ایمنی لیزر
-

ایمنی لیزر

تعریف: ایمنی استفاده از دستگاههای لیزر
توجه: این مقاله بیشتر یک اطلاعات اولیه و راهنماییهای منطقی دربارة لیزر ارائه میدهد و یک سند دقیق برای قوانین ایمنی رسمی نیست.

  • خطرات نور لیزر
اشعه های لیزر مخصوصا برای چشمها میتوانند بسیار خطرناک باشند (و در بعضی موارد برای پوست)، که دلیل آن چگالی های بالای نوری در پرتوهای لیزر است که حتی بعد از پخش شدن در فواصل دور نیز ممکن است آسیب زا  باشند. نور لیزر با چگالی متوسط نیز برای چشم مضر است، زیرا تشعشع لیزر میتواند بوسیلة لنز چشم بر روی نقطة کوچکی از شبکیة چشم متمرکز شود و باعث آسیب جدی و ماندگار تنها در کسری از ثانیه شود (حتی زمانیکه توان در حد چند میلی وات است) آسیب میتواند ناشی از اثرات گرمایی و فوتوشیمیایی باشد. آسیب لیزری چشم سریعا قابل تشخیص نیست. ممکن است در ابتدا مناطق خارجی شبکیه بسوزد و باعث ایجاد نقاط کوری شود که این فرآیند ممکن است تا چندین سال طول بکشد.
لیزرهای فرابنفش میتوانند باعث سوختگی قرنیه شوند که بسیار دردناک است. تشعشع فرابنفش همچنین باعث ایجاد آب مروارید و تورم قرنیه (photokeratitis) در لنز چشم میشود (به همین دلیل به لیزر اگزایمر XeCl "ماشین آب مروارید" میگویند). لیزرهای مادون قرمز میانی و مخصوصا آنهایی که در طول موج مشخصی با جذب خیلی بالا در قرنیه (از 3 تا 10 میکرومتر) کار میکنند، نیز می توانند باعث آسیبهای دردناک قرنیه بشوند.


 
 
مقدار تحمل چشم در برابر نور علاوه بر چگالی توان به عوامل مختلفی مانند طول موج و مدت تابش (به عنوان مثال عرض پالس) بستگی دارد. مجموعه ای از قوانین با جزییات کامل دربارة محاسبة حدود در معرض بودن ایمن (حداکثر در معرض بودن ممکن MPE) در یک موقعیت داده شده وجود دارد. چنین مقرراتی هر از چند گاهی براساس یافته های جدید علمی بازبینی میشوند.
چشمها خیلی حساس هستند، اما تشعشع لیزر باعث آسیب پوست نیز میشود. برای نورهای مادون قرمز، این آسیب بیشتر بصورت اثرهای حرارتی (سوختن حرارتی پوست) است و شبیه سوختن پوست با منابع دیگر است. عمق نفوذ سوختگی به طول موج بستگی دارد و بخاطر این موضوع است که اشعه لیزر با طول موج 5/1 میکرون بیشتر از اشعه لیزر با طول موج 1 میکرون دردناک است. اما چنین سوختگی هایی اثرات بلند مدت بر روی پوست ندارند، در حالیکه نور فرابنفش میتواند باعث واکنشهای فوتوشیمیایی شود. این واکنشها میتواند به تغییر رنگ، آفتاب سوختگی و یا خیلی بدتر به سرطان پوست منتهی شود.
بعضی موارد ایمنی لیزر از اثرات تشعشع غیر مستقیم لیزر منشاءگرفته است:

  • اشعه لیزر بسیار شدید میتواند مواد را مشتعل کند و در نتیجه باعث آتش سوزی شدید شود.
  • در فرآوری مواد با لیزر دودهای سمی، قطرات مذاب داغ یا گردو غبار مواد میتوانند بر روی کارگرهای نزدیک دستگاه تاثیر بگذارند. برای مثال دودهای حاوی آرسنیک، کرم یا نیکل در هنگام برش قطعات فلزی و پلاستیکی میتواند مواد ارگانیک بسیار خطرناک تشکیل دهند.
  • تشعشعات ثانویه (مانند فرابنفش و حتی اشعة ایکس) در زمانیکه اشعه های چگالی بالا اهداف مشخصی را به دماهای بالا میرسانند، میتوانند تولید شوند.
تنها نور خطرناک نیست
موارد زیر تنها به اشعه لیزر مربوط نمیشوند:

