صفحه اصلي > لیزر > ایمنی لیزر 
 
 

ایمنی لیزر

مقدمه

کلمه لیزر (laser) کوتاه شده عبارت light amplification by stimulated emission of radiation  و به معنی تقویت نور توسط گسیل القایی تابش می ­باشد .نور لیزر توسط یک سری  فرایندهای اتمی تولید می­شود .اجزای یک دستگاه لیزر عبارت اند از : کاواک نوری ، سیستم پمپاژ، و یک محیط فعال مناسب . شکل 1 :

شکل 1 : اجزای یک لیزر

1-      کاواک نوری : در ساده ترین حالت تشکیل شده از دو آیینه است که نور لیزر ( دسته ی فوتون­ها) بین آنها و در یک مسیر مشخص رفت و برگشت می­کنند . محیط فعال در درون کاواک لیزری قرار دارد .

2-       سیستم پمپاژ: از فوتون­هایی از سایر منابع نوری مثل لامپ زنون ( در پمپاژ اپتیکی ) ، از تخلیه الکتریکی در در محیط های گازی ( پمپاژ برخوردی یا الکتریکی ) ، یا از انرژی آزاد شده در اثر واکنش های شیمیایی برای انتقال انرژی به محیط فعال استفاده میکند .

3-      محیط فعال لیزری : که میتواند یک ماده ی جامد ، گاز ، رنگ ( به صورت حل شده در یک مایع ) ، یا نیمه رسانا باشد . معمولا لیزرها بر اساس ماده فعال استفاده شده طراحی و تقسیم بندی میشوند .

 آ – لیزرهای حالت جامد ، در این لیزرها ماده فعال ( ماده لیز دهنده ) در یک ساختار جامد توزیع شده اند . مثل لیزر یاقوت یا لیزر نئودمیوم یاگ                          neodymium-YAG (yttrium aluminum garnet)  ، لیزر ND:YAG   نور فروسرخ با طول موج 1.064   میکرومتر ساطع میکند . 

ب-  لیزرهای گازی که محیط فعال آنها به صورت گاز میباشد ، مثل لیزر هلیوم نئون HE-NE   که متداولترین لیزر گازی میباشد و یا لیزر CO2که نور در فروسرخ دوربا طول موج 10.64 میکرومتر ساطع میکند .

ج- لیزرهای اگزایمر ، Excimer  ، ( اسم این لیزرها برگرفته از دو قسمت excited و   dimers) می­باشد . در این لیزرها از ترکیب  گازهای واکنش پذیر نظیر کلر ، فولر با گازهای نجیب مانند آرگون ، کریپتون و زنون استفاده می­شود . وقتی که این ترکیب به صورت الکتریکی برانگیخته میشود یک دیمر ( یک مولکول بزرگ که از جفت شدن دو مولکول ایجاد میشود ) تشکیل میشود و گسیل نور لیزر از این مولکول اتفاق افتاده و نور در طول موج فرابنفش ساطع میکند .

د- لیزرهای رنگینه­ای ( مرکز رنگی) : در این لیزرها از مولکول­های آلی با ساختارهای پیچیده ( مانند rhodamine 6G)  به صورت محلول در یک حلال و یا سوسپانسیون به عنوان ماده فعال استفاده میشود. این لیزرها قابلیت کوکپذیری ( انتخاب طول موج ) در بازه­ی وسیعی از طول موج­ها را دارند.

پ- لیزرهای نیمه رسانا : که به این دسته از لیزرها لیزرهای دیودی نیز گفته می­شود . این لیزرها قطعات الکترونیکی عموما کوچک هستند و توان بسیار پایینی را مصرف می­کنند . پوینترهای لیزری و لیزرهای استفاده شده برای خواندن دیسکهای فشرده از این گونه لیزرها هستند .

4-      طول موج لیزرها به محیط فعال آنها بستگی دارد . جدول1تعدادی از لیزرها و طول موجهای گسیلی از آنها را نشان میدهد.در جدول2 برخی از کاربردهای  عمده ی لیزر  نشان داده شده است .

