Esistono diverse classificazioni dei rischi laser, che tuttavia sono molto simili. Di seguito è riportata la classificazione internazionale più comune.
● Classe 1: laser a potenza molto bassa e sistemi laser che non sono in grado di fornire livelli di esposizione pericolosi per l'occhio umano. L'emissione dei sistemi di classe 1 non presenta alcun pericolo anche in caso di osservazione diretta a lungo termine da parte degli occhi. In molti paesi la Classe 1 comprende anche dispositivi laser con una potenza laser maggiore, che dispongono di una protezione affidabile contro l'uscita del raggio all'esterno dell'alloggiamento.
● Classe 2: laser visibili a bassa potenza che possono causare danni all'occhio umano se si guarda deliberatamente direttamente il laser per un lungo periodo di tempo. Tali laser non dovrebbero essere utilizzati a livello della testa. I laser invisibili non possono essere classificati come laser di classe 2. Tipicamente, la classe 2 include laser visibili fino a 1 milliwatt.
● Classe 2a (in alcuni paesi). Laser e sistemi laser della classe 2a, posizionati e fissati in modo tale che, se utilizzati correttamente, il raggio non possa penetrare nell'occhio umano.
● Classe 3a. Laser visibili e sistemi laser che normalmente non presentano un pericolo se il laser viene osservato ad occhio nudo solo per un breve periodo di tempo (solitamente a causa del riflesso dell'ammiccamento dell'occhio). I laser possono essere pericolosi se osservati attraverso strumenti ottici (binocolo, telescopio). Solitamente limitato a 5 milliwatt. In molti paesi, i dispositivi di classe superiore in alcuni casi richiedono un permesso speciale per funzionare, certificazione o licenza. Le classi internazionali 2 e 3a corrispondono grosso modo alla classe 2 russa.
● Classe 3b. Laser e sistemi laser che presentano un pericolo se osservati direttamente nel laser. Lo stesso vale per la riflessione speculare del raggio laser. Il laser è classificato di classe 3b se la sua potenza è superiore a 5 milliwatt. In Bielorussia corrispondono grosso modo alla classe 3.
● Classe 4. Laser ad alta potenza e sistemi laser in grado di causare gravi danni all'occhio umano con impulsi brevi (<0,25 с) прямого лазерного луча, а также зеркально или диффузно отражённого. Лазеры и лазерные системы данного класса способны причинить значительное повреждение коже человека, а также оказать опасное воздействие на легко воспламеняющиеся и горючие материалы.
Misure di sicurezza
Il sistema di classificazione della sicurezza laser facilita notevolmente lo sviluppo delle necessarie misure di sicurezza. In pratica, gli standard e i codici di sicurezza laser generalmente richiedono controlli più rigorosi per ciascuna classe superiore di laser.
Prima regola della sicurezza laser:
NON GUARDARE MAI IN NESSUN CASO CON I VOSTRI OCCHI NEL RAGGIO LASER!
Se si riesce a evitare che il raggio laser e i suoi riflessi raggiungano l'occhio, si possono evitare lesioni dolorose e possibilmente accecanti.
Infatti è sempre più desiderabile coprire completamente il percorso del laser e del raggio per rendere inaccessibili le radiazioni laser potenzialmente dannose. In altre parole, se sul posto di lavoro vengono utilizzati solo dispositivi laser di classe 1, la sicurezza è garantita. Tuttavia, in molte situazioni ciò semplicemente non è realistico e pertanto è necessaria la formazione dei lavoratori sull’uso sicuro dei laser e sulle misure di controllo dei rischi.
A parte l'ovvia regola di non puntare il laser negli occhi di una persona, non sono richiesti altri controlli per i prodotti laser di Classe 2. Per i laser di classi superiori è ovviamente necessaria l'applicazione di misure di sicurezza.
Se l'ostruzione generale di un laser di classe 3 o 4 non è possibile, l'uso di alloggiamenti del raggio (ad esempio tubi), deflettori (schermi) e schermi ottici può nella maggior parte dei casi eliminare virtualmente il rischio di esposizione pericolosa agli occhi.
Quando non è possibile bloccare un laser di classe 3 o 4, è necessario creare un'area controllata dal laser con ingresso controllato. È obbligatorio l'uso di protezioni oculari anti-laser all'interno della zona di rischio nominale (NHZ) del raggio laser. Mentre nella maggior parte dei laboratori di ricerca che utilizzano raggi laser collimatori l'NHZ comprende l'intero laboratorio controllato, per i dispositivi a fascio focalizzato l'NHZ può essere insolitamente limitato e potrebbe non coprire l'intera stanza.
Quando si lavora con i laser è necessario indossare occhiali che proteggano dalle radiazioni laser. Anche per un laser da 15 mW sono necessari gli occhiali, perché senza di essi gli occhi si stancano molto. Non usare gli occhiali da sole per proteggere i tuoi occhi!
Il grado di protezione degli occhiali dalle radiazioni laser si misura in OD. OD sta per densità ottica. La densità ottica mostra quante volte gli occhiali attenuano la luce. Uno significa "10 volte". Di conseguenza, "densità ottica 3" significa attenuazione di un fattore 1000 e 6 di un milione. La densità ottica corretta per un laser visibile è tale che dopo gli occhiali derivanti da un colpo diretto del laser, rimane la potenza corrispondente alla classe II (massimo intorno a 1 mW). Per l'invisibile: più sono, meglio è.
Gli occhiali domestici del marchio ZN-22 C3-C22 proteggono dai laser rossi e da alcuni laser infrarossi. Sembrano occhiali da saldatore ma hanno lenti blu.
Laser- acronimo di l notte UN amplificazione di S simulato E missione di R radiazione, che letteralmente si traduce come "amplificazione della luce mediante emissione stimolata" è un dispositivo che converte l'energia della pompa nell'energia di un flusso di radiazione strettamente diretto.
Esistono numerosi tipi diversi di laser. Possono essere suddivisi in gruppi in base alla fonte di pompaggio, al fluido di lavoro e all'area di applicazione. Perché In questo articolo, i laser saranno considerati nel contesto della sicurezza del lavoro con livelli laser e telemetri, quindi verrà prestata attenzione a parametri come lunghezza d'onda operativa (nm) e potenza delle radiazioni (mW).
Lunghezza d'onda , se è nel campo visibile, determina il colore del raggio laser. Potenza delle radiazioni determina la luminosità del raggio, alcune possibilità (puntamento, dimostrazione di effetti ottici, lettura di codici a barre, taglio e saldatura di materiali, chirurgia laser, pompaggio di altri laser).
Radiazione dentro livelli laser E telemetri funziona come un puntatore laser convenzionale: un generatore portatile di onde elettromagnetiche coerenti e monocromatiche nella gamma visibile sotto forma di un raggio stretto. È realizzato sulla base di un diodo laser rosso, che emette nel raggio d'azione 635-670 nm. La potenza della loro radiazione non supera 1,0 mW.
