ایمنی لیزر / Laser safety

پرتوهای لیزر عمدتا از طریق اثرات حرارتی باعث آسیب میگردند. حتی لیزرهای با توان متوسط میتوانند موجب آسیب به چشم شوند. لیزرهای با قدرت بالا میتوانند پوست را هم بسوزانند. بعضی از لیزرها آنقدر قوی هستند که حتی انعکاس از یک سطح پراکنده کننده (همچون کاغذ و گچ) میتواند برای چشم خطرناک باشد.

هممانی (coherence)، زاویهء کم واگرایی نور لیزر و مکانیزم تمرکز چشم به معنای آنست که نور لیزر میتواند به یک نقطهء کوچک بر روی شبکیه متمرکز شود. یک افزایش دمای زودگذر فقط 10 درجه سانتیگراد میتواند به سلولهای حساس به نور شبکیه آسیب وارد کند. اگر لیزر بقدر کافی قوی باشد، آسیب دائمی میتواند در کسری از ثانیه رخ دهد، یعنی سریعتر از سرعت چشم برهم زدن. تشعشع لیزر با قدرت کافی در محدودهء مرئی تا نزدیک به مادون قرمز (400 تا 1400 نانومتر) در کرهء چشم نفوذ کرده و میتواند باعث گرم شدن شبکیه شود، درحالیکه تشعشع لیزر با طول موجهایی کمتر از 400 نانومتر و بیشتر از 1400 نانومتر بیشتر بوسیلهء قرنیه و عدسی چشم جذب شده و منجر به آب مروارید یا سوختگی میشود.

لیزرهای مادون قرمز بخصوص خطرناک هستند زیرا رفلکس محافظتی چشم برهم زدن فقط بوسیلهء نور مرئی فعال میشود. برای مثال بعضی افراد که در معرض لیزر Nd:YAG با توان بالا که تشعشع نامرئی 1064 نانومتر دارد قرار گرفته اند ممکن است دردی احساس نکنند یا متوجه آسیب فوری به دید خود نشوند. یک صدای تق یا تیک که از کرهء چشم می آید ممکن است تنها نشانهء آسیب شبکیه باشد؛ یعنی شبکیه به بیش از 100 درجهء سانتیگراد گرم شده که موجب جوشیدن انفجاری همراه با ایجاد فوری یک نقطهء کور دائمی شده است.

لیزرها میتوانند در بافت زنده، هردوی چشم و پوست، از چند مکانیزم موجب آسیب شوند. آسیب حرارتی، یا سوختگی، وقتی رخ میدهد که بافت ها آنقدر گرم میشوند که تغییر شکل پروتئین ها رخ میدهد. مکانیزم دیگر آسیب فتوشیمیایی است که در آن نور موجب واکنش های شیمیایی در بافت میشود. آسیب فتوشیمیایی بیشتر با طول موج کوتاه (آبی) و ماوراء بنفش رخ میدهد و میتواند در طول ساعتها افزوده شود. پالسهای لیزر کوتاهتر از 1 میکروثانیه میتوانند باعث یک افزایش سریع در دما شوند که موجب جوشش انفجاری آب میشود. موج شوک حاصل از انفجار میتواند متعاقبا موجب آسیب در نقاطی نسبتا دور از نقطهء برخورد شود. پالسهای فوق کوتاه میتوانند همچنین اثر خودتمرکزی را در بخشهای شفاف چشم داشته باشند که منجر به افزایش پتانسیل آسیب در مقایسه با پالسهای طولانی تر با انرژی برابر میشود.

چشم نور مرئی و نزدیک مادون قرمز را روی شبکیه متمرکز میکند. یک پرتوی لیزر میتواند تا 200 هزاربرابر بیشتر از نقطهء ورود پرتوی لیزر به چشم بر روی شبکیه متمرکز شود. نور ماوراء بنفش با طول موجهایی کوتاهتر از 400 نانومتر تمایل به جذب شدن در قرنیه و عدسی دارد که میتواند در قدرت های نسبتا پایین بخاطر آسیب فتوشیمیایی موجب صدمه شود. نور مادون قرمز عمدتا باعث صدمهء حرارتی به شبکیه در طول موجهای نزدیک مادون قرمز و صدمه به بخشهای جلوتر چشم در طول موجهای طولانی تر میشود.