جدول 1 : طول موجهای لیزرهای متداول

Laser type


Wavelength
(µmeters)


Laser type


Wavelength
(µmeters)


Argon fluoride (Excimer-UV)
Krypton chloride (Excimer-UV)
Krypton fluoride (Excimer-UV)
Xenon chloride (Excimer-UV)
Xenon fluoride (Excimer-UV)
Helium cadmium (UV)
Nitrogen (UV)
Helium cadmium (violet)
Krypton (blue)
Argon (blue)
Copper vapor (green)
Argon (green)
Krypton (green)
Frequency doubled 
     Nd YAG (green)
Helium neon (green)
Krypton (yellow)
Copper vapor (yellow)

0.193
0.222
0.248
0.308
0.351
0.325
0.337
0.441
0.476
0.488
0.510
0.514
0.528
0.532

0.543
0.568
0.570

Helium neon (yellow)
Helium neon (orange)
Gold vapor (red)
Helium neon (red)
Krypton (red)
Rohodamine 6G dye (tunable)
Ruby (CrAlO3) (red)
Gallium arsenide (diode-NIR)
Nd:YAG (NIR)
Helium neon (NIR)
Erbium (NIR)
Helium neon (NIR)
Hydrogen fluoride (NIR)
Carbon dioxide (FIR)
Carbon dioxide (FIR)

0.594
0.610
0.627
0.633
0.647
0.570-0.650
0.694
0.840
1.064
1.15  
1.504
3.39
2.70
9.6   
10.6   


Key:      UV   =   ultraviolet (0.200-0.400 µm) 
              VIS   =   visible (0.400-0.700 µm) 
              NIR   =   near infrared (0.700-1.400 µm)

 

 

جدول2 : کاربردهای متداول لیزرها

Alignment
Annealing
Balancing
Biomedical
            Cellular research
            Dental
            Diagnostics
            Dermatology
            Ophthalmology
            Surgery
Communications
Construction
            Alignment
            Ranging
            Surveying
Cutting
Displays

Drilling
Entertainment
Heat treating
Holography
Information handling
            Copying
            Displays
            Plate making
            Printing
            Reading
            Scanning
            Typesetting
            Videodisk
            Marking
Laboratory instruments
Interferometry
Metrology

Plasma diagnostics
Spectroscopy
Velocimetry
Lidar
            Special photography
            Scanning microscopy
Military
            Distance ranging
            Rifle simulation
            Weaponry
Nondestructive training
Scanning
Sealing
Scribing
Soldering
Welding

 

 

خطرات مستقل از نور لیزر

 

در  کاربردهای لیزر نظیر تحقیقات آزمایشگاهی ایمنی عمومی و دستورالعمل های موجود برای حفظ سلامتی باید رعایت شوند. در ذیل به تعدادی از این نکان ایمنی اشاره شده است .

الف : بهداشت صنعتی . خطرات بالقوه ناشی از گازهای فشرده شده ، مواد برودتی ، مواد سمی و سرطان زا و آلودگی های صوتی باید مد نظر قرار گیرند ، برای کاهش بخارات و دودهای مضر که توسط کاربردهایی نظیر جوشکاری ، برشکاری و سایر برهمکنش های لیزر با ماده ایجاد میشوند باید تهویه مناسب نصب شده باشد . باید تهویه به گونه ای انتخاب شده باشد که مقادیر این گازها از حدود آستانه کمتر باشد ، برای مثال از مقادیر تعیین شده در مراجع ایمنی لیزر .

ب : خطرات ناشی از انفجار . لامپ­های تخلیه الکتریکی تحت فشار و لامپهای رشته ای یا ابزارهای لیزری جوشکاری  باید در داخل محافظهایی قرار داشته باشند که بتوانند در مقابل فشار ناشی از انفجار آنها مقاومت کنند . ماده ای که لیزر بر روی آن کار میکند و همچنین ادوات اپتیکی که احتمال خرد شدن آن ها وجود دارند نیز باید دارای محافظظ باشند .

ج : خطرات ناشی از تشعشع مرئی ( بجز خود پرتو لیزر ) : این مورد به خطراتی نظیر تابش فرابنفش از لوله های تخلیه الکتریکی ، تابش  لامپ های استفاده شده برای پمپاژ لیزر  و تابش  پلاسمای جوشکاری لیزری  مرتبط می­باشد . باید محفظه لیزر طوری انتخاب شود که این تابشها از مقدار تعیید شده در استاندارد ANSI 136.1  ، OSHA PEL's  یا ACGIH TLV's.کمتر باشد .

د: تابش­های موازی : تابشهایی به غیر از نور خود لیزر ، مرتبط با عملکرد لیزر یا سیستم لیزری . برای مثال امواج رادیویی تولید شده توسط تیوب های پلاسما ، تابشهای پرتو Xناشی از منابع تغذیه مورد نیاز برای  لیزرهای اگزایمر ، این تابش­ها باید از حد استاندارد پایین تر نگه داشته شود که این حدود برای میکروموج­ها و امواج RFدر استاندارد ANSI C95.1  و در مورد تابش­های  پرتو Xدر استاندارهای سلامتی و ایمنی کار  29 CFR Part 1910.1096آورده شده است .