Esistono diverse classificazioni dei rischi laser, che tuttavia sono molto simili. Di seguito è riportata la classificazione internazionale più comune.
| Classe 1 Laser e sistemi laser di bassissima potenza, non in grado di produrre un livello di radiazioni pericoloso per l'occhio umano. L'emissione dei sistemi di classe 1 non presenta alcun pericolo anche in caso di osservazione diretta a lungo termine da parte degli occhi. La Classe 1 comprende anche dispositivi laser con un laser di potenza maggiore, con protezione affidabile contro l'uscita del raggio all'esterno dell'alloggiamento. |
| Classe 2 Laser visibili a bassa potenza in grado di causare danni all'occhio umano se guardati deliberatamente direttamente nel laser per un lungo periodo di tempo. Tali laser non dovrebbero essere utilizzati a livello della testa. I laser invisibili non possono essere classificati come laser di classe 2. Tipicamente, la classe 2 include laser visibili fino a 1 mW |
| classe 2a Laser e sistemi laser della classe 2a, posizionati e fissati in modo tale che, se utilizzati correttamente, il raggio non possa penetrare nell'occhio umano |
| classe 3a Laser visibili e sistemi laser che normalmente non presentano un pericolo se il laser viene osservato ad occhio nudo solo per un breve periodo di tempo (solitamente a causa del riflesso dell'ammiccamento dell'occhio). I laser possono essere pericolosi se osservati attraverso strumenti ottici (binocolo, telescopio). Solitamente limitato a 5 mW. In molti paesi, i dispositivi di classe superiore richiedono in alcuni casi un permesso speciale per il funzionamento, la certificazione o la licenza |
| Classe 3b Laser e sistemi laser che presentano un pericolo se osservati direttamente nel laser. Lo stesso vale per la riflessione speculare del raggio laser. Il laser appartiene alla classe 3b se la sua potenza è superiore a 5 mW |
| Classe 4 Laser ad alta potenza e sistemi laser in grado di causare gravi danni all'occhio umano con impulsi brevi (< 0,25 с) прямого лазерного луча, а также зеркально или диффузно отражённого. Лазеры и лазерные системы данного класса способны причинить значительное повреждение коже человека, а также оказать опасное воздействие на легко воспламеняющиеся и горючие материалы |
I requisiti per la progettazione e le caratteristiche tecniche, le regole per il funzionamento sicuro e i metodi di protezione contro le radiazioni laser sul territorio della Repubblica di Bielorussia sono regolati da SanPiN 2.2.4.13-2-2006 "Radiazione laser e requisiti di igiene per il funzionamento dei prodotti laser " e STB IEC 60825-1-2011 "Prodotti laser di sicurezza. Parte 1. Classificazione delle apparecchiature e requisiti" - lo standard nazionale della Repubblica di Bielorussia, che è identico allo standard internazionale IEC.
Una parte significativa delle apparecchiature laser prodotte nel mondo è prodotta e contrassegnata secondo gli standard pubblicati dall'organizzazione americana Center for Devices and Radiological Health (CDRH).
Livelli laser
E telemetri
sono un laser classe 2 secondo tale classificazione, che ne consente l'utilizzo con le seguenti precauzioni:
- non guardare direttamente il raggio laser, il raggio laser può danneggiare gli occhi anche se lo si guarda da lontano;
- non dirigere il raggio laser su persone e animali;
- il laser deve essere installato sopra il livello degli occhi;
- utilizzare il dispositivo solo per misurazioni;
- non aprire il dispositivo;
- tenere il dispositivo fuori dalla portata dei bambini;
- non utilizzare l'apparecchio in prossimità di sostanze esplosive.
La disposizione dei raggi verdi è più complicata: il primo laser, l'infrarosso, con una lunghezza d'onda di 808 nm, brilla nel cristallo Nd:YVO4: si ottiene una radiazione laser con una lunghezza d'onda di 1064 nm. Cade sul cristallo "duplicatore di frequenza" - e si scopre 532 nm.
Alcuni laser hanno un filtro a infrarossi, ma ciò aumenta notevolmente il prezzo del dispositivo, il che significa che può essere presente solo in modelli costosi. Vale anche la pena notare che i diodi verdi, i dispositivi che emettono un raggio verde, sono molto più costosi da produrre (diverse volte a causa di un numero maggiore di difetti rispetto a quelli rossi). E la vita lavorativa del diodo verde è molto più bassa. In totale, ciò si riflette nel costo finale della livella laser. Il risultato è la seguente immagine. Una livella laser con raggio verde costruisce proiezioni meglio visibili, la risorsa di tale dispositivo è inferiore, il costo è maggiore (a volte un produttore fissa un prezzo che differisce di 1,5-2 volte per modelli identici che differiscono solo per il laser) .
Va notato che, secondo le caratteristiche dichiarate dai produttori di livelli, la potenza di un tale laser spetta a 2,7 mW(per rosso fino a 1,0 mW) e sicurezza secondo classe 3(per il rosso 2).
Per riassumere, il colore verde del laser lo è davvero visto meglio alla luce del giorno rispetto al rosso, ma non dobbiamo dimenticarlo molto più pericoloso E irragionevolmente costoso .
La tecnologia si sta sviluppando a un ritmo incredibile. Qualche decennio fa, un laser sembrava una fantasia, ma oggi un puntatore laser può essere acquistato letteralmente per un centesimo in un chiosco di strada.
Ma mentre i laser stanno diventando sempre più parte della vita di tutti i giorni, vale la pena ricordare che un loro utilizzo imprudente è irto di seri problemi. In questa recensione, dai pericoli che comportano i laser.
1. Imbarazzato e bruciato
I medici dell'ospedale universitario di medicina di Tokyo stavano eseguendo un intervento chirurgico alla cervice di una paziente di 30 anni quando improvvisamente ha emesso gas. Nel raggio laser, i gas si sono infiammati, provocando l'incendio del telo chirurgico, che poi si è diffuso rapidamente alla vita e alle gambe della donna. Il comitato ha indagato sull'incidente e ha concluso che tutte le attrezzature erano in buone condizioni e utilizzate correttamente, si è trattato solo di un incidente.
2. Cinque persone al giorno
Al West Laser and Cataract Surgery Center (West Springfield, Massachusetts), cinque pazienti hanno subito gravi lesioni agli occhi a causa delle iniezioni di anestesia prima dell'intervento chirurgico agli occhi con il laser. Il primo giorno di lavoro, il dottor Cai Chiu è riuscito a danneggiare gli sfortunati pazienti. La direzione del Center West ha detto che ha mentito riguardo al suo livello di attitudine o non aveva una conoscenza adeguata dell'attrezzatura. Da allora Chiu è andato in pensione e gli è stato vietato di esercitare la professione medica negli Stati Uniti.
3. Incidente stradale
Una donna di Albany, Oregon, stava accompagnando il marito al lavoro quando è stata improvvisamente accecata dalla luce laser. Miranda Centers è stato temporaneamente accecato da un raggio laser e si è schiantato contro una barriera. Uno degli autisti ha puntato un puntatore laser negli occhi dell'altro. Di conseguenza, ciò ha portato a diversi incidenti sull'autostrada.
4. Fino a cinque milliwatt!
Dopo l'aumento del numero di incidenti di aerei ed elicotteri associati ai puntatori laser, il Regno Unito ha deciso di prendere provvedimenti contro i dispositivi pericolosi. Nella maggior parte dei paesi, i laser fino a cinque milliwatt sono considerati sicuri. Tuttavia, nonostante tutti i divieti del Regno Unito, alcuni laser di classe 3 ad alte prestazioni sono disponibili gratuitamente online. Sono già state segnalate più di 150 lesioni agli occhi a causa di questi dispositivi.
