Bezpieczeństwo pracy z laserami Jan Kasprzak Bezpieczeństwo pracy z laserami Katedra i Klinika Okulistyki, I Wydział Lekarski Akademii Medycznej w Warszawie Kierownik: Prof. dr hab. med. Dariusz Kęcik

LASER (Light Amplification by Stimulated Emissin of Radiation) - wzmocnienie światła przez wymuszoną emisję promieniowania

Fotony wymuszający i wymuszony mają identyczne parametry Zasada emisji wymuszonej Zaburzenie wymuszające Promieniowanie wymuszone Fotony wymuszający i wymuszony mają identyczne parametry

przejście bezpromieniste INWERSJA OBSADZEŃ 3 przejście bezpromieniste 2 Poziom metatrwały akcja laserowa Czynnik wzbudzający 1 GROMADZENIE ENERGII NA POZIOMACH METATRWAŁYCH

REZONATOR - WZMOCNIENIE PROMIENIOWANIA O OKREŚLONEJ DŁUGOŚCI FALI W OKREŚLONYM KIERUNKU

Przykładowa konstrukcja lasera na ciele stałym lostro z transmisją lostro odbijające rezonator układ pompujący ośrodek czynny z inwersją obsadzeń

Duże natężenia promieniowania Cechy promieniowania laserowego Wysoki stopień monochromatyczności Wysoka spójność czasowa i przestrzenna Wysoki stopień kolimacji Duże natężenia promieniowania Nowe techniki sterowania umożliwiające generację bardzo krótkich impulsów Konstrukcja lasera umożliwia koncentrację energii w przestrzeni, czasie i długości fali promieniowania

Duże natężenia promieniowania Cechy promieniowania laserowego Wysoki stopień monochromatyczności Wysoka spójność czasowa i przestrzenna Wysoki stopień kolimacji Duże natężenia promieniowania Nowe techniki sterowania umożliwiające generację bardzo krótkich impulsów Konstrukcja lasera umożliwia koncentrację energii w przestrzeni, czasie i długości fali promieniowania

WŁAŚCIWOŚCI TKANEK WPŁYWAJĄCE NA ZAGROŻENIE PROMIENIOWANIEM LASEROWYM ROZPRASZANIE POCHŁANIANIE TRANSMISJA ODBICIE NA POWIERZCHNIACH GRANICZNYCH EFEKT BIOLOGICZNY WYŁĄCZNIE W WYNIKU POCHŁANIANIA ENERGII

555nm

Koagulator półprzewodnikowy Koagulator argonowy

EFEKT BIOLOGICZNY ZALEŻNY JEST OD GĘSTOŚCI ENERGII POCHŁONIĘTEJ W TKANCE CW: moc pochłonięta, średnica ogniska i czas ekspozycji Impulsowy: energia pochłonięta w impulsie, liczba impulsów i średnica ogniska Laser CW: wpływ zawartości wody na zmiany temperatury od czasu ekspozycji

z przetwornikiem akusto optycznym ND:YAG łączenie tkanek Fotokoagulacja laser argonowy II harmoniczna ND:YAG z przetwornikiem akusto optycznym ND:YAG łączenie tkanek

(laser ekscimerowy 193nm) Fotoablacja (laser ekscimerowy 193nm)

oddziaływanie fotoakustyczne z przełamaniem optycznym Lasery impulsowe oddziaływanie fotoakustyczne z przełamaniem optycznym Czas trwania impulsu 10-8 do 10-9s Chwilowa gęstość mocy 1010 do 1012 W/cm2 Pola elektryczne 107 V/cm Przyczyny wzrostu ciśnienia ( atmosfery ) Formowanie plazmy 1000 – 2000 Rozproszenie Brillouina (fononowe) 50 – 100 Waporyzacja 100 Termiczna ekspansja 100 Elektrostrykcja 0,01 – 100 Ciśnienie promieniowania 0,01

Działanie fotoakustyczne z przełamaniem optycznym ( laser Nd:YAG Q – switch ) Ośrodki przezierne dla niewielkich gęstości mocy stają się nieprzeźroczyste dla impulsów gigantycznych

Działanie fotoakustyczne bez przełamania optycznego Laser erbowy generacja swobodna Q -switch Q -switch