پ: خطرات الکتریکی: کاربرد در نظر گرفته شده برای ابزار لیزری روش نصب و اتصال آن به مدار منبع تغذیه را مشخص میکند ( برای مثال توسط سیم ­های انعطاف پذیر یا استفاده از عبور سیم ها از یک نگهدارنده ). تمام تجهیزات باید  مطابق با کدهایملی برق هر کشور و به صورت دقیق نصب گردند. ( توصیه های بیشتر را میتوانید در قسمت 7.4 از استاندارد ANSI Z 136.1 [1993]  بخوانید . )

ه : اشتعال پذیری محیط اطراف لیزر . محیط اطراف لیزر کلاس 4 و برخی از لیزرهای کلاس 3Bکانونی شده ، اگر در معرض تابش لیزر بیش از   قرار بگیرند در معرض خطر آتش سوزی خواهند بود . استفاده از مواد پلاستیکی در محیط اطراف ممنوع نیست  اما در استفاده از آنها ، قابلیت اشتعال پذیری و آزاد شدن  دود سمی از آنها در اثر تابش نور مستقیم لیزر باید در نظر گرفته شود. مواد غیر قابل اشتعال و تولیدات صنعتی موجود که به طور اختصاصی برای محافظ لیزر وجود دارند نیز گزینه های مناسبی هستند .

اثرات بیولوژیکی پرتو لیزر

 

الف . آسیب های چشم . بخاطر جهت مندی بسیار بالای پرتو لیزر ، لیزر را میتوان یک منبع نقطه ای ایده ­ال از نور با شدت بالا دانست . از لحاظ تئوری شدت پرتو لیزر  بر روی شبکیه چشم میتواند از منابع معمول نور ( برای مثال از نگاه مستقیم به خورشی)  بسیار بیشتر باشد  ، این مقدار شدت بر روی شبکیه چشم می­تواند موجب کوری دائم شخص هم گردد .

ب. آسیب­های حرارتی . معمولترین آسیب هایی که به وسیله لیزر روی بافت ایجاد میگردد آسیب های حرارتی میباشد . در این مورد پروتئین ­های بافت در اثر افزایش حرارت ناشی از جذب نور لیزر تجزیه میشوند .

1. فرایند آسیب حرارتی ( سوختن ) در حالتی اتفاق می­افتد که بافت بیشتر از 10 میکروثانیه و در طول موج­های فرابنفش نزدیک تا فروسرخ دور باشد (0.315 um – 103 um) . موج های صوتی ناشی از تابش لیزر در زمان­های زیر میکروثانیه نیز میتوانند به بافت آسیب برسانند.

 2. اثرات حرارتی تابش لیزر به عوامل زیر بستگی دارد :

·         ضرایب جذب و پراکندگی بافت در طول موج لیزر مورد نظر .

·         شدت یا تابندگی لیزر

·         زمان تابش لیزر و تکرارشوندگی پالسها در مورد لیزرهای پالسی

·         مقدار جریان عبوری از عروق بافت در نقطه مورد نظر

·         اندازه محلی که تحت تابش قرار گرفته

خطرات دیگر

مکانیزم های دیگری نیز وجود دارد که ممکن است از طریق آنها لیزر به بافت آسیب برساند که به طول موج لیزر و زمان تابش آن به بافت بستگی دارد . برای مثال واکنش­های فوتو شیمیایی دلیل اصلی آسیب رسان به بافت در طول موجهای فرابنفش در ناحیه (0.200 µm-0.315 µm) در هر مقدار زمان تابش  ، و در طول موج های "نور آبی" در ناحیه طول موجی مرئی (0.400 µm-0.550 µm) در زمان های تابش بیشتر از 10 ثانیه می­باشد .

تابش نور UV-A  (0.315 µm-0.400 µm) به روی پوست می تواند موجب تجمع بیش از حد رنگ­دانه ها (hyperpigmentation)و اریتما ( erythema) گردد .

تابش نور UV-Bآسیب رسان ترین تابش به روی پوست می­باشد . علاوه­بر آسیب حرارتی ناشی از انرژی فرابنفش احتمال سرطان­زایی ناشی از تابش UV-B(0.280 mm - 0.315 mm) مستقیما روی DNAیا تاثیر آن بر ویروس های سرطانزای داخل سلولی بالقوه  نیز وجود دارد.