5. L’aeronautica americana abbatte gli UAV
Nel giugno 2017, l’esercito americano ha testato con successo pistole laser montate su elicotteri Apache. Secondo il produttore Raytheon, questa è stata la prima volta che un sistema laser completamente integrato a bordo di un aereo è riuscito ad acquisire e sparare con successo su bersagli in un'ampia gamma di modalità di volo, altitudini e velocità. L'arma ha una gittata di circa 1,5 km, è silenziosa e invisibile alle persone. Sono anche estremamente precisi. L’esercito prevede di utilizzare laser simili per difendersi da eventuali futuri attacchi di droni.
6. Inseguimento di un giocatore di football
Nel 2016 a Città del Messico, durante una partita internazionale della NFL tra Houston Texans (USA) e Oakland Raiders (Nuova Zelanda), la guardia texana Brock Osweiler fu molestata da qualche tifoso negligente. Ogni volta che Osweiler riceveva la palla, uno degli spettatori gli puntava in faccia un puntatore laser verde in modo che il giocatore non vedesse dove correre.
7. La fattibilità dell'alimentazione elettrica delle automobili
Nonostante i milioni di dollari spesi per lo sviluppo di auto a guida autonoma, un ricercatore nel campo della sicurezza è riuscito a porre seri interrogativi sulla loro fattibilità nel prossimo futuro. Lo scienziato è riuscito a interferire con i sensori laser di un veicolo senza pilota semplicemente puntando su di essi un puntatore laser economico. Il sistema dell'auto ha considerato questo un "ostacolo invisibile" e ha rallentato l'auto fino a fermarla completamente.
8. Liposuzione traumatica
Durante la procedura di liposuzione laser, una delle pazienti ha riportato gravi ustioni e successivamente la direzione della clinica ha cercato di dissuaderla dal trattamento. La dottoressa Muruga Raj invece le disse che andava tutto bene, non c'entrava niente con l'ustione, ma semplicemente spalmava della crema sulla zona interessata. Alla fine il caso finì in tribunale.
9. Puntatore laser ed elicottero
Connor Brown, 30 anni, lo ha scoperto solo quando è stato accusato. Un elicottero della polizia stava cercando l'uomo che aveva provocato una rivolta nel parco quando Brown gli ha puntato contro un puntatore laser nella cabina di pilotaggio. Entrambi i membri dell'equipaggio sono rimasti ciechi e la missione è stata interrotta per portare la polizia in ospedale. Brown alla fine definì il suo atto "un terribile errore per il quale non ci sono scuse".
10. Dita bruciate
L'australiano voleva rimuovere alcuni tatuaggi dalle nocche, ma si è ritrovato con gravi ustioni. Il medico ha detto che avrebbe avuto bisogno di dieci o dodici sedute di chirurgia laser da 170 dollari per rimuovere "Live Free" dalle sue dita, ma un paziente umano anonimo ha iniziato a fare domande dopo che quasi 20 sedute non sono riuscite a produrre i risultati desiderati. Il dottore cercò di accelerare un po' il processo e di impostare la macchina laser su una potenza così elevata. Di conseguenza, le dita hanno bruciato 3 mm.
Quando i laser cominciarono ad apparire solo nei laboratori, sia i dispositivi stessi che le loro applicazioni erano così speciali che la questione della sicurezza nel lavorare con gli emettitori laser si poneva davanti a una cerchia molto ristretta di ricercatori e ingegneri e non era oggetto di discussione generale. Ora che l'uso dei laser nei laboratori scientifici e nelle imprese industriali è diventato un luogo comune e l'uso dei laser nella vita di tutti i giorni si è ampliato in modo significativo, i ricercatori devono semplicemente affrontare la questione della sicurezza nel lavorare con questi dispositivi. I laser sono diventati parte integrante di molte moderne tecniche di microscopia ottica e, come parte di sistemi ottici complessi, possono rappresentare una seria minaccia se non vengono seguite le precauzioni di sicurezza.
Fig. 1. Anatomia dell'occhio umano
I due rischi principali quando si lavora con sorgenti laser sono l'esposizione al raggio laser e la scossa elettrica associata alle alte tensioni nel laser stesso e nella fonte di alimentazione. Sebbene non siano noti decessi dovuti all'esposizione al raggio laser, esistono diversi esempi di decessi dovuti al contatto con componenti laser ad alta tensione. Raggi di potenza sufficientemente elevata possono causare ustioni alla pelle o, in alcuni casi, provocare incendi o danni a qualsiasi materiale, ma il pericolo principale di un raggio laser è la possibilità di danni agli occhi, che sono gli organi più sensibili alla luce. Molti governi e altre organizzazioni hanno sviluppato standard di sicurezza per lavorare con i laser; Alcuni di essi sono obbligatori, altri sono consultivi. La maggior parte degli standard di sicurezza richiesti dalla legge si applicano ai produttori di laser, anche se l'utente finale dovrebbe avere il massimo interesse a un funzionamento sicuro, evitando possibili lesioni o addirittura la morte.
Il danno agli occhi può essere istantaneo, quindi per ridurre al minimo il rischio è necessario prendere precauzioni in anticipo, poiché all'ultimo momento potrebbe essere troppo tardi. La radiazione laser è simile alla luce solare in quanto colpisce l'occhio anche con raggi paralleli che vengono focalizzati in modo molto efficiente sulla retina, il rivestimento interno dell'occhio sensibile alla luce. La Figura 1 mostra la struttura anatomica generale dell'occhio umano, evidenziando le strutture particolarmente sensibili alle radiazioni intense. Il potenziale pericolo per gli occhi dipende dalla lunghezza d'onda della radiazione laser, dall'intensità del raggio, dalla distanza dall'emettitore all'occhio e dalla potenza del laser (sia potenza media durante la generazione di impulsi continui che potenza di picco durante la radiazione pulsata). La lunghezza d'onda è molto importante perché solo le radiazioni comprese tra circa 400 e 1400 nanometri possono raggiungere l'occhio e causare danni significativi alla retina. La luce nella gamma UV vicina può danneggiare gli strati vicini alla superficie dell'occhio e portare allo sviluppo della cataratta, soprattutto nei giovani il cui tessuto oculare è più trasparente a queste lunghezze d'onda della luce. Anche la luce nel vicino infrarosso può danneggiare la superficie dell’occhio, sebbene con una soglia di danno (resistenza alle radiazioni) più elevata rispetto all’ultravioletto.
La risposta dell'occhio umano alle diverse lunghezze d'onda non è la stessa e questo determina, insieme ad altri fattori descritti di seguito, il potenziale danno per l'occhio. L'impatto dei laser pulsati è diverso da quello dei laser a onda continua. In pratica, i laser che funzionano in modalità pulsata sono più potenti e un impulso di un solo microsecondo di potenza sufficiente può causare gravi danni quando colpisce l'occhio, mentre una radiazione continua meno potente può danneggiare l'occhio solo con un'esposizione prolungata. La regione spettrale di particolare importanza è l'intervallo pericoloso per la retina compreso tra 400 (viola) e 1400 nanometri (vicino infrarosso), compresa l'intera regione visibile dello spettro elettromagnetico. Il pericolo di danni causati dalla luce di queste lunghezze d'onda è aumentato dalla possibilità di messa a fuoco dell'occhio, quando la luce direzionale viene raccolta dall'occhio sulla retina in un punto molto piccolo, con una concentrazione molto elevata di potenza per unità di superficie.