  • ولتاژهای الکتریکی بالا که در منابع تغذیه لیزر استفاده میشوند (مانند لامپهای تخلیه) باعث خطراتی در هنگام تعمیرات یا زمانیکه کابلها آسیب دیده اند میشوند.
  • بعضی سیستمهای لیزری حاوی مواد شیمیایی خطرناک هستند (مانند لیزرهای رنگ)
  • لیزرهای دیگر دارای تیوبهای انفجاری یا شکننده هستند (مانند لامپهای قوسی)
در حقیقت، بیشتر موارد اتفاقات مربوط به لیزر به دلیل چنین خطراتی (مخصوصا شوک الکتریکی) صورت گرفته است تا تشعشعات لیزر.
 
-  موقعیت های مخصوص خطرناک
لیست موارد ایمنی زیر یک لیست کامل نیست اما میتواند آگاهی از انواع خطرات ممکن را بهبود بخشد:

  • منابع تغذیه ولتاژ بالا در هنگامی خطرناک هستند که کارگران با قسمتهای داخلی یا کابل ولتاژ بالا در تماس باشند.
  • بعضی از لیزرها نیازمند انتقال مواد شیمیایی خطرناک – مانند محلولهای رنگی در لیزرهای رنگ- هستند. بعضی از این محلولها در پوست نفوذ میکنند و در نتیجه باید با مراقبت مخصوص حمل شوند.
  • اشعه های مادون قرمز نزدیک با توان یکسان بسیار بیشتر از نور مرئی زیان آور هستند، زیرا تشعشع امواجشان در مکانی از قرنیه متمرکز میشود که نور مرئی نیز آنجا متمرکز میشود و عمل پلک زدن چشم انسان نیز انجام نمیشود. همچنین امکان هیچ اخطاری وجود ندارد حتی در نور بسیار ضعیف: وقتی یک اشعه خطرناک در مسیر ناخواسته پخش میشود، هیچ چیز قابل مشاهده نیست.
  • لیزرهای فرابنفش نه تنها به چشمها بلکه به پوستها نیز آسیب میرسانند.
  • منابع لیزری پالسی مانند لیزرهای Q-switch یا تقویت کننده‌ های احیاء کننده، پالسهایی با قله توان بسیار بالاتر از توان خروجی متوسط یک لیزر توان بالا تولید میکنند. یک تک پالس از لیزرهای کوچک دستی میتواند به طور کلی چشم را از کار بیاندازد.
  • در چیدمانهای باز لیزر، بازتابشهای فضایی ثانویه (بوسیله قطعات چیدمان یا وسایل متحرک فلزی و حلقه ها، بازتابش باقیمانده پوششهای ضد تابش ایجاد میشوند) ممکن است باعث پخش اشعه های خطرناک از چیدمان و آسیب به چشم شود.
  • فیبرهای نوری (انتقال توانهای نوری بالا بین اتاقهای مختلف) اگر تخریب شوند، ممکن است باعث آزاد شدن تشعشع خطرناک شوند. بنابراین این فیبرها باید بطور مخصوصی مراقبت شوند.
  • لیزرهای پرتوان (توانهای در حد کیلووات) نه تنها باعث آسیب به چشم میشوند بلکه باعث آسیب به پوست حتی در زمانهای تابش کم نیز میشوند. زمانیکه این اشعه ها به موادی مانند چوب یا پلاستیک برخورد میکنند میتوانند باعث آتش سوزی و تولید دودهای سمی شوند.
موارد زیر خطر کمتری دارند:
  • چیدمان با اشعه های مرئی توان پایین که رفلکس پلک زدن چشم انسان میتواند محافظت کافی در برابر در معرض قرار گرفتن ناگهانی چشم در توانهای متوسط را ایجاد کند.
  • منابعی که در محدوده تشعشعی ایمن چشم (مانند طول موجهای بالاتر از 5/1 میکرون) کار میکنند و نور در لنز چشم جذب میشود و در نتیجه نمیتواند به قرنیه برسد.
  • چیدمان تمام بسته با یک قفل داخلی(interlock) که به طور خودکار منبع امواج را در صورت باز شدن دستگاه خاموش میکند.
 