لیزرها از اوایل دههء 1970 با طول موج و حداکثر قدرت خروجی به چهار کلاس و چند زیرکلاس طبقه بندی شده اند. این طبقه بندی لیزرها را براساس توانایی آنها برای تولید صدمه در افراد، از کلاس 1 (عدم خطر در طول استفادهء عادی) تا کلاس 4 (خطر جدی برای چشمها و پوست) طبقه بندی میکند. دو سیستم طبقه بندی وجود دارند؛ سیستم قدیمی که قبل از 2002 استفاده میشد، و سیستم بازنگری شده که از 2002 درحال جایگزین شدن بوده است.

—————————————————————–

- سیستم طبقه بندی قدیمی

– کلاس I
ذاتا امن؛ امکان صدمه به چشم وجود ندارد.
این میتواند بخاطر قدرت خروجی کم باشد که حتی پس از ساعتها در معرض آن بودن، صدمهء چشم غیرممکن است، یا بخاطر یک محیط محصور شده که از دسترسی کاربر به پرتو لیزر در طول عملیات عادی جلوگیری میکند، همچون پخش کننده های CD یا اشاره گرهای لیزری.

– کلاس II
عکس العمل چشم برهم زدن چشم انسان از صدمه جلوگیری میکند، مگر آنکه شخص عمدا به پرتوی لیزر برای زمان بیشتری خیره شود. توان خروجی ممکن است تا 1 میلی وات باشد. این کلاس تنها شامل لیزرهای نور مرئی میشود. بیشتر اشاره گرهای لیزری در این مقوله هستند.

– کلاس IIIa
لیزرهای این کلاس بیشتر در ترکیب با ابزارهای نوری که قطر پرتو یا چگالی قدرت خروجی را تغییر میدهند خطرناک هستند، هرچند حتی بدون افزایش توسط ابزار نوری، تماس مستقیم با چشم برای بیش از دو دقیقه میتواند موجب صدمهء جدی به شبکیه شود. قدرت خروجی از 5 میلی وات تجاوز نمیکند. چگالی قدرت پرتو نمیتواند از 2.5 میلی وات بر سانتیمتر مربع تجاوز کند اگر وسیله با یک برچسب هشدار احتیاط مشخص شده باشد، در غیر این صورت یک برچسب هشدار خطر مورد نیاز است. بسیاری از لیزرهای هدفگیری اسلحه های گرم و اشاره گرهای لیزری در این مقوله هستند.

– کلاس IIIb
لیزرهای این کلاس میتوانند درصورت وارد شدن مستقیم پرتوها به چشم موجب صدمه شوند. این عموما به لیزرهای با قدرت 5 تا 500 میلی وات اعمال میشود. لیزرهای این مقوله میتوانند ظرف یک صدم ثانیه یا کمتر بسته به قدرت لیزر باعث صدمهء دائمی چشم شوند. یک انعکاس از سطوح پراکنده کننده عموما خطرناک نیست اما انعکاس از سطوح آینه وار میتواند به اندازهء برخورد مستقیم خطرناک باشد. پوشش محافظ چشم وقتیکه امکان برخورد مستقیم پرتو وجود دارد توصیه میشود. لیزرهای در حد بالایی قدرت این کلاس همچنین میتوانند یک خطر آتش سوزی باشند و میتوانند پوست را بصورت خفیف بسوزانند. بسیاری اشاره گرهای لیزری در این سطح خروجی اکنون در این مقوله در دسترس هستند.