Drążenie z wykorzystaniem lasera erbowego Q - switch

Zagrożenia powodowane promieniowaniem laserowym Poziom promieniowania laserowego nie powodujący obrażeń określany jest jako Maksymalna Dopuszczalna Ekspozycja MDE Inne zagrożenia Zagrożenia elektryczne Zagrożenia od par i gazów Zagrożenia pożarowe lub wybuchowe Zagrożenia innym promieniowaniem

Wartości MDE są odniesione do: - długości fali promieniowania - czasu trwania impulsu i czasu ekspozycji - rodzaju tkanki narażonej na obrażenie - rodzaju ekspozycji (wiązka padająca bezpośrednio lub promieniowanie rozproszone) - rozmiaru obrazu na siatkówce oka w przypadku promieniowania widzialnego i bliskiej podczerwieni. Wartości MDE są ustalane poniżej znanych poziomów zagrożeń, oparte są na informacjach z badań doświadczalnych. Wartości te nie definiują precyzyjnie granicy oddzielającej poziom bezpieczny od niebezpiecznego i powinny być uważane jedynie za wskazówki przy kontroli ekspozycji.

Dyrektywa 2006/25/EC Parlamentu Europejskiego i Rady w sprawie minimalnych wymagań w zakresie ochrony zdrowia i bezpieczeństwa, dotyczących narażenia pracowników na ryzyko spowodowane czynnikami fizycznymi (sztucznym promieniowaniem optycznym), jest w trakcie wdrażania do polskiego systemu prawnego. (Na podstawie informacji Departamentu Prewencji i Promocji GIP IP 11-12/2007)

Podział laserów i urządzeń laserowych na klasy ( PN-EN 60825-1:2005) Lasery, które są bezpieczne w racjonalnie przewidywalnych warunkach pracy. 1M Lasery emitujące promieniowanie w zakresie długości fali od 302,5 nm – 4000 nm, które są bezpieczne w racjonalnie przewidywalnych warunkach pracy, ale mogą stanowić zagrożenie przy obserwacji przez przyrządy optyczne. 2 Lasery emitujące promieniowanie widzialne w zakresie długości fali od 400 nm do 700 nm, gdzie ochrona oka jest w naturalny sposób zapewniona przez reakcje awersyjne, łącznie z odruchem mrugania. 2M Lasery emitujące promieniowanie widzialne w zakresie długości fali od 400 nm do 700 nm, gdzie ochrona oka jest w naturalny sposób zapewniona przez reakcje awersyjne, łącznie z odruchem mrugania. Jednak patrzenie w wiązkę może stanowić zagrożenie przy obserwacji przez przyrządy optyczne. 3R Lasery emitujące promieniowanie w zakresie długości fali od 302,5 nm do 106 nm, potencjalnie zagrażające przy bezpośrednim patrzeniu w wiązkę. 3B Lasery niebezpieczne przy bezpośrednim patrzeniu w wiązkę (w zakresie nominalnej odległości zagrożenia wzroku). Patrzenie na odbite promieniowanie rozproszone jest zazwyczaj bezpieczne. 4 Lasery bardzo niebezpieczne, wytwarzające zagrożenie także przy odbiciach rozproszonych. Mogą powodować obrażenia skóry i zagrożenie pożarem. Ich stosowanie wymaga ekstremalnej ostrożności.