-سطوح ایمنی
جهت ارائه راهنمایی برای کارکرد مناسب و پیش محافظت لازم، دستگاههای لیزر به سطح های ایمنی مختلفی تقسیم شده اند. در سطح 1 کمترین خطر (مانند لیزرهای در سطح توان میکرووات) و سطح 4 بیشترین خطر وجود دارد. لازم به یادآوری است که سطح ایمنی لیزر تنها به توان لیزر، کیفیت اشعه و طول موج لیزر بستگی ندارد بلکه به در دسترس بودن مناطق خطرناک نیز وابسته است: حتی ممکن است یک لیزر پرتوان در سطح ایمنی 1 قرار گیرد وقتی هیچ تشعشع خطرناکی از محفظه کاملا بسته خارج نشود.
جزییاتی مانند قطر اشعه یا واگرایی اشعه لیزر بطور اساسی در چنین طرح ساده شده ای کنار گذاشته شده اند. مفهوم این طرح برای سطح بندی محصول خود لیزر براساس حدود تابش است تا بیشتر برحسب چیدمان خاصی از لیزر. سطح بندی به طور غیر مستقیم براساس حدود در معرض قرارگرفتن برای چشم و همچنین در نظر گرفتن بدترین حالت (مانند فاصله افراد تا دریچه لیزر، زمان در معرض قرار گرفتن و امکان استفاده از وسایل اپتیکی) انجام میپذیرد. بنابراین سطح بندی به تخمین زدن بالای خطرات معین تمایل دارد و یک مقررات ایمنی کامل همه جزییات چیدمان و مسیر استفاده از آن را در نظر میگیرد.
جدول1- سطح های ایمنی لیزر بین المللی، با توضیحات ساده شده و تقریبی. برای جزییات بیشتر به اسناد استاندارد ایمنی لیزری قابل دسترس مراجعه شود.

سطح ایمنی توضیح مختصر
1 تشعشعات لیزری قابل دسترس تحت شرایط منطقی استفاده خطرناک نیستند. مثالها: لیزر دیود 2/0 میلی وات، لیزر Nd:YAG 10 وات کاملا بسته
1M تشعشع لیزر قابل دسترس خطرناک نبوده و هیچ گونه ابزار اپتیکی مثلا برای تمرکز لیزر استفاده نشده است.
2 تشعشع لیزر قابل دسترس به محدوده طول موج مرئی محدود شده است (700-400 نانومتر) و توان قابل استفاده 1 میلی وات است. بخاطر رفلکس پلک زدن، برای چشم در زمان در معرض قرار گرفتن محدود (تا 0.25 ثانیه) خطرناک نیست. مثال: بعضی از لیزرهای پویینتر (اشاره گر)
2M مانند سطح 2، اما با محدودیتهای اضافه جهت استفاده نکردن ابزارهای اپتیکی. توان ممکن است از 1 میلی وات بیشتر شود اما قطر اشعه در مناطق در دسترس به اندازه کافی بزرگ است تا چگالی را به سطوح ایمن در زمانهای در معرض کم، کاهش دهد.
3R تشعشع قابل دسترس ممکن است برای چشم خطرناک باشد اما حداکثر میتواند 5 برابر توان اپتیکی مجاز سطح 2 (برای تشعشع مرئی) یا سطح 1 (برای بقیه طول موج ها) باشد.
3B تشعشع قابل دسترس ممکن است برای چشم خطرناک باشد و همچنین تحت شرایط خاص برای پوست نیز میتواند مضر باشد. تشعشع های پخشی (مانند تشعشع های پراکنده شده از هدفهای پخشی) باید بطور طبیعی بدون خطر باشند. تا توان 500 میلی وات در محدوده طول موج مرئی مجاز است.
مثال: لیزر Nd:YAG موج پیوسته دو فرکانسی با توان 100 میلی وات
4 تشعشع قابل دسترس بسیار برای چشم و پوست خطرناک است. حتی نور بازتابش های پخشی نیز ممکن است برای چشم خطرناک باشد. تشعشع ممکن است باعث آتش سوزی یا انفجار بشود.
مثال: لیزر یون آرگون 10 وات، لیزر دیسک نازک 4 کیلووات در چیدمان باز
 