به نظر می­رسد تابش نور فرابفش کوتاه یاUV-C :(0.200 µm-0.280 µm)   و بالا یا UV-A  خطر کمتری روی پوست انسان دارد . طول موج­های کوتاه تر در لایه های مرده خارجی قسمت اپیدرمیس پوست جذب میشود و طول موج­های بالاتر اثرات اولیه ای مثل تیره شدگی رنگدانه های پوست را دارد و اگر تابش بیش از حد باشد آنگاه اریتما بوجود خواهد آمد. اثرا بیولوژیکی در جدول 3  خلاصه شده است .

خطرات ناشی از تابش لیزر که پوست را تحدید میکنند در مقایسه با خطراتی که چشم با آنها مواجه است اهمیت کمتری دارند ، ولی با توسعه یافتن لیزرهای پرتوان ، مخصوصا در ناحیه کاری فرابنفش ، قسمت های محافظت نشده پوست ممکن است تحت تابش توان های بالای پرتو لیزر قرار گیرد .

 

خلاصه ای از اثرات بیولوژیکی لیزرها

Photobiological spectral domain


Eye effects


Skin effects


Ultraviolet C (0.200-0.280 µm)

Photokeratitis

Erythema (sunburn)
Skin cancer

Ultraviolet B (0.280-315 µm)

Photokeratitis

Accelerated skin aging
Increased pigmentation

Ultraviolet A (0.315-0.400 µm)

Photochemical UV cataract

Pigment darkening
Skin burn

Visible (0.400-0.780 µm)

Photochemical and thermal retinal injury

Photosensitive reactions
Skin burn

Infrared A (0.780-1.400 µm)

Cataract, retinal burns

Skin burn

Infrared B (1.400-3.00 µm)

Corneal burn
Aqueous flare
IR cataract

Skin burn

Infrared C (3.00-1000 µm)

Corneal burn only

Skin burn

 

 

 

طبقه بندی­های خطرات لیزر

الف . مقدمه

1-      هدف از طبقه بندی خطرات لیزر  تهیه و ارائه هشدارهای لازم برای استفاده کننده گان لیزر ( با مشخص کردن خطرات مربوط به هر سطح تابش )  به وسیله دستورالعمل ها و  علامت­های مناسب می­باشد . همچنین این طبقه بندی پایه ای برای تعریف اقدامات کنترلی و نظارت­های پزشکی خواهد بود .

2-      لیزرهای تولید شده باید توسط سازنده طبقه بندی شده و علامت ها و هشدارهای لازم باید بر روی آن نصب شده باشد . باید یادآور شویم در صورتی که برای انجام کاری تغییری در سیستم لیزر داده شود ، ممکن است طبقه ­بندی  لیزر تغییر کند .

ب. طبقه بندی ها

تمامی استاندارد های بین المللی لیزر ها را به لحاظ آسیب هایی که می­توانند به پوست وارد کنند به 4 طبقه تقسیم میکنند .

a.       کلاس I : در شرایط عادی کار نمی توانند به چشم آسیب برسانند ، این لیزرها معمولا لیزر های بسته هستند و پرتو آنها به محیط ارسال نمیشود . ( معمولا  لیزرهای پیوسته با توان 0.4  میکرو وات در طول موج های مرئی ) کاربران این لیزرها را خطرات ناشی از تابش  نور لیزر تهدید نمیکند و نیازی به انجام اقدامات کنتری ندارند ولی در هنگام سرویس این لیزرها بایستی اقدامات کنترلی انجام گیرند . بسیاری از لیزر هایی که در این طبقه قرار گرفته اند دارای لیزرهای پرتوان میباشند که در جعبه ها یا محوطه های محافظ قرار داده شده اند . پس در هنگام وارد شدن به این اتاقها و یا باز کردن محافظ ها اقدامات کنترلی باید انجام گیرد.

b.    کلاس I.A : گروهی از لیزر ها با توان پایین که برای اهداف بصری ساخته نشده اند ( مانند لیزرهای بارکدخوان سوپرمارکت ها ) در این دسته قرار میگیرند . حد بالای توان این دسته از لیزر ها 4 میلی­وات میباشد . این دسته از لیزر­ها طوری طراحی می­شوند که در طول 1000 ثانیه تابش میزان دزی از انرژی که تحویل می­دهند از لیزر های کلاس I بیشتر نشود .

c.    کلاسII : لیزرهای کم­توان مرئی که توان آنها از لیزرهای کلاس I بیشتر میباشد . ولی توان تابشی آنها از 1 میلی­وات تجاوز نمیکند . این لیزرها به چشم آسیب نمی رسانند مگر آنکه کسی عمدا به آنها خیره شود . در غیر اینصورت عکس العمل طبیعی چشم به نور مرئی و پلک زدن ، چشم را در برابر نور لحظه ای این لیزرها حفاظت میکند .

d.   کلاس IIIA : لیزرهایی هستند که توان نور خروجی آنها بین 1 میلی وات و پنج میلی وات است . این لیزرها معمولا آسیب جدی به چشم نمی زنند مگر آنکه شخص به نور آنها خیره شود یا نور آنها با وسایل متمرکز کننده نور مانند عدسی دیده شود .