– کلاس IV
لیزرهای این کلاس قدرتهای خروجی بیش از 500 میلی وات دارند و میتوانند موجب آسیب جدی دائمی به چشم یا پوست شوند بدون اینکه بوسیلهء چشم یا ابزار مصنوعی تقویت شوند. انعکاس از سطوح پراکنده کننده میتواند در محدودهء خطر برای چشم یا پوست خطرناک باشد. بیشتر لیزرهای صنعتی، علمی، نظامی، پزشکی، و بعضی لیزرهای دستی در این مقوله هستند.

—————————————————————–

- سیستم طبقه بندی بازنگری شده

– کلاس 1
تحت تمام شرایط استفادهء عادی بی خطر است. یعنی وقتی با چشم غیرمسلح یا با کمک تقویت کننده های معمولی (بطور مثال تلسکوپ یا میکروسکوپ) دیده شود خطری ندارد. برای تایید سازگاری، استاندارد، روزنه و فاصله را برای چشم غیرمسلح، یک تلسکوپ معمولی درحال مشاهدهء پرتوی موازی شده، و یک میکروسکوپ معمولی درحال مشاهدهء یک پرتوی واگرا را مشخص میکند. مهم است که بدانیم که لیزرهای معینی که در کلاس 1 طبقه بندی شده اند ممکن است هنوز وقتی که بوسیلهء یک تلسکوپ یا میکروسکوپ با روزنهء بقدر کافی بزرگ دیده شوند خطرناک باشند. برای مثال، یک لیزر با توان بالا با یک پرتوی موازی خیلی بزرگ یا خیلی واگرا ممکن است در کلاس 1 طبقه بندی شود اگر قدرتی که از روزنهء تعریف شده در استاندارد عبور میکند کمتر از AEL برای کلاس باشد؛ اما یک سطح قدرت غیرامن ممکن است بوسیلهء یک ابزار نوری تقویت کننده با روزنهء بزرگ جمع آوری شود.

– کلاس 1M
این کلاس برای تمام شرایط استفاده بجز وقتیکه از طریق ابزار نوری تقویت کننده همچون میکروسکوپ و تلسکوپ عبور داده شود بی‌خطر است. لیزرهای این کلاس پرتوهای با قطر زیاد یا پرتوهایی که واگرا هستند تولید میکنند. اگر پرتو مجددا متمرکز شود، خطر لیزرهای کلاس 1M میتواند افزایش پیدا کرده و کلاس محصول تغییر کند. یک لیزر در این کلاس طبقه بندی میشود اگر قدرتی که میتواند از طریق مردمک چشم غیرمسلح عبور کند کمتر از AEL برای کلاس 1 باشد، اما قدرتی که میتواند بوسیلهء ابزارهای تقویت کنندهء نوری (مطابق تعریف در استاندارد) به داخل چشم جمع آوری شود بیشتر از AEL برای کلاس 1 و کمتر از AEL برای کلاس 3B باشد.

– کلاس 2
کلاس 2 امن است زیرا رفلکس چشم برهم زدن اجازه نمیدهد بیش از 0.25 ثانیه چشم در معرض آن باشد. آن تنها به لیزرهای نور مرئی (400 تا 700 نانومتر) اعمال میشود. لیزرهای کلاس 2 به موج پیوستهء 1 میلی وات، یا بیشتر اگر زمان انتشار کمتر از 0.25 ثانیه باشد یا اگر نور از نظر فضایی هممان نباشد محدود میشوند. جلوگیری عمدی از چشم برهم زدن میتواند منجر به صدمهء چشم شود. بسیاری از اشاره گرهای لیزری و ابزارهای اندازه گیری در کلاس 2 هستند.

– کلاس 2M
لیزرهای این کلاس اگر از طریق ابزار نوری مشاهده نشوند بخاطر رفلکس چشم برهم زدن بیخطر هستند. همچون کلاس 1M، این به پرتوهای لیزر با قطر زیاد یا واگرایی زیاد که برای آنها میزان نور درحال عبور از مردمک نمیتواند از محدودیت برای کلاس 2 تجاوز کند اعمال میشود.

