Bezpieczeństwo

Bezpieczeństwo pracy
z laserami

Oddziaływania: cieplne, fotochemiczne, nieliniowe.

Grupy:

UV-C (100

 

280 nm), UV-B (280



315 nm), UV-A

(315



400 nm), IR-A (780



1000 nm), IR-B (1400



3000

nm), IR-C (3000 nm



1 mm). Pozostały zakres

spektralnych – oparzenia.

Skóra

UV-C i UV-B – poparzenia, przyspieszone starzenie
i wzrost pigmentacji.

od UV-A włącznie – ciemnienie pigmentów, reakcje
fotouczuleniowe, a także poparzenia.

Oko

UV-C i B – „piasek” po powieką (Photokeratitis),

UV-A – oddziaływania fotochemiczne, katarakta,

V



fotochemicze i termiczne uszkodzenia siatkówki.

IR-A – katarakta i poparzenia siatkówki, jak IR-B –
parowanie.

IR-C parzy rogówkę.

1

Bezpieczeństwo

Bardzo ważne

1. Zagrożenie rakiem skóry

i przyspieszone starzenie

występuje przy oświetleniu

skóry światłem z obszaru

230



380 nm.

2. Nie wolno
niezależnie od klasy

urządzenia laserowego
bezpośrednio oświetlać oka.
3. Bezwzględnie

stosować się do zaleceń

bezpieczeństwa.

2

Bezpieczeństwo

Podział na klasy

Polski Komitet Normalizacyjny. Granica Emisji Dostępnej

Klasa 1
Promieniowanie całkowicie bezpieczne.

Klasa 1M
Lasery emitujące w obszarze 302.5

nm



4000 nm.

Bezpieczne pod pewnymi warunkami. Należy stosować
okulary ochronne.

Klasa 2
Lasery emitujące promieniowanie z obszaru (400 nm





700 nm).

Są bezpieczne dla wzroku, jeśli nie ma bezpośredniej
ekspozycji na oko.

Klasa 2M

Klasa 3R
Promieniowanie niebezpieczne dla wzroku Pięciokrotnie
przekracza normy klasy 2. Wymagane okulary ochronne.

Klasa 3B
Obejmuje lasery bezwzględnie niebezpieczne.

Klasa 4

Niebezpieczne dla oczu i skóry w każdych warunkach.

Odzież ochronna.

3

Bezpieczeństwo

Normy bezpieczeństwa

Maksymalna Dopuszczalna Ekspozycja (MDE)

Przykład 1

Laserem Nd:YAG generuje impuls gigantyczny o czasie
trwania 10

ns

i mocy 20

MW

. Długość fali 1.06

m

, o

ś

rednica wiązki 1

mm

.

Obliczyć gęstość optyczną okularów zgodnych z normą.

Maksymalne oświetlenie spowodowane impulsem wynosi

20

 10

6

  10

3



2

 7  10

12

W/m

2

,

co odpowiada następującej średniej energii padającej na
jednostkę powierzchni w czasie trwania impulsu

7

 10

12

 10

8

 7  10

4

J/m

2

.

Z tab.VIII.1.1a wynika, że maksymalna dopuszczalna
ekspozycja ma wartość

MDE

 5  10

2

C

6

C

7

J/m

2



 5  10

2

 1  1

7

J/m

2

 5  10

2

J/m

2

,

tym samym gęstość optyczna okularów ochronnych musi
zatem wynosić

D

 log

10

7

 10

4

5

 10

2

 6.

4

Bezpieczeństwo
Przykład 2

Ten sam laser pracuje impulsowo z częstotliwością 50

Hz

,

W ciągu

t



10

s

oko osiągnie 500 impulsów. Laser

należy do klasy 4.

Energia w jednym impulsie wynosi

20

 10

6

 10

8

 0. 2 J/impuls,

co przy częstotliwości

50 Hz

daje średnią moc

0. 2 J/impuls

 50 /s  10 W.

Dla pojedynczego impulsu odpowiadającemu ekspozycji
oka przez 10

s

(czas trwania impulsu

5

 10

6

 10

8

s

 500 impulsów/10s

), wartość

MDE z tab wynosi

MDE

 5  10

2

C

6

C

7

J/m

2

 0. 05 J/m

2

.

Zgodnie z punktem 3 normy korygujemy tę wartość dla
ciągu 500 impulsów mnożąc przez

N

1/4

, i otrzymujemy

właściwą wartość MDE

0. 05

 500

1/4

 0. 01 J/m

2

,

a stąd możemy wyznaczyć gęstość optyczna okularów
ochronnych

log

10

7

 10

4

0. 01

 7.

5

Bezpieczeństwo

Ekspozycja

czas [s]

10

do
10

-13

-11

10

do
10

-11

-9

10

do
10

-9

-7

10

do

10

-3

5x10

do

10

-5

-3

1.8x10

do
5x10

-5

-5

10

do
1.8x10

-7

-5

Długość

fali [nm]

180 - 302.5

302.5 - 315

315 - 400

400 - 700

d

700 - 1050

1050 - 1400

1400 - 1500
1500 - 1800

1800 - 2600

2600 - 10

6

30 Jm

-2

1.5x10

xC

-4

6

Jm

-2

2.7x10

x t C

-4

0.25

6

Jm

-2

5 x10 C

-3

6

Jm

-2

C

1

Jm

-2

18 t C

0.75

6

Jm

-2

C

2

Jm (t>T )