Classificazione dei laser
Tra i numerosi standard di sicurezza sviluppati per lavorare con i laser, sia dal governo che da altre organizzazioni, la serie di standard Z136 adottata dall'American National Standards Institute (ANSI) è fondamentale negli Stati Uniti. Gli standard di sicurezza laser ANSI Z136 sono la base delle norme tecniche approvate dall'OSHA (Occupational Safety and Health Administration) utilizzate per valutare i rischi derivanti dal lavoro con i laser. Inoltre, costituiscono il punto di partenza delle norme tecniche adottate in molti Stati. Tutti i prodotti laser venduti negli Stati Uniti dal 1976 devono essere classificati secondo questi standard e certificati come conformi ai requisiti di sicurezza per la loro classe. I risultati della ricerca e la comprensione acquisita attraverso l'esperienza dei potenziali pericoli della luce solare e di altre fonti di radiazioni hanno portato alla definizione di una dose nominale di radiazioni sicura per la maggior parte dei tipi di radiazioni laser. Per semplificare le procedure di sicurezza al fine di prevenire incidenti, è stato sviluppato un sistema di categorie di sicurezza laser basato sul limite di esposizione stabilito e sull'esperienza maturata negli anni di utilizzo dei laser. Il produttore del laser è tenuto a certificare la conformità dei propri prodotti laser ai requisiti di una delle categorie o classi di rischio e a contrassegnare di conseguenza gli emettitori. L'elenco seguente descrive brevemente le quattro principali categorie di laser. Va sottolineato che questa presentazione è breve e non riflette un elenco completo dei requisiti per le categorie di laser in base al loro grado di pericolo.
- Classe I I laser di questa classe sono sicuri, secondo i concetti moderni, per ogni possibile radiazione, grazie al loro design. I dispositivi a bassa potenza (0,4 milliwatt a lunghezze d'onda visibili) che utilizzano questa classe di laser includono stampanti laser, lettori CD e apparecchiature per l'imaging. Non è consentito che le radiazioni da essi emesse superino il livello massimo consentito di esposizione per gli occhi. I laser più pericolosi possono essere inclusi nella Classe I, ma nessuna radiazione dannosa deve poter entrare all'esterno durante il funzionamento o la manutenzione del dispositivo (ma non necessariamente durante l'assistenza o la riparazione). Non esistono precauzioni di sicurezza speciali per l'uso di questa classe di laser.
- La classe IA è una designazione speciale per i laser, con un ambito speciale in cui è improbabile che il raggio laser colpisca gli occhi, come gli scanner laser nei supermercati. Per loro è consentita una potenza maggiore rispetto ai laser di classe I (non più di 4 milliwatt), ma il limite per la durata della radiazione dei laser di classe I non deve superare i 1000 secondi.
- La Classe II sono laser a bassa potenza che generano radiazioni visibili. La luminosità del fascio deve essere tale da impedire un'irradiazione sufficientemente prolungata dell'occhio e la possibilità di danni alla retina. La potenza di radiazione consentita di questi laser non supera 1 milliwatt, che è inferiore al limite massimo di esposizione consentito per un impulso istantaneo di 0,25 secondi o meno. Si ritiene che il riflesso naturale dell'ammiccamento alla luce di questa luminosità dovrebbe proteggere gli occhi, ma qualsiasi osservazione intenzionale per un lungo periodo può essere dannosa. I laser di questa classe includono laser dimostrativi nelle sale di formazione, puntatori laser e vari telemetri.
- La Classe IIIA è un dispositivo laser a impulsi continui di media potenza (1-5 milliwatt) utilizzato nelle stesse applicazioni dei laser di Classe II, inclusi scanner e puntatori. Sono considerati sicuri se la radiazione laser entra nell'occhio istantaneamente (meno di 0,25 secondi), ma non è consentita la radiazione diretta dell'occhio o la visione attraverso l'ottica di ingrandimento.
- La classe IIIB è un laser di media potenza (generazione continua di radiazione con una potenza di 5–500 milliwatt o 10 J per centimetro quadrato nei laser pulsati). Non sono sicuri per il contatto visivo diretto o per la riflessione speculare. Precauzioni speciali sono descritte negli standard di sicurezza per questa classe di laser. Strumenti spettrali, microscopi confocali, dispositivi per spettacoli laser sono esempi di questo tipo di laser.
- I laser di classe IV sono laser ad alta potenza, superiori alla potenza dei dispositivi di classe IIIB, che richiedono il controllo più rigoroso sull'osservanza delle misure di sicurezza durante l'uso. Sia i raggi diretti che quelli diffusi di questo laser sono pericolosi per gli occhi e la pelle e possono incendiare il materiale su cui cadono (a seconda del materiale). La maggior parte dei danni agli occhi è causata dalla luce riflessa dei laser di classe IV, pertanto tutte le superfici riflettenti devono essere tenute lontane dal percorso del raggio e devono essere sempre indossati occhiali di sicurezza adeguati durante l'utilizzo di questi laser. I laser di questa categoria vengono utilizzati in chirurgia, quando si eseguono operazioni di taglio, foratura, microlavorazione e saldatura.
Sebbene gli standard ANSI Z136 attualmente classifichino i laser nelle classi da I a IV, è probabile che la prossima revisione degli standard ANSI adotterà una nuova classificazione di sicurezza laser per allinearla maggiormente agli standard internazionali, come quelli adottati dalla Commissione Elettrotecnica Internazionale ( IEC) e quelli già approvati dalla Food and Drug Administration statunitense. I cambiamenti negli standard sono principalmente in risposta all’ubiquità di dispositivi come puntatori laser e simili, che vengono comunemente utilizzati da persone che non hanno familiarità con la sicurezza laser. Questi cambiamenti cercheranno anche di tenere conto delle caratteristiche speciali delle sorgenti di divergenza dei raggi abbaglianti come i diodi laser. Questi cambiamenti sono minori e, in generale, tenendo conto delle conoscenze e dell’esperienza accumulate, continuano il processo di indebolimento degli standard conservatori sviluppati negli anni ’70.
Fig.2. Caratteristiche di trasmissione dell'occhio umano
La nuova classificazione mantiene le quattro principali classi laser da 1 a 4, ma ammorbidisce i requisiti delle classi 1, 2 e 3 e introduce in esse sottocategorie speciali: 1M, 2M e 3R. In breve, le nuove categorie possono essere descritte come segue: La classe 1M comprende i laser che non sono in grado di causare danni, se non il contatto oculare attraverso strumenti ottici. I laser di classe 2M emettono luce visibile e sono sicuri se non visualizzati attraverso strumenti ottici e quando il tempo di contatto visivo è inferiore a 0,25 secondi. Questo è il tempo necessario affinché la risposta naturale alla luce intensa e il riflesso dell'ammiccamento proteggano la retina dai danni. La classe 3R comprende i laser che si avvicinano alla categoria di pericolosi se la radiazione laser colpisce direttamente l'occhio. Possono avere una potenza di uscita fino a cinque volte quella dei laser di classe 1 e 2. È necessario prestare particolare attenzione durante il loro funzionamento per evitare l'esposizione diretta alle radiazioni, in particolare per lo spettro invisibile.