– کلاس 3R
این کلاس درصورتیکه با احتیاط استفاده شود امن تلقی میشود. در این کلاس MPE میتواند تجاوز کند، اما با یک ریسک پایین صدمه. لیزرهای نور مرئی پیوسته در کلاس 3R به 5 میلی وات محدود هستند. برای طول موجهای دیگر یا برای لیزرهای پالسی، محدودیت های دیگری تعلق میگیرند.

– کلاس 3B
لیزر این کلاس اگر چشم بصورت مستقیم در معرض قرار گیرد خطرناک است، اما انعکاس از سطوح پراکنده کننده همچون کاغذ یا سطوح مات دیگر مضر نیست. AEL برای لیزرهای پیوسته در محدودهء طول موج از 315 نانومتر تا مادون قرمز دور 0.5 وات است. برای لیزرهای پالسی بین 400 تا 700 نانومتر، AEL برابر 30 میلی وات است. محدودیت های دیگری به بقیهء طول موجها و به لیزرهای پالس فوق کوتاه اعمال میشوند. پوشش محافظ چشم معمولا جاییکه مشاهدهء مستقیم لیزر این کلاس ممکن است رخ دهد لازم است.

– کلاس 4
کلاس 4 خطرناک ترین کلاس لیزر است که شامل تمامی لیزرهایی میشود که از AEL کلاس 3B تجاوز میکنند. بر اساس تعریف، یک لیزر کلاس 4 میتواند پوست را بسوزاند، یا بر اثر مشاهدهء مستقیم، انعکاس پراکنده یا غیرمستقیم پرتو موجب صدمهء دائمی ویران کننده به چشم شود. این لیزرها میتوانند مواد سوختنی را مشتعل کنند و بنابراین میتوانند یک ریسک آتش سوزی را داشته باشند.
بیشتر لیزرهای صنعتی، علمی، نظامی، و پزشکی در این مقوله هستند.

—————————————————————–

محافظ چشم باید برای هر نوع بخصوص از لیزر انتخاب شود. برای مثال محافظ چشمی که 532 نانومتر را جذب میکند معمولا ظاهر نارنجی رنگ دارد که طول موجهای بزرگتر از 550 نانومتر را عبور میدهد. چنان محافظی برای محافظت دربرابر یک لیزر 800 نانومتر بی فایده خواهد بود. علاوه بر این، بعضی لیزرها بیشتر از یک طول موج نور را ساطع میکنند و این ممکن است یک مشکل خاص با بعضی لیزرهای دو فرکانسی ارزانتر، همچون اشاره گرهای لیزری سبز 532 نانومتری باشد که بوسیلهء دیودهای لیزر مادون قرمز 808 نانومتر پمپ میشوند و همچنین یک پرتوی لیزر 1064 نانومتر میانی را تولید میکنند که برای تولید خروجی نهای 532 نانومتر استفاده میشود. اگر تشعشع مادون قرمز به پرتو راه یابد، که در بعضی اشاره گرهای لیزری سبز رخ میدهد، آن عوما بوسیلهء محافظهای عادی قرمز یا نارنجی رنگ که برای سبز خالص یا پرتویی که مادون قرمز آن قبلا فیلتر شده است طراحی شده اند سد نخواهد شد.
محافظ چشم مخصوص لیزر YAG و دوفرکانسی برای کار با YAG فرکانس دوبله شده و دیگر لیزرهای مادون قرمز که یک پرتوی مرئی دارند در دسترس است، اما گرانتر است، و محصولات لیزر سبز که با مادون قرمز پمپ میشوند همیشه مشخص نمیکنند که چنان حفاظت اضافه ای مورد نیاز است.

—————————————————————–

- اشاره گرهای لیزری

از 2000 تا 2008، توجه افزاینده ای به ریسک های اشاره گرها و قلم های لیزری صورت گرفت. معمولا، فروش اشاره گرهای لیزری به کلاس 3A (قدرت کمتر از 5 میلی وات) یا کلاس 2 (قدرت کمتر از 1 میلی وات)، برحسب قوانین محلی محدود شده است. برای مثال در آمریکا، کانادا، و انگلیس، کلاس 3A حداکثر اجازه داده شده است، مگر اینکه یک کنترل تحریک شده با کلید یا ویژگیهای حفاظتی دیگری فراهم شده باشند. در استرالیا کلاس 2 حداکثر کلاس اجازه داده شده است. اما چون اجرای قانون اغلب خیلی محکم نیست، اشاره گرهای لیزری از کلاس 2 و بالاتر اغلب برای فروش حتی در کشورهایی که اجازه داده نشده اند در دسترس هستند.