 
باید توجه کرد که طرحهای سطح بندی مختلفی وجود دارد (مانند نمونه های آمریکایی و بین المللی) که سطح بندی 1 تا 4 را با شرایط مختلف استفاده میکنند (سیستم آمریکایی از سطوح I,IA,II,IIIA,IIIB  وIV شبیه سطح های 1 تا 4 سیستم بین المللی استفاده میکند اما با تغییرات مشهود). استانداردهای بسیار مخصوص و مهم عبارتند از:

  • استاندارد ایمنی بین المللی لیزر برای کمیسیون الکترونیک بین الملل(IEC) IEC 60825-1
  • استاندارد آمریکایی ANSI Z-136 (با تغییرات مختلف Z-136.X و مخصوصا Z-136.1 ویرایش 2007)
استاندارد IEC بطور کامل با استاندارد سازمان اروپایی استانداردسازی EN60825-1 تطابق یافته است و در ویرایشهای ملی مختلف مانند DIN EN60825-1 در آلمان منتشر شده است. باید توجه کرد که این استانداردها مواردی بیشتر از تعریف کردن سطوح ایمنی را پوشش میدهند؛ آنها همچنین اندازه گیری هایی را که لازم است انجام شود تا محصولات لیزر در چنین سطح هایی ایمنی کار کنند را نیز مشخص کرده اند. همچنین قوانین دولتی مانند 21 CFR 1040.10 وجود دارد که هنوز در آمریکا به کار میرود، همچنین استانداردIEC/EN که اکنون در آمریکا با اضافاتی پذیرفته شده است.
در کل وظیفة سازندة لیزر است که محصول لیزر را سطح بندی کند و آنرا با برچسب های هشداردهنده مجهز کند. اگرچه سطح بندی ممکن است با تغییرات استفاده کننده بر روی لیزر تغییر کند و در نتیجه استفاده کننده مسئول سطح بندی دوباره است.
- منطقه خطر کوچک
بطور اساسی اندازه های ایمنی لازم برای یک چیدمان لیزر داده شده بطور پایه ای تنها با سطح ایمنی لیزر تعیین میگردد. همانطور که اشاره شد، این سطح بندی جزییاتی مانند واگرایی لیزر (که بسیار برای مسائل ایمنی مهم است) را نشان نمیدهد. یک اشعه لیزر متمرکز قوی میتواند در یک فاصله متوسط کم از نقطه تمرکز بسیار واگرا شود و شدتهای توان به نزدیکی زیر سطح مجاز در معرض بودن چشم  میرسد. در چنین مواقعی، میتوان "منطقه خطر کوچک" (NHZ) تعریف کرد که در آن سطوح در معرض قرار گرفتن ایمن ممکن است افزایش پیدا کند تا اندازه گیریهای محدود کننده مشخص در این ناحیه اعمال شود و نیازی به انجام آن در کل اتاق نباشد.
-ملاحظات تکنیکی (فنی)
مثالهایی از ملاحظات فنی ایمنی لیزر که معمولا استفاده میشود به قرار زیر است:

  • استفاده از عینکهای محافظ، بطور موثری تشعشعها در طول موجهای نزدیک به طول موج لیزر را جذب میکند.
  • احاطه کردن کل یا جزیی از سیستم لیزر در محفظه ایمن که با مواد جاذب اشعه ساخته شده از بازتابشهای طیف امواج جلوگیری میکند.
  • دیوارسازی محافظتی اطراف مناطق کاری خطرناک، پایش حضور افراد با پرده های نوری، اسکنرهای لیزری یا شمارشگر افراد
  • قفل داخلی که بطور خودکار لیزر را خاموش کند یا اشعه لیزر را ببندد زمانیکه محوطه محافظت شده یا در باز میشوند.
  • سویچهای منبع تغذیه که با کلید کار میکنند و از دسترسی افراد غیر مجاز به لیزر جلوگیری میکنند.
  • نوشته های هشدار آمیز (که مشخص کنندة انواع لیزر در پشت درها هستند)، چراغهای هشدار (که نشان دهندة روشن بودن منبع لیزر است) و درهای اتوماتیک قفل شونده که از ورود افراد به منطقه خطرناک جلوگیری کند.
  • محافظهای اشعه (که هم اشعه های اصلی و هم بازتابشها را میگیرند) از خروج اشعه های مضر از چیدمان اپتیکی جلوگیری میکند.
  • اشعه های آزمایشی مرئی کم توان و مانند آنها که مسیر اشعه های لیزر نامرئی را مشخص میکنند.
-اندازه گیریهای غیر فنی
اندازه گیریهای فنی به تنهایی برای ایمنی مناطق خطرناک کافی نیستند. تعدادی از فرآیندهای غیر فنی که بسیار مهم هستند در ادامه می آیند:

  • ریسک هر نوع مغایرت و تغییری از قبل باید در نظر گرفته شود. آنها باید هر زمانی که تغییر مهمی در فرآیند ایجاد میشود دوباره بررسی شوند. مثلا استفاده از دستگاه، کاربردها، کارکنان و جزییات اتاق.
  • براین اساس، روشهای منطقی برخورد با این ریسکها باید توسعه داده شوند. این شامل به کارگیری اندازه گیریهای فنی و ایجاد تمرینهای کاری مناسب است. نتایج باید بصورت واضح در مقررات ایمنی توضیح داده شود.
  • آموزشهای ایمنی لازم برای همه کارکنان که در معرض ریسک هستند، باید صورت بگیرد تا اطلاعات لازم در مورد ریسک و روشهای مناسب برخورد با آن فراگرفته شود. آموزش خصوصی توسط یک فرد حرفه ای و آگاه، بسیار ارزشمند خواهد بود و این میتواند همراه با مواد آموزشی مانند جزوه و ویدیو ایمنی لیزر باشد.
  • همه مسئولیتها باید بدرستی تعیین و بطور واضح تعریف شوند.
همچنین بسیار مهم است که دیدگاهی ایجاد شود که همه کارکنان را به سمت حفظ شدید مقررات ایمنی تشویق کند و مسئولیتهای خود و دیگر همکارانشان را تشخیص دهند و راه حل های عملی پیشنهاد بدهند.
-مقررات ایمنی لیزر
ایجاد مقررات ایمنی لیزر برای بعضی از وسایل تولیدی کار سختی است و برای یک آزمایشگاه تحقیقاتی بسیار سخت تر نیز میشود. این بدلیل آن است که چندین هدف در هم می آمیزد:

  • مقررات باید بسیار واضح و قابل درک برای آنها که میخوانند باشد.
  • مقررات باید قابل اجرا و عملی باشد و تحت همه شرایط کاری ایده ال باشد؛ محدودیتهای اعمال شده باید طوری باشند که همه ریسکها را به حداقل برساند اما تداخلی با اصل انجام کار ایجاد نکند.
  • مجموعه قوانین باید خلاصه باشد تا همه بتوانند اآنها را بخوانند و به خاطر بسپارند.
البته روشن است که توازن باید رعایت شود. مثلا بین خلاصه سازی و مناسب بودن برای موقعیتهای مختلف، یا بین ایمنی و کارایی. اولویت بالا دادن به ایمنی و در نظر نگرفتن کارایی تولید و نیازهای عملی مشابه باعث ایمنی نمیشود. زیرا ریسک در نظرنگرفتن یا فراموش کردن مقررات بالا میرود. به طور کلی آنالیز خطرات و تعیین روش عملی برخورد با آنها کار بسیار سخت و مشکلی است.
- موانع معمول
متاسفانه مقررات منطقی ایمنی لیزر در بسیاری از مکانها مانند آزمایشگاههای توسعه و تحقیقات، یا وجود ندارند یا بطور مستمر به کنار گذاشته میشوند. دلایل ممکن (که توجیه خوبی نیستند) اینها هستند:

  • کمبود آگاهی عمومی از موارد ایمنی لیزر
  • کمبود اطلاعات دسترس درباره موارد ایمنی مخصوص مانند خطرات بالقوه پالسهای لیزری بسیارکوتاه در لیزرهای mode-locked (احتمال خطر تنها با توان متوسط یا قله توان و عرض پالس تعیین میشود) و یا آگاهی از خطرات مربوط به دودهای سمی.
  • اثرات ناخواسته مانند اشعه های خارج از محور تصادفی، بخارات مواد سمی، نقصها یا ضعف طراحی تجهیزات ایمنی و غیره.
  • برچسبهای اشتباه مانند " لیزر کم توان": یک لیزر مادون قرمز نزدیک 10 میلی وات ممکن است توان کمی داشته باشد اما هنوز بسیار برای چشم خطرناک است.
  • شناسایی اشتباه خطرات و قضاوت نادرست بر روی کارکرد روزانه (" ما همیشه این طور کار میکنیم")
  • تمایل عمومی انسان به سمت کم در نظر گرفتن خطرات نامرئی است، مخصوصا وقتی آنها در زمانهای طولانی هیچ اثر واضحی ندارند.
  • نداشتن تجهیزات ایمنی (مانند تعداد ناکافی عینکهای لیزر در مواقعی که بازدید کننده می آید).
  • تجهیزات ایمنی نامناسب و مزاحم و غیر کاربردی مانند عینکهای لیزری که نمیتوانند دیگر به مدت طولانی استفاده شوند.
  • فشار زیاد برای سریع نتیجه گرفتن
  • مقررات ایمنی لیزری غیر عملی که این نکته را در نظر نمیگیرند که عمل به مقررات توسط اپراتورها بر اساس علاقه است.
  • مجموعه قوانین خیلی خلاصه و رسمی که مسلما باعث میشود مشکلات اصلی به رییس اطلاع داده نشود و کمکی به زندگی واقعی نمیکند.
  • سوپروایزرهای مسؤولیت ناپذیر و کم توجه که حتی بیشتر اوقات افراد مسؤولیت پذیر را نیز مسخره میکنند.
به خاطر چنین مواردی است که (حذف همه آنها با هم کار بسیار سختی است) ایمنی کامل لیزر (غیرممکن شدن ایجاد خطرش) به راحتی ممکن نیست. اگرچه مقررات منطقی و عملی میتوانند بسیاری از خطرات را کم کنند بدون آنکه بر روی کارایی تولید شدیداً تاثیرگذار باشند.
-تعدادی راهنمایی که باید در ذهن داشته باشیم:
- تفکر سنجش خطر و مقررات منطقی قبل از اتفاق افتادن حادثه لازم است (مثلا قبل از شروع به کار).
- مقررات باید عملی و راحت باشند زیرا در غیر این صورت آنها زیر پا گذاشته میشوند. بودن در طرف "ایمن" با اعمال مقررات غیر منطقی و غیرواقعی بر کارگران باعث عدم احترام به قوانین و همچنین باعث عدم کارایی میشود.
- همه مسؤولیتها برای هر کسی که درگیر است باید بطور واضح مشخص باشد. تعیین افسر ایمنی لیزر به تنهایی کافی نیست (شاید قدرت اعمال مقررات و زمان لازم را نداشته باشد).
- بحثهای احمقانه برای شکستن قوانین مانند "من همیشه این طور کار انجام میدهم" یا " من میدانم که دیگران هم همین کار را انجام میدهند" باید ممنوع شود.
- عمل به مقررات به طور رسمی کافی نیست. اپراتورها باید در طول کار مستمر آگاه به خطرات باشند.
 

1395/10/12