Potenziale pericolo per gli occhi
È interessante notare che un avvertimento generale per la maggior parte delle categorie di laser è il divieto di guardare il raggio laser attraverso qualsiasi ottica di ingrandimento. Il pericolo principale che i laser rappresentano per l'occhio umano deriva dal fatto che l'occhio stesso è un dispositivo ottico di messa a fuoco altamente preciso ed efficiente per la luce in un determinato intervallo. La combinazione dei laser con l'ottica del microscopio non fa altro che aumentare il rischio di danni agli occhi causati dalle radiazioni laser. Di solito ci sono molti laser nei laboratori ottici, sia integrati in altri sistemi, come i microscopi a fluorescenza, sia come sorgenti luminose montate su banchi ottici aperti. Il pericolo principale rappresentato da questi laser "aperti" è la possibilità di contatto visivo con raggi orizzontali sparsi all'altezza del tavolo, raggi riflessi dal piano del tavolo, componenti ottici e superfici riflettenti esterne come fibbie per cinture, orologi, gioielli e qualsiasi altra superficie riflettente nella stanza. Una frazione di secondo di esposizione anche a una piccola dose di radiazione riflessa può essere sufficiente a causare danni agli occhi e perdita temporanea della vista.
La probabilità di danni a varie strutture dell'occhio dovuti alla radiazione laser dipende dal tipo di queste strutture. Il danneggiamento della cornea, del cristallino o della retina dipende dalle caratteristiche di assorbimento dei diversi tessuti oculari, nonché dalla lunghezza d'onda e dall'intensità della radiazione laser. La lunghezza d'onda della radiazione che entra nella retina, la superficie interna dell'occhio, è determinata dalle caratteristiche di trasmissione totale dell'occhio. La figura 2 mostra la dipendenza della trasmissione dell'occhio dalla lunghezza d'onda della radiazione nel corrispondente intervallo spettrale. La retina, il cristallino e il corpo vitreo dell'occhio trasmettono radiazioni elettromagnetiche nell'intervallo compreso tra circa 400 e 1400 nanometri, chiamato intervallo di messa a fuoco oculare. La luce di questa gamma è focalizzata sulla retina, una superficie sensibile da cui i segnali entrano nel cervello attraverso il nervo ottico. Quando si guarda direttamente una sorgente puntiforme di luce (che è esattamente ciò che accade quando un fascio collimato di raggi laser colpisce direttamente l'occhio), sulla retina si forma una macchia focale di piccola area, ad alta densità di energia, che la maggior parte probabilmente porta a danni agli occhi. Ci esponiamo in una certa misura allo stesso pericolo quando guardiamo direttamente il sole, solo che nel caso dei laser è ancora maggiore.
Il guadagno ottico di un occhio umano non sollecitato quando colpito da un fascio di raggi collimati, espresso come rapporto tra l'area della pupilla e l'area dell'immagine (messa a fuoco) sulla retina, è di circa 100.000. Ciò corrisponde ad un aumento dell'irradianza (densità del flusso di radiazione) quando la luce passa dalla cornea alla retina di cinque volte. Tenendo conto dell'aberrazione nel sistema lente-cornea e della diffrazione sull'iride, un occhio normale è in grado di mettere a fuoco una macchia di 20 micrometri sulla retina. Tale efficienza dell'occhio porta al fatto che anche un raggio laser a bassa potenza, se entra nell'occhio, può essere focalizzato sulla retina e quasi istantaneamente bruciare un buco in essa, danneggiando irrimediabilmente i nervi ottici. L'apparente bassa potenza dei laser può essere molto fuorviante, dato il pericoloso grado di concentrazione dell'energia della radiazione durante la focalizzazione dei fasci. Nel caso del contatto diretto con gli occhi di un raggio laser con una potenza di 1 milliwatt, l'irradiazione della retina è di 100 watt per centimetro quadrato. Per fare un confronto, la densità del flusso dei raggi solari, guardando direttamente il sole, è di 10 watt per centimetro quadrato.
La Figura 3 confronta la capacità dell'occhio di focalizzare la luce proveniente da due sorgenti: la luce proveniente da una sorgente estesa, come una normale lampada in vetro smerigliato, e un raggio laser altamente collimato, che è molto vicino alla luce proveniente da una sorgente puntiforme. A causa della diversa natura delle sorgenti luminose, la densità del flusso sulla retina di un raggio laser focalizzato da 1 milliwatt può essere un milione di volte maggiore rispetto a quella di una normale lampadina da 100 watt. Se assumiamo che un raggio laser con una distribuzione gaussiana ideale dell'intensità della radiazione sulla sezione trasversale incida su un occhio privo di aberrazioni ad angolo retto, la dimensione dello spot limitata dal limite di diffrazione può essere piccola fino a 2 micron. Per una sorgente estesa, questa dimensione sarà dell'ordine di diverse centinaia di micron. In questo caso, la densità del flusso (intensità della radiazione) sulla retina, come mostrato nella Figura 3, è rispettivamente di circa 10 (E8) e 10 (E2) watt per centimetro quadrato.
Può sembrare che una macchia bruciata sulla retina, anche di 20 micrometri, non comporti un significativo deterioramento della vista, poiché la retina contiene milioni di coni (cellule visive). Tuttavia, le lesioni retiniche sono solitamente più grandi della macchia focale originale a causa di effetti termici e acustici secondari; e, a seconda della posizione, anche un danno molto piccolo alla retina può portare a un significativo deficit visivo. Nel peggiore dei casi, quando l'occhio è completamente rilassato (focalizzato all'infinito) e il raggio laser incide su di esso ad angolo retto o viene riflesso specularmente, il raggio viene focalizzato sulla retina nel punto più piccolo. Se si verifica un danno alla giunzione del nervo ottico con l'occhio, può verificarsi la perdita completa della vista. Un'ustione retinica si verifica più spesso nell'area della visione centrale, la macula lutea (macchia gialla), che misura circa 2,0 millimetri in orizzontale e 0,8 millimetri in verticale. La parte centrale della macchia, chiamata fovea centralis (fovea centrale), ha un diametro di soli 150 micrometri, ma è essa che fornisce l'acuità visiva e la percezione del colore. Le aree della retina al di fuori di questa minuscola area percepiscono la luce e rilevano il movimento, cioè formano una visione periferica, ma non partecipano alla distinzione dei dettagli. Pertanto, il danno alla fovea, sebbene occupi solo il 3-4% dell'area della retina, può portare ad una perdita irreversibile dell'acuità visiva.