Van Norren و دیگران (1998) نتوانستند یک مثال از لیزر کلاس III با قدرت کمتر از 1 میلی وات را پیدا کنند که باعث صدمه به بینایی شده باشد. Mainster و دیگران (2003) یک مورد را پیدا کردند، یک بچه 11 ساله که بصورت موقتی به بینایی خود با نگه داشتن یک اشاره گر لیزری قرمز با قدرت حدودا 5 میلی وات نزدیک چشم خود و خیره شدن به پرتو برای 10 ثانیه صدمه زده بود، او یک نقطهء کور را تجربه کرد اما پس از 3 ماه کاملا بهبود یافت. Luttrulla و Hallisey (سال 1999) یک مورد مشابه را شرح میدهند، یک مرد 34 ساله که به پرتو یک لیزر کلاس IIIa با قدرت 5 میلی وات برای 30 تا 60 ثانیه خیره شد که باعث نقطهء کور مرکزی و از دست دادن میدان بینایی شد. بینایی او در 2 روز بطور کامل بهبود یافت. یک آزمایش خاص چشمی تغییر رنگ ظریف گودال چشمی را مشخص کرد.

بنابراین، ظاهرا یک مشاهدهء کوتاه 0.25 ثانیه ای یک لیزر با قدرت کمتر از 5 میلی وات همچون آنهایی که در اشاره گرهای لیزری یافت میشوند خطری برای سلامتی چشم نیست. از طرف دیگر پتانسیل یک آسیب وجود دارد اگر شخص عمدا به پرتو یک لیزر کلاس IIIa برای چند ثانیه یا بیشتر در فاصلهء نزدیک خیره شود. حتی اگر آسیب رخ دهد، بیشتر مردم بینایی کامل خود را باز خواهند یافت. ناراحتی های بیشتر تجربه شده میتوانند روانی باشند تا فیزیکی. در ارتباط با اشاره گرهای لیزری سبز زمان در معرض بودن امن میتواند کمتر باشد، و با لیزرهای قدرت بالاتر آسیب دائمی باید تجربه شود.

فراتر از صدمهء فیزیکی به چشم از اشاره گرهای لیزری، چندین اثر ناخوشایند دیگر ممکن هستند. اینها شامل کوری موقتی درصورت مواجهه با پرتو در محیط تاریک، همچون موقع رانندگی در شب هستند. این میتواند موجب از دست دادن لحظه ای کنترل وسیلهء نقلیه شود. اشاره گرهای لیزرهای هدفگیری شده به هواپیما یک خطر برای هوانوردی هستند. یک افسر پلیس که یک دایرهء قرمز را روی سینه اش میبیند ممکن است نتیجه بگیرد که یک تک تیرانداز او را هدف گرفته و در نتیجه عمل تهاجم آمیزی صورت دهد. بعلاوه، رفلکس از جا پریدگی که بوسیلهء بعضی از افرادی که بصورت غیرمنتظره در برابر نور لیزر از این نوع قرار گرفته اند دیده شده است موجب صدمه به خود یا از دست دادن کنترل شده. بخاطر این و دلایل مشابه، واحد کنترل غذا و داروی آمریکا توصیه کرده است که اشاره گرهای لیزری اسباب بازی نیستند و نباید بوسیلهء کودکان به استثنای تحت نظارت مستقیم یک بزرگسال استفاده شوند.