1 1M 2 2M 3R 3A 3B 4 Klasa Nowy podział Stary podział Lasery, które są bezpieczne w racjonalnie przewidywalnych warunkach pracy. Lasery, które są bezpieczne w racjonalnie przewidywanych warunkach pracy 1M Lasery emitujące promieniowanie w zakresie długości fali od 302,5 nm – 4000 nm, które są bezpieczne w racjonalnie przewidywalnych warunkach pracy, ale mogą stanowić zagrożenie przy obserwacji przez przyrządy optyczne. 2 Lasery emitujące promieniowanie widzialne w zakresie długości fali od 400 nm do 700 nm, gdzie ochrona oka jest w naturalny sposób zapewniona przez reakcje awersyjne, łącznie z odruchem mrugania. Lasery emitujące promieniowanie widzialne w zakresie długości fal od 400 nm do 700 nm. Ochrona oka jest zapewniona w sposób naturalny przez instynktowne reakcje obronne, w tym odruch mrugania oka 2M Lasery emitujące promieniowanie widzialne w zakresie długości fali od 400 nm do 700 nm, gdzie ochrona oka jest w naturalny sposób zapewniona przez reakcje awersyjne, łącznie z odruchem mrugania. Jednak patrzenie w wiązkę może stanowić zagrożenie przy obserwacji przez przyrządy optyczne. 3R Lasery emitujące promieniowanie w zakresie długości fali od 302,5 nm do 106 nm, potencjalnie zagrażające przy bezpośrednim patrzeniu w wiązkę. 3A Lasery bezpieczne przy patrzeniu okiem nieuzbrojonym. W przypadku laserów emitujących promieniowanie w zakresie długości fal od 400 nm do 700 nm ochrona oka zapewniona jest przez instynktowne reakcje obronne. 3B Lasery niebezpieczne przy bezpośrednim patrzeniu w wiązkę (w zakresie nominalnej odległości zagrożenia wzroku). Patrzenie na odbite promieniowanie rozproszone jest zazwyczaj bezpieczne. Lasery, które są niebezpieczne podczas bezpośredniej ekspozycji promieniowania. Patrzenie na odbicia rozproszone są zwykle bezpieczne. 4 Lasery bardzo niebezpieczne, wytwarzające zagrożenie także przy odbiciach rozproszonych. Mogą powodować obrażenia skóry i zagrożenie pożarem. Ich stosowanie wymaga ekstremalnej ostrożności. Lasery, które wytwarzają niebezpieczne odbicia rozproszone. Mogą one powodować uszkodzenie skóry oraz stwarzają zagrożenie pożarem. Podczas obsługi laserów klasy 4 należy zachować szczególną ostrożność.

Nominalna odległość zagrożenia wzroku NodZW -odległość, dla której natężenie napromienienia lub napromienienie = MDE Praca ze światłowodem wymaga szczególnej ostrożności Z końcówki światłowodu rozchodzi wiązka się stożkowo. Graniczna odległość przy której zagrożenie już nie występuje zależna jest od parametrów geometrycznych wiązki

Wymagania dotyczące urządzeń laserowych klasy 3B lub 4 Obudowa ochronna. Uruchamianie urządzenia kluczem. Ostrzeganie przed emisją promieniowania laserowego. Tłumik wiązki laserowej umożliwiający przerwanie pracy Bezpieczne sterowanie Miernik promieniowania Wskaźnik miejsca ekspozycji Blokada gniazd światłowodu Zapobieganie odbiciom zwierciadlanym Filtry ochronne w torze obserwacyjnym Okulary ochronne Oznakowanie urządzeń i pomieszczeń laserowych Szkolenia personelu Uwaga praktyczna – rozpoczynanie pracy od ekspozycji z niskimi wartościami mocy lub energii.