Fig.3. Densità della radiazione che cade sulla retina da una sorgente estesa e puntiforme
La gamma di lunghezze d'onda che raggiungono la retina copre l'intero spettro visibile dal blu (400 nanometri) al rosso (700 nanometri), nonché la regione del vicino infrarosso dello spettro da 700 a 1400 nanometri (IR-A). Poiché la retina non è sensibile alle radiazioni al di fuori dello spettro visibile, quando viene irradiata con onde del vicino infrarosso non si verificano sensazioni nell'occhio, il che rende i laser che operano in questo intervallo molto più pericolosi per gli occhi. Sebbene invisibile, il raggio è comunque focalizzato sulla retina. Come discusso in precedenza, a causa dell'effettivo potere di messa a fuoco dell'occhio, quantità relativamente piccole di radiazioni laser possono danneggiare la retina e talvolta portare a seri problemi alla vista. La radiazione dei laser pulsati ha un'elevata intensità e, se focalizzata sulla retina, può causare un'emorragia acuta e l'area interessata può essere di dimensioni molto più grandi del punto focale. Le aree interessate della retina non guariscono e solitamente non si riprendono.
A causa di altri componenti dell'occhio, principalmente della cornea e del cristallino, la radiazione assorbita dalla retina è limitata al campo di messa a fuoco dell'occhio, che può anche essere definito un campo pericoloso per la retina. Nel processo di assorbimento si danneggiano anche le strutture assorbenti stesse. Tuttavia, solo il tessuto che assorbe le radiazioni e i tessuti direttamente adiacenti ad esso soffrono. Nella maggior parte degli esempi di esposizione a lunghezze d’onda esterne all’intervallo compreso tra 400 e 1400 nanometri, gli effetti erano di breve durata. La cornea si comporta come la pelle, nel senso che si rinnova costantemente e solo danni cicatriziali molto gravi possono influenzare le prestazioni visive. Il danno più grave alla cornea è causato dalle radiazioni IR e UV lontane.
A causa dell'elevato potere di focalizzazione dell'occhio, l'esposizione anche a un raggio laser coerente relativamente debole può causare danni irreparabili. Pertanto, quando si utilizza un laser potente, la riflessione speculare (che mantiene un raggio coerente) anche di una piccola percentuale del flusso di radiazione per una frazione di secondo può causare danni all'occhio. Al contrario, quando il raggio laser viene riflesso da una superficie ruvida o anche da particelle di polvere nell'aria, la radiazione viene diffusa e la radiazione riflessa diffusamente entra nell'occhio con un ampio angolo. Quando l'energia del flusso luminoso è distribuita su un'area più ampia, la luce riflessa acquisisce le proprietà di una sorgente estesa e crea un'immagine più grande sulla retina, rispetto a un punto focale concentrato da una sorgente puntiforme (vedi Figura 3) . La diffusione del fascio riduce quindi la possibilità di danni agli occhi, non solo aumentando le dimensioni della sorgente e diminuendo la densità del flusso luminoso, ma anche decoerificando il fascio.
Tabella 1. Effetti biologici della radiazione laser
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Fotobiologicoregione spettrale (gamma CIE) |
Impatto sull'occhio |
Effetti sulla pelle |
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UV-C (200-280 nm) |
fotocheratite |
eritema (scottatura solare), cancro della pelle |
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Ultravioletto B (280-315 nm) |
fotocheratite |
eritema (scottature solari), invecchiamento cutaneo accelerato, aumento della pigmentazione |
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Ultravioletto A (315-400 nm) |
UV fotochimici, cataratta |
oscuramento del pigmento ustione della pelle |
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Visibile (400-780 nm) |
danno fotochimico e termico alla retina, deterioramento del colore e della visione notturna |
ustioni cutanee, reazioni fotosensibili |
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Infrarossi A (780-1400 nm) |
ustioni retiniche, cataratta |
ustione della pelle |
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Infrarossi B (1400-3000 nm) |
ustione corneale, infiammazione dell'umor acqueo, cataratta da irradiazione infrarossa |
ustione della pelle |
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Infrarosso C (3000-1 milione nm) |
ustione corneale |
ustione della pelle |
I potenziali danni agli occhi possono essere classificati in base alla lunghezza d'onda della radiazione laser e in base alle strutture dell'occhio che possono essere danneggiate. In questo caso, l'effetto più forte è sulla retina e la zona più pericolosa sono le regioni visibili e del vicino infrarosso dello spettro. A seconda della quantità di energia assorbita, sono possibili ustioni termiche, lesioni dovute alle onde acustiche o cambiamenti fotochimici. Gli effetti biologici delle radiazioni a varie lunghezze d'onda sui tessuti oculari sono brevemente descritti di seguito ed elencati nella Tabella 1.
UV-B e C
(200-315 nanometri): la superficie della cornea assorbe tutta la luce ultravioletta in questo intervallo, impedendo alle radiazioni di raggiungere la retina. Di conseguenza, la fotocheratite (a volte chiamata "punti di saldatura") può svilupparsi a seguito di processi fotochimici che portano alla denaturazione delle proteine corneali. Oltre alla radiazione laser, la radiazione in questo intervallo può derivare dal pompaggio laser o come componente della luce blu quando si colpisce un bersaglio, il che richiede precauzioni aggiuntive oltre a quelle descritte negli standard ANSI, che tengono conto solo della radiazione laser. L'esposizione dell'occhio in questo intervallo è solitamente di breve durata a causa del rapido recupero del tessuto corneale.UV-A
(315-400 nanometri): la cornea e il corpo vitreo trasmettono la luce di queste lunghezze d'onda, che viene assorbita principalmente dal cristallino dell'occhio. La denaturazione fotochimica della proteina del cristallino porta allo sviluppo della cataratta.Luce visibile e infrarossi-A
(400-1400 nanometri): questo intervallo spettrale viene spesso definito intervallo di rischio retinico perché la cornea, il cristallino e il vitreo sono trasparenti a queste lunghezze d'onda della luce e l'energia luminosa viene assorbita dalla retina. Il danno retinico si verifica a seguito di processi termici o fotochimici. Il danno fotochimico ai recettori della retina può compromettere la sensibilità generale alla luce o la sensibilità al colore dell'occhio, e le onde infrarosse possono causare la formazione di cataratta sul cristallino. Quando l'occhio assorbe una quantità significativa di energia della radiazione laser, è molto probabile un'ustione termica, in cui la luce assorbita dai granuli di melanina dell'epitelio pigmentato viene convertita in calore. Quando la radiazione laser di questo intervallo viene focalizzata sulla cornea e sul cristallino, l'irradiazione della retina aumenta di circa 100.000 volte. La probabilità di danni agli occhi dovuti a radiazioni laser visibili a potenza relativamente bassa è ridotta dal riflesso dell'ammiccamento degli occhi (che impiega circa 0,25 secondi), che aiuta a distogliere lo sguardo dal raggio luminoso. Se l'energia del raggio è sufficiente a danneggiare l'occhio in meno di 0,25 secondi, questo meccanismo di difesa naturale diventa inefficace; inoltre è assolutamente inutile nell'invisibile campo del vicino infrarosso da 700 a 1400 nanometri. I laser che funzionano in modalità pulsata rappresentano un ulteriore pericolo a causa della generazione di onde acustiche d'urto nel tessuto retinico. Gli impulsi laser di durata inferiore a 10 microsecondi generano onde d'urto che portano alla rottura dei tessuti. Questo tipo di lesione è irreversibile e potenzialmente più pericolosa dell'ustione da calore perché di solito coinvolge un'area più ampia della retina ed è possibile a un'energia inferiore. Pertanto, la durata dell'esposizione degli occhi, la massima consentita dagli standard di sicurezza, è molto più breve per i laser a impulsi brevi.Infrarossi B e Infrarossi C
(1400 - 1 milione di nanometri): a lunghezze d'onda superiori a 1400 nanometri, la cornea assorbe energia grazie all'acqua che contiene e al film lacrimale naturale. Ciò porta al riscaldamento e, di conseguenza, alla denaturazione della proteina in superficie. La profondità di penetrazione aumenta con l'aumentare della lunghezza d'onda e gli effetti termici sulle proteine del cristallino (la temperatura critica è leggermente superiore alla normale temperatura corporea) possono portare al suo opacizzazione, chiamato cataratta infrarossa. Oltre alla formazione di cataratta e ustioni corneali, la radiazione infrarossa può portare all'infiammazione del mezzo acquoso, in cui la trasparenza del mezzo acquoso della camera anteriore si deteriora a causa della rottura dei vasi sanguigni.In generale, la radiazione laser nella gamma degli ultravioletti e degli infrarossi lontani viene assorbita dalla cornea e dal cristallino e il suo effetto dipende dall'intensità e dalla durata dell'esposizione. Ad alta intensità, si verifica immediatamente un'ustione termica e una radiazione debole può causare un ulteriore sviluppo della cataratta. Anche la congiuntiva può essere colpita dal laser
irradiazione, sebbene il danno alla congiuntiva e alla cornea si verifichi solitamente quando esposto a una luce di potenza maggiore rispetto al danno alla retina. Di conseguenza, poiché il danno alla retina porta a conseguenze immediate più gravi, il rischio di danno alla cornea viene preso in considerazione solo quando si lavora con laser a lunghezze d'onda che non raggiungono la retina (sostanzialmente infrarosso lontano e UV).