توجه : بین لگوهای اخطاری که روی لیزرهای کلاس IIIA  که شدت آنها از میزان   2.5mW/cm2 تجاوز نمیکند  ( لوگو یا علامت احتیاط ) و لیزرهای کلاس IIIA  که شدت آنها از میزان 2.5mW/cm2 fdajv hsj ( لوگو یا علامت خطر ) تفاوت وجود دارد .

e.   کلاس  IIIB:   لیزرهای پیوسته ای هستند که توان پرتو خروجی آنها بین 5 و 500 میلی وات است یا لیزر های پالسی هستند که انرژی آنها در مدت 0.25 ثانیه ( زمان مورد نیاز برای پلک زدن انسان ) کمتر از 0.125 ژول است . لیزر های طبقه 3b  برای چشم خطرناکند و نگاه کردن به پرتو مستقیم آنها یا انعکاسات آینه ای پرتوهای آنها میتوانند به چشم آسیب جدی وارد کند . این لیزرها خطر آتش سوزی ایجاد نمیکنند و بازتابهای ناشی از سطوح پراکننده  از این لیزرها عموما خطرناک نیستند . در کار با این لیزرها اقدامات کنترلی معینی لازم میباشد .

f.    کلاس IV:   لیزهای پرتوان ( پیوسته : 500 میلیوات ، پالسی   10J/cm2 یا حد آستانه پراکندگی ) لیزرهای پیوسته ای هستند که توان خروجی آنها بیشتر از 500 میلی وات می باشد و یا لیزر های پالسی هستند که انرژی تابشی آنها در مدت 0.25 ثانیه بیشتر از 0.125 ژول است . این لیزرها بسیار خطرناک هستند پرتو مستقیم آنها یا انعکاسات آینه ای و حتی انعکاسات پراکنده پرتوی آنها برای چشم خطر جدی محسوب میشود . پرتوهای این لیزرها میتواند به پوست نیز آسیب برساند و یا سبب وقوع آتش سوزی شود .

جدول 4 . طبقه بندی لیزر ها

 

Applies to
- wavelength ranges -

 

Hazards

Class


UV


VIS


NIR


 IR 


 

Direct ocular


Diffuse ocular


Fire


I

X

X

X

X

 

No

No

No

IA

 

X*

 

 

 

Only after
1000 sec

No

No

II

 

X

 

 

 

Only after
0.25 sec

No

No

IIIA

X

X**

X

X

 

Yes

No

No

IIIB

X

X

X

X

 

Yes

Only when laser
output is near
Class IIIB limit
of 0.5 Watt

No

IV

X

X

X

X

 

Yes

Yes

Yes


Key:


*  
**

=
=
=

Indicates class applies in wavelength range. 
Class IA applicable to lasers "not intended for viewing" ONLY
CDRH Standard assigns Class IIIA to visible wavelengths ONLY. ANSI Z 136.1 assigns Class IIIA to all wavelength ranges.

 

 

ج . چگونه کلاس یک لیزر را تشخیص دهیم 

1.      در برخی از موارد کلاس بندی محصولات لیزری یک پروسه مفصل می­باشد . این پروسه شامل تعیین آستانه حداکثری تابش ، اندازه­گیری تابش لیزر ، اندازه گیری وتعیین مشخصات پالس تابشی ، ارزیابی مقررات مختلف ( محافظ ها ، اینتر لاک ها و ... ) که توسط استاندارد ها مشخص شده اند  میباشد .

2.      باید تاکید کنیم که ، کلاس بندی لیزرها ، یک مشخصه مورد نیاز است که توسط تولید کننده های لیزر مشخص می­شود و علامتی که کلاس لیزر را مشخص میکند روی محصول قرار داده شده است . کلاس لیزر را میتوان در گوشه پایین سمت چپ لوگوی اختار دید .

 

منبع :

OSHA Technical Manual (OTM)

https://www.osha.gov                           

امین آذری دودران

 

 

© تمامی حقوق این سایت متعلق به مرکز تحقیقات لیزر در علوم پزشکی می باشد.