—————————————————————–

لیزرهای استفاده شده در نمایش ها که به سوی مردم تابانده شوند بخاطر سطوح بالای تشعشع لیزر پتانسیل خطر دارند. هرچند گزارشهای کمی دربارهء آسیب این لیزرها وجود دارند، بسیاری از متخصصان مطمئن هستند که آسیب ها رخ میدهد و به چندین دلیل گزارش نمیشوند. همچنین آن یک واقعیت است که چشم اغلب میتواند چندهزار نقطهء آسیب داشته باشد اما مشکل قابل توجهی در بینایی فرد دیده نشود. سیستم بینایی انسان روشهایی برای جبران ناحیه های آسیب دیده دارد، بخصوص وقتی این در حاشیه ها اتفاق می افتد. اغلب تستهای پیچیده برای تعیین ناحیه هایی که بینایی ندارند لازم هستند. دلیل دیگر عدم گزارش صدمه این است که افرادی که در معرض لیزر قرار گرفته اند ممکن است متوجه این نشوند که علت مشکل بینایی آنها مشاهدهء لیزر بوده است.

مقالهء سال 1997 ILSC علتهای دیگری را که چرا صدمات یا واقعا اتفاق نمی افتند یا گزارش نمیشوند ارائه کرد. در میان این نظرات:

- سطوح MPE تقریبا در یک دهم سطحی که در آن صدمه میتواند در 50% موارد چشم معمولی انسانها دیده شود تعیین شده اند. بنابراین اگر در معرض قرار دادن حضار با 10 برابر MPE انجام شود، هنوز شانس یک تغییر قابل کشف به شبکیه 50% است.
- در دیسکو یا کنسرت، تمرکز معمولا منحصرا به منبع لیزر نیست. بنابراین، نور لیزر یا به آنهایی که به جای دیگری غیر از منبع لیزر نگاه میکنند برخورد نمیکند یا با یک زاویهء اریب به چشم برخورد کرده و در قسمت های حاشیه ای بینایی متمرکز میشود.
- مسیر پرتوی لیزر قابل پیشبینی است و بینندگان اغلب با برگرداندن سر، نگاه کردن به جای دیگر، نگاه سریع به پایین، نگاه با چشم نیم باز، و چشم برهم زدن از پرتوهای لیزر بیش از حد درخشان دوری میکنند.
- بیشتر نمایشها در تاریکی کامل انجام نمیشوند؛ بنابراین اندازهء مردمک 4 تا 5 میلی متر بیشتر محتمل است. در 5 میلی متر مردمک فقط حدود 50% مساحت ناحیهء یک مردمک 7 میلی متری است.
- فاصلهء مردمک تا منبع لیزر زیاد است. این موجب فضای بیشتر برای واگرایش پرتو میشود.
- در موارد تصادف یا طراحی ضعیف که یک پرتو ایستای لیزر قدرتمند ممکن است برای ثانیه های زیادی بدون حرکت بماند، شانس کمی برای برخورد با یک مردمک وجود دارد. برای مثال، مجموع مساحت مردمک 100 نفر در یک کلوب شبانه (محدودهء اسکن 10 در 10 متر) حدودا 1/25000 مجموع مساحت ناحیهء اسکن شده توسط لیزر است. بنابراین هر پرتویی که بصورت تصادفی قرار گرفته است فقط یک 25 هزارم شانس برخورد مستقیم با یک مردمک را دارد.
- آنهایی که از لیزر دورتر هستند نور کمتری دریافت میکنند ومحاسبات باید برای نزدیکترین حضار انجام شوند. برای آنهایی که دورتر هستند 1) پرتو میتواند بیشتر دچار واگرایش شود 2) سرعت خطی یک پرتوی اسکن شده با افزایش فاصله افزایش می یابد. برحسب شرایط، قدرت پرتو ممکن است برای حضار دورتر از صحنه بسیار کاهش یافته باشد.

لیزرهای پالسی هرگز نباید برای نمایشها استفاده شوند.

================================

منابع:
Laser safety – Wikipedia, the free encyclopedia
Audience scanning – Wikipedia, the free encyclopedia

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

*

شما می‌توانید از این دستورات HTML استفاده کنید: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>