Tipi di lesioni cutanee
Le lesioni cutanee causate dall'esposizione al laser sono generalmente considerate meno importanti della possibilità di lesioni agli occhi; tuttavia, con la proliferazione di sistemi laser ad alta potenza, in particolare emettitori ultravioletti, la pelle non protetta può essere esposta a radiazioni estremamente pericolose provenienti da sistemi non completamente chiusi. Essendo l'organo del corpo con la superficie più estesa, la pelle è maggiormente a rischio di esposizione alle radiazioni, ma allo stesso tempo protegge efficacemente da esse la maggior parte degli altri organi (ad eccezione degli occhi). È importante tenere presente che molti laser sono progettati per lavorare materiali (come taglio o perforazione) che sono molto più resistenti della pelle, sebbene tali laser non siano comunemente utilizzati in microscopia. Le mani e la testa sono quelle parti del corpo che sono più spesso esposte all'irradiazione accidentale con un raggio laser durante l'allineamento e altre operazioni con l'attrezzatura; e un raggio di intensità sufficiente può causare ustioni termiche, danni di natura fotochimica e shock (acustico).
Il danno maggiore alla pelle si verifica a causa dell'elevata densità di radiazione del raggio laser e la sua lunghezza d'onda determina in una certa misura la profondità di penetrazione e la natura del danno. Le onde nell'intervallo 300-3000 nanometri hanno la massima profondità di penetrazione, raggiungendo un massimo nello spettro infrarosso A ad una lunghezza di 1000 nanometri. È necessario adottare precauzioni adeguate quando si lavora con laser potenzialmente dannosi per la pelle, come indossare indumenti a maniche lunghe e guanti in materiale ignifugo. In molti casi, le procedure di allineamento possono essere eseguite utilizzando laser di potenza inferiore a quella richiesta per l'esame stesso.
Elettro-shock
I rischi elettrici associati ai componenti elettrici e agli alimentatori del laser sono gli stessi per quasi tutti i tipi di laser e non richiedono specifiche per categoria o configurazione del laser. Tutti i laser delle principali categorie funzionali (gas, stato solido, laser a coloranti, semiconduttori), ad eccezione dei semiconduttori, richiedono alta tensione e spesso corrente elevata per generare un raggio laser. La differenza sta solo nel punto in cui viene applicata l'alta tensione: direttamente al risonatore del laser stesso, alla lampada della pompa o al laser della pompa, perché tuttavia non è mai presente nel sistema stesso. Particolarmente pericolosi sono i laser che mantengono l'alta tensione nei condensatori o in altri componenti dopo che sono stati spenti. Ciò è particolarmente vero per i laser pulsati, che non vanno dimenticati quando, per qualche motivo, è necessario rimuovere il loro alloggiamento. Bisogna sempre ricordare che esiste il rischio di scossa elettrica se non diversamente specificato. Molti laser necessitano di alta tensione solo prima di iniziare a generare radiazioni, dopodiché funzionano alla tensione abituale per i dispositivi domestici. Ma questa non può essere una scusa per non seguire le regole di sicurezza quando si lavora con qualsiasi apparecchio elettrico.
Requisiti speciali e misure di sicurezza quando si lavora con i laser per microscopio
I laser e gli stessi strumenti di misurazione, compresi i laser, devono soddisfare determinati requisiti di sicurezza. A seconda della classe di sicurezza, il laser deve essere dotato di un chopper di raggio, di uno speciale meccanismo di blocco a chiave o di un altro dispositivo di sicurezza. All'ingresso di tutte le stanze in cui sono presenti laser che rappresentano un potenziale pericolo, nonché in quei luoghi vicino al laser in cui esiste un pericolo particolare di lesioni, è necessario appendere segnali di pericolo (gli esempi sono mostrati nella Figura 4). Per i dispositivi il cui raggio laser non può entrare negli occhi dell'utente, non sono necessarie ulteriori precauzioni.Molti laser da laboratorio hanno le stesse proprietà dei laser industriali ad alta potenza e possono richiedere una schermatura speciale per proteggere l'operatore dal raggio laser. Le lunghezze d'onda di uscita dei laser più comunemente utilizzati sono riportate nella Tabella 2. Nelle situazioni lavorative in cui non si può escludere assolutamente la possibilità di contatto visivo con il raggio laser, è necessario indossare occhiali protettivi. È importante che questi occhiali blocchino la luce alla lunghezza d'onda del laser ma lascino passare il resto della luce per garantire un'adeguata visibilità. Adattare il filtraggio al laser utilizzato è fondamentale, poiché non esistono occhiali adatti a tutti i laser o per tutte le lunghezze d'onda di un laser a più lunghezze d'onda. Poiché il raggio laser può entrare nell'occhio da qualsiasi angolazione, diretto o riflesso dalle superfici, gli occhiali devono bloccare tutte le possibili direzioni.
Riso. 4. Segnali di pericolo laser
Il laser titanio-zaffiro (comunemente indicato come laser Ti:zaffiro) è un esempio versatile di laser a stato solido con transizione vibrazionale sintonizzabile. Laser di questo tipo richiedono il pompaggio ottico mediante una lampada a pompa incorporata o un altro laser, interno o esterno a quello principale. A causa della varietà di configurazioni dei sistemi laser Ti: zaffiro, non è possibile fornire loro un unico insieme di regole di sicurezza. Questi laser possono funzionare sia in modalità continua che pulsata e, a seconda del sistema di pompaggio ottico, i requisiti di sicurezza elettrica possono variare in modo significativo. La lunghezza d'onda regolabile dei laser titanio-zaffiro è tipicamente compresa tra 700 e 1000 nanometri, quindi è necessario seguire le precauzioni di sicurezza standard per i laser che operano a lunghezze d'onda retiniche (meno di 1400 nanometri) quando si lavora con loro. Poiché la lunghezza d'onda della radiazione varia, è necessario utilizzare occhiali protettivi. L'utente deve assicurarsi che qualsiasi dispositivo di blocco laser sia appropriato per la/e lunghezza/i d'onda emessa/e. Un solo breve e potente impulso quando si lavora in modalità pulsata può provocare danni irreparabili alla vista, per cui occorre adottare ogni precauzione per colpire il raggio in qualsiasi direzione, sia diretta che periferica.
