوینترهای کلاس 2 و 3R در صورت تابش لحظه ای معمولا آسیب نمی زنند، اما خیره شدن به آنها یا استفاده از لیزر پوینترهای پرتوان می تواند به شبکیه آسیب دائمی بزند.

چرا لیزر فروسرخ خطرناک تر از لیزر مرئی است؟

چون دیده نمی شود و چشم در برابر آن پلک نمی زند، در حالی که نور فروسرخ نزدیک مانند نور مرئی روی شبکیه متمرکز می شود.

استاندارد بین المللی کلاس بندی لیزر کدام است؟

استاندارد IEC 60825-1 مرجع بین المللی کلاس بندی و ایمنی محصولات لیزری است.

عینک ایمنی لیزر را چگونه انتخاب کنیم؟

عینک باید برای طول موج لیزر مورد استفاده طراحی شده باشد و چگالی نوری (OD) آن برای توان لیزر کافی باشد.

جمع بندی

ایمنی لیزر مجموعه اصولی برای پیشگیری از آسیب های ناشی از پرتو لیزر، به ویژه برای چشم و پوست است. لیزرها بر اساس استاندارد IEC 60825-1 از کلاس 1 (بی خطر) تا کلاس 4 (بسیار خطرناک) طبقه بندی می شوند و خطر هر لیزر به توان، طول موج و مدت تابش آن بستگی دارد.

رعایت اقدامات فنی و مدیریتی مانند استفاده از عینک ایمنی مناسب، محصور کردن پرتو، برچسب گذاری و آموزش کاربران، خطر حوادث لیزری را به حداقل می رساند. برای آشنایی با تجهیزات اپتیکی، به صفحه [محصولات] ما سر بزنید.

منابع

• IEC 60825-1:2014, Safety of laser products

• ANSI Z136.1, American National Standard for Safe Use of Lasers