Tekst polski Tekst angielski KLASA Tekst polski Tekst angielski 1 URZĄDZENIE LASEROWE KLASY 1 CLAS 1 LASER PRODUCT 1M PROMIENIOWANIE LASEROWE NIE SPOGLĄDAĆ BEZPOŚREDNIO W WIĄZKĘ PRZEZ PRZYRZĄDY OPTYCZNE URZĄDZENIE LASEROWE KLASY 1M LASER RADIATION DO NOT VIEV DIRECTLY WITH OPTICAL INSTRUMENT CLAS 1M LASER PRODUCT 2 PROMIENIOWANIE LASEROWE NIE WPATRYWAĆ SIĘ W WIĄZKĘ URZĄDZENIE LASEROWE KLASY 2 LASER RADIATION DO NOT STARE INTO BEAM CLASS 2 LASER PRODUCT 2M PROMIENIOWANIE LASEROWE NIE WPATRYWAĆ SIĘ W WIĄZKĘ LUB NIE SPOGLĄDAĆ BEZPOŚREDNIO W WIĄZKĘ PRZEZ PRZYRZĄDY OPTYCZNE URZĄDZENIE LASEROWE KLASY 2M LASER RADIATION DO NOT STARE INTO THE BEAM OR VIEV DIRECTLY WITH OPTICAL INSTRUMENTS CLAS 2M LASER PRODUCT 3R PROMIENIOWANIE LASEROWE CHRONIĆ OCZY URZĄDZENIE LASEROWE KLASY 3R LASER RADIATION AVOID DIRECT EYE EXPOSURE CLAS 3R LASER PRODUCT PROMIENIOWANIE LASEROWE UNIKAĆ WIĄZKI LASEROWEJ URZĄDZENIE LASEROWE KLASY 3R LASER RADIATION AVOID EXPOSURE TO BEAM CLAS 3R LASER PRODUCT 3B PROMIENIOWANIE LASEROWE UNIKAĆ WIĄZKI LASEROWEJ URZĄDZENIE LASEROWE KLASY 3B LASER RADIATION AVOID EXPOSURE TO BEAM CLAS 3B LASER PRODUCT 4 PROMIENIOWANIE LASEROWE CHRONIĆ OCZY I SKÓRĘ PRZED PROMIENIOWANIEM BEZPOŚREDNIM LUB ROZPROSZONYM URZĄDZENIE LASEROWE KLASY 4 LASER RADIATION AVOID EYE OR SKIN EXPOSURE TO DIRECT OR SCATTERED RADIATION CLAS 4 LASER PRODUCT

Zakres promieniowania oko skóra fala ciągła (CW)–t ≥0.25 s Zakres promieniowania oko skóra UV-C (nadfiolet daleki) 100 nm - 280 nm Uszkodzenie rogówki Rumień, działanie rakotwórcze, przyspieszone starzenie skóry, reakcje fotoczułe Oparzenie skóry UV-B (nadfiolet średni) 280 nm - 315 nm UV-A (nadfiolet bliski) 315 nm - 400 nm Zaćma (VIS) (zakres widzialny) 400 nm - 700 nm Fotochemiczne i termiczne uszkodzenie siatkówki IR-A (podczerwień bliska) 700 nm - 1400 nm Zaćma, termiczne uszkodzenie siatkówki IR-B (podczerwień średnia) 1400 nm – 3000nm (3 µm ) Zaćma, oparzenie rogówki IR-C (podczerwień daleka) 3 µm - 1 mm Oparzenie rogówki

Rodzaj promieniowania 200 1000 10000 nm Lasery ekscimerowe Laser argonowy Druga harmoniczna Nd:YAG Laser diodowy Laser Nd:YAG Laser CTH:YAG Laser Er:YAG 2000 3000 CO2 Laser rubinowy Okulistyczne lasery barwnikowe Laser HeNe Rodzaj promieniowania Oznaczenie długości fali Promieniowanie nadfioletowe nadfiolet próżniowy UV-C (nadfiolet daleki) UV-B (nadfiolet średni) UV-A (nadfiolet bliski) 10 nm – 100nm 100 nm - 280 nm 280 nm - 315 nm 315 nm - 400 nm Promieniowanie widzialne VIS 380 nm - 780 nm Promieniowanie podczerwone IR-A (podczerwień bliska) IR-B (podczerwień średnia) IR-C (podczerwień daleka) 780 nm - 1400 nm 1400 nm - 3 µm 3 µm - 1 mm

PRZYCZYNY WYPADKÓW PODCZAS PRACY Z LASERAMI

Główne zagrożenie oczu w paśmie 0.4 –1.4 μm zagrożeń promieniowaniem laserowym Promieniowanie może być niewidoczne Może zagrozić z bardzo dużej odległości (wielu kilometrów) Skrajnie wysokie moce w impulsach (GW, a nawet PW) Wiązki wtórne i odbite również stanowią zagrożenie Wiązka może być rozbieżna, zogniskowana lub rozproszona, co prowadzi do skomplikowanego rachunku w celu oceny zagrożenia Główne zagrożenie oczu w paśmie 0.4 –1.4 μm Istotne problemy BHP przy obchodzeniu się z urządzeniami elektrycznymi (napięcia kV) i chemicznymi –chlorowce (lasery ekscymerowe), ciecze kriogeniczne –lasery półprzewodnikowe) produkty obróbki czyli np. pyły pary i gazy