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 średnica wiązki 1 mm.

Obliczyć gęstość optyczną okularów zgodnych z normą.

Maksymalne oświetlenie spowodowane impulsem wynosi 20  106

 7  1012 W/ m 2,

  1032

co odpowiada następującej średniej energii padającej na jednostkę powierzchni w czasie trwania impulsu 7  1012  108  7  104 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  17 J/ m 2  5  102 J/ m 2, tym samym gęstość optyczna okularów ochronnych musi zatem wynosić

D  log

7  104  6.

10 5  102

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  106  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/10 s), 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

7  104  7.

10

0. 01

5

Bezpieczeństwo

Ekspozycja

czas [s]

10-13

10-11

10-9

-7

-5

10

1.8x10-5

10-3

5x10

do

do

do

do

do

do

do

Długość

10-11

10-9

10-7

1.8x10-5

5x10-5

10-3

10

fali [nm]

180 - 302.5

30 Jm-2

10

-2

302.5 - 315

3x10 Wm

C Jm (t

-2

>T1)

2

<

315 - 400

C Jm-2

1

400

do

600

-4

1.5x10-4 2.7x10

-3

nm

0.75

400 - 700d

0.25

5 x10 C Jm-2

18 t C Jm-2

6

xC Jm-2 x t C

6

6

6

Jm-2

400

do

700

nm

1.5x10-4 2.7x105

5x10-3 C4C6 J

m-2

700 - 1050

18 t0.75C

Jm-2

4C6

xC4C6

t0.75xC4C6

Jm-2

Jm-2

1050 - 1400 1.5x10-4 2.7x105

xC6C7

t0.75C6C

5x10-2 C C Jm-2

90 t0.75C C Jm-2

4

7

4

7

7

Jm-2

Jm-2

5600

1400 - 1500

10 Wm

12 -2

10 Jm

3 -2

xt0. Jm

75 -2

1500 - 1800

10 Wm

13 -2

104 Jm-2

5600

1800 - 2600

10 Wm

12 -2

10 Jm

3 -2

xt0.75 Jm

-2

2600 - 106

10 Wm

11 -2

5600 x t0. Jm

75 -2

100 Jm-2

Ekspozycja

czas [s]

10

102

103

104

do

do

do

do

102

Długość

103

104

3x104

fali [nm]

180 302.5

30 Jm-2

302.5 315

C

-2

2 Jm

315 400

104 Jm-2

10 Wm-2

400 700c

orazc

Niebezpieczeństwo termicznego

uszkodzenia siatkówki

α

< 1.5 mrad: 10 Wm-2

α > 1.5 mrad:

18 C T -0.2 W

5

m-2

<

6

2

(t T )

2

18 t0.75C Jm-2

6

α 1

< .5 mrad: 10 Wm-2

700 1050

α > 1.5 mrad:

18 C C C T -0.25Wm-2

4

6

7

2

(t T

< 2)

1050 1400 18 t0.75C4C C67Jm-2

1400 106

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

3 0.25

302.5 - 400

1 = 5.6 x 10 t

T

0.8 (λ - 295)

-15

302.5 - 315

1 = 10

x 10 s

C 100.2( -λ295 )

302.5 - 315

2 =

T

[(α − αmin) / 98.5] a

400 - 1400

2 = 10x10

s

C

0.02(λ − 450)

450 - 600

3 = 10

C

400 - 450

3 = 1.0

C

0.002(λ − 700)

700 - 1050

4 = 10

C

1050 - 1400

4 =5

C

-1/4

400 - 106

5 = N

C = 1 dla α < α

6 min

400 - 1400

C

α/α

α < <

min

α α

6 =

min dla

max

400 - 1400

C

α /α

α >α

6 = max

min = 66.7 dla

max

400 - 1400

C7 = 1

700 - 1150

C

0.018(γ − 1150)

1150 - 1200

7 = 10

C7 = 8

1200 - 1400

Legenda

a T 2  10 s dla   1. 5 mrad i T 2  100 s dla

  100 mrad.

b C jest stosowane dla impulsów o czasie 5

trwania mniejszych niż 0.25 s.

c C stosuje się dla impulsów laserowych i 6

dla laserów ciągłych o działaniu termicznym na tkankę.

d Graniczny kat akceptacji  powinien być P

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, Bezpieczeństwo przy promieniowaniu przez urządzenia laserowe.

Klasyfikacja sprzętu. Wymagania i wytyczne dla użyt kownika, Normalizacyjne ALFA, Warszawa 1992.

4. PN-91/T-06701, Bezpieczeństwo elektryczne urządzeń i instalacji laserowych, Normalizacyjne ALFA, Warszawa 1992.

5. PN-EN 60825-1:2000/A2, Bezpieczeństwo urządzeń laserowych - Klasyfikacja sprzętu, wymagania i przewodnik użytkownika, PKN, Warszawa 2002.

6. M. Nowicki, Promieniowanie laserowe, podstawowe czynniki zagrożenia, 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