-2

1

<

5x10 C C Jm

-3

-2

4

6

18 t C C

0.75

4

6

Jm

-2

5x10 C C Jm

-2

-2

4

7

90 t C C

0.75

4

7

Jm

-2

2.7x10

xC C

Jm

5

-2

4

6

t

0.75

2.7x10

C C

Jm

5

-2

6

7

t

0.75

1.5x10

xC C
Jm

-4

-2

4

6

1.5x10

xC C
Jm

-4

-2

6

7

10 Jm

3 -2

5600
xt Jm

0.75 -2

5600
xt Jm

0.75 -2

5600 x t Jm

0.75 -2

100 Jm

-2

10 Jm

4

-2

3x10 Wm

10

-2

400

do

600

nm

400

do

700

nm

10 Jm

3 -2

10 Wm

12 -2

10 Wm

13 -2

10 Wm

12 -2

10 Wm

11 -2

Ekspozycja

czas [s]

10

do
10

2

Długość

fali [nm]

180 302.5

302.5 315

315 400

400 700

c

700 1050

1050 1400

1400 10

6

10

do
3x10

4

4

10

do
10

3

4

10

do
10

2

3

30 Jm

-2

C Jm

2

-2

10 Jm

4

-2

10 Wm

-2

oraz

c

Niebezpieczeństwo termicznego

uszkodzenia siatkówki

α

α >

1.5 mrad: 10 Wm

1.5 mrad:

18 C C C T

Wm

-2

-0.25

-2

4

6

7

2

<

α

α >

1.5 mrad: 10 Wm

1.5 mrad:

18 C T

Wm

-2

-0.25

-2

6

2

<

(t T )

2

<

18 t C Jm

0.75

-2

6

18 t

Jm

0.75

-2

C C C

4

6

7

(t T )

2

<

1000 Wm

-2

6

Bezpieczeństwo

a

Wartość MPE dla czasów ekspozycji poniżej

10

9

i

długości fal krótszych niż 400

nm

i wyższych niż 1400

nm

określa się dla czasów ekspozycji 10

9

s

. Dla czasów

poniżej 10

13

s

należy wybrać ekwiwalent MPE dla

10

13

s

.

b

Kąt



P

jest granicznym kątem akceptacji.

c

W obszarze 400

nm



600

nm

stosuje się podwójne

limity i ekspozycja nie może przewyższać ani jednego, ani
drugiego limitu. Normalnie limity niebezpieczeństwa
fotochemicznego stosuje się przy ekspozycjach dłuższych
niż 10

s

, chociaż dla długości fal między 400

nm

i 484

nm

i dla kąta widzialności źródła między 1.5

mrad

i 82

mrad

, limit zagrożenia fotochemicznego 100

C

3

Jm

2

będzie stosowany dla ekspozycji dłuższej lub równej 1

s

.

7

Bezpieczeństwo

Wartości parametrów

Parametr

Zakres spektralny[nm]

C = 5.6 x 10 t

1

3 0.25

302.5 - 400

T = 10

x 10 s

1

0.8 ( - 295)

-15

λ

302.5 - 315

C =

2

10

0.2( -295)

λ

302.5 - 315

T = 10x10

s

2

[(

min) / 98.5]

α − α

a

400 - 1400

C = 10

3

0.02(

λ − 450

)

C = 10

4

0.002(

λ − 700

)

450 - 600

700 - 1050

C = N

5

-1/4

400 - 10

6

C = 1 dla

6 min

α < α

400 - 1400

C =

dla

6

min

α/α

α

α α

min

max

< <

C =

= 66.7 dla

6

max

min

α /α

α >α

max

C = 1

7

400 - 1400
400 - 1400
700 - 1150

C = 10

7

0.018(

γ − 1150)

C = 8

7

1150 - 1200

1200 - 1400

C = 1.0

3

400 - 450

C =5

4

1050 - 1400

Legenda

a

T

2

 10 s dla   1. 5 mrad i T

2

 100 s dla

  100 mrad.

b

C

5

jest stosowane dla impulsów o czasie

trwania mniejszych niż 0.25 s.

c

C

6

stosuje się dla impulsów laserowych i

dla laserów ciągłych o działaniu termicznym

na tkankę.

d

Graniczny kat akceptacji 

P

powinien być

równy 

max

.



min

 1. 5 mrad, 

max

 100 mrad, N jest

liczbą impulsów.

8

Bezpieczeństwo

Literatura

1.

L. Pokora,

Lasery w stomatologii

, wyd. Laser

Instruments



Centrum Techniki Laserowej,

Warszawa 1992.

2.

W. Glinkowski, L. Pokora,

Lasery w terapii

, Laser

Instruments



Centrum Techniki Laserowej,

Warszawa 1993.

3.

PN-91/T-06700,

Bezpiecze

ń

stwo przy

promieniowaniu przez urz

ą

dzenia laserowe.

Klasyfikacja sprz

ę

tu. Wymagania i wytyczne dla u

ż

yt

kownika

, Normalizacyjne ALFA, Warszawa 1992.

4.

PN-91/T-06701,

Bezpiecze

ń

stwo elektryczne

urz

ą

dze

ń

i instalacji laserowych

, Normalizacyjne

ALFA, Warszawa 1992.

5.

PN-EN 60825-1:2000/A2,

Bezpiecze

ń

stwo urz

ą

dze

ń

laserowych - Klasyfikacja sprz

ę

tu, wymagania i

przewodnik u

ż

ytkownika

, PKN, Warszawa 2002.

6.

M. Nowicki,

Promieniowanie laserowe, podstawowe

czynniki zagro

ż

enia

, PWN, Warszawa 1997.

7.

J. Hawkes, I. Latimer,

Lasers. Theory and Practice

,

Prentice Hall, New York, London 1995.

8.

B. Ziętek,

Optoelektronika

, Wyd. UMK, Toruń, 2004.

9