È importante tenere presente che in alcune configurazioni laser Ti:zaffiro, la luce diffusa proveniente dal laser della pompa può essere più pericolosa del raggio laser principale e, se esiste la possibilità che questa luce entri nell'area di lavoro, è necessario proteggere gli occhi. utilizzato sulla lunghezza d'onda corrispondente. Se il laser della pompa è separato dal laser vibronico, potrebbero essere necessarie ulteriori precauzioni per garantire che non venga emessa luce diffusa quando i due laser sono accoppiati. Nei sistemi pompati da lampade flash, l'alta tensione applicata ad esse può essere trattenuta come carica del condensatore anche dopo lo spegnimento del sistema. Questo deve essere ricordato per evitare scosse elettriche durante la manutenzione. La radiazione nel vicino infrarosso emessa da questo tipo di laser può essere particolarmente pericolosa perché, sebbene il raggio sia invisibile o appena visibile al limite della gamma intorno ai 700 nanometri, una grande quantità di luce infrarossa viene focalizzata sulla retina.
Il drogaggio con cromo di vari materiali solidi si è rivelato molto promettente per lo sviluppo di nuovi laser vibronici sintonizzabili (basati su transizioni vibrazionali). Man mano che diventano più comuni, è necessario tenere conto delle precauzioni di sicurezza specifiche per ciascun tipo di questi laser. Il fluoruro di stronzio-litio-alluminio drogato con cromo (Cr:LiSAF) si è dimostrato promettente come mezzo laser pompato a diodi e viene utilizzato in alcune applicazioni di microscopia multifotone al posto dei laser Ti:zaffiro. Alle lunghezze d'onda dell'infrarosso regolabile, le precauzioni sono simili a quelle applicabili quando si utilizza un laser Ti:zaffiro. Tuttavia, poiché i laser drogati con cromo sono relativamente recenti, bisogna tenere presente che i filtri e gli occhiali protettivi potrebbero non essere adatti alle lunghezze d'onda di questi laser.
I laser agli ioni di argon e i meno comuni agli ioni di kripton emettono a molte lunghezze d'onda e sono ampiamente utilizzati nella ricerca ottica e in tecniche come la microscopia confocale. I laser ad argon sono generalmente classificati di Classe IIIB e Classe IV secondo gli standard di sicurezza ANSI, quindi l'esposizione diretta al raggio laser deve essere evitata. I raggi blu-verdi del raggio laser agli ioni di argon ad alta coerenza possono raggiungere la retina, causando danni permanenti. Devono essere utilizzati occhiali con forte assorbimento alle principali lunghezze d'onda. I laser a ioni kripton emettono a lunghezze d'onda leggermente più lunghe rispetto ai laser ad argon e la loro uscita è generalmente di potenza inferiore, in parte perché emettono a molte lunghezze d'onda visibili che sono ampiamente distribuite in tutto lo spettro. L'ampia distribuzione delle onde emesse nello spettro rappresenta un problema nella progettazione degli occhiali protettivi, poiché, bloccando la luce su tutto il campo emesso, assorbono quasi tutta la luce visibile, rendendoli praticamente inutilizzabili. Pertanto, quando si lavora con i laser a ioni kripton, è necessario prestare particolare attenzione per evitare che la radiazione multifrequenza raggiunga gli occhi. I laser argon-krypton sono diventati popolari nella microscopia a fluorescenza per l'osservazione di campioni con più fluorofori dove è richiesta un'uscita stabile a più lunghezze d'onda; Dovrebbe essere escluso un impatto sulla retina di qualsiasi radiazione proveniente da questo intervallo. Inoltre, questi laser a scarica di gas emettono luce ultravioletta, che viene ben assorbita dalla lente; e poiché l'effetto della radiazione continua in questo intervallo è poco compreso, è necessario indossare occhiali protettivi che assorbono la radiazione ultravioletta. Il laser agli ioni di kripton emette a diverse lunghezze d'onda nel vicino infrarosso e la sua radiazione è quasi invisibile, il che può rappresentare un serio pericolo per la retina, nonostante la bassa potenza visibile del raggio luminoso. L'alta tensione necessaria per avviare una scarica laser e le correnti relativamente elevate necessarie per generare radiazione in modalità continua presentano un rischio di scossa elettrica.
I laser elio-neon sono ampiamente utilizzati in applicazioni quali scanner per supermercati e apparecchiature di rilevamento e ispezione. Con una potenza di pochi milliwatt o meno presentano lo stesso pericolo di lesioni della luce solare diretta. Se guardi accidentalmente il raggio a bassa potenza di un laser He-Ne, non avrà effetti dannosi sugli occhi; ma la radiazione altamente coerente di questo laser si concentra sulla retina in un punto molto piccolo e quindi, con un'esposizione prolungata, può causare danni irreparabili. La linea di emissione principale di un laser He-Ne è di 632 nanometri, ma sono possibili altre lunghezze d'onda dal verde all'infrarosso. Le versioni più potenti del laser elio-neon comportano un rischio maggiore di lesioni e devono essere utilizzate con grande cautela. È impossibile prevedere in anticipo quale livello di radiazioni causerà determinati danni agli occhi. La regola di sicurezza di base quando si lavora con i laser di questa categoria è evitare qualsiasi contatto visivo con il raggio, ad eccezione di uno sguardo momentaneo al raggio, e osservare le norme di sicurezza elettrica quando si lavora con alimentatori ad alta tensione.
Un altro laser a scarica di gas è il laser all'elio-cadmio, ampiamente utilizzato nei microscopi confocali a scansione, ed emette a lunghezze d'onda viola-blu e ultraviolette con valori rispettivamente di 442 nanometri e 325 nanometri. La retina è quella che soffre maggiormente la radiazione della regione blu, la cui sensibilità in questo intervallo, anche a bassi livelli di irradiazione, è maggiore rispetto alle lunghezze d'onda maggiori della radiazione della regione visibile. Pertanto, anche con una bassa potenza di uscita del laser He-Cd, è necessario seguire rigorosamente le procedure di sicurezza. Solo una piccola frazione dell'ultravioletto da 325 nanometri può raggiungere la retina a causa del forte assorbimento da parte del cristallino, ma l'esposizione prolungata del cristallino a questa luce può portare allo sviluppo della cataratta. Occhiali di sicurezza adeguati aiutano a evitare lesioni. L'ultima versione del laser He-Cd presenta un compito più difficile in questo senso, poiché questo laser emette contemporaneamente luce rossa, verde e blu. Qualsiasi tentativo di filtrare simultaneamente tutte e tre le lunghezze d'onda blocca così tanto lo spettro visibile che l'utente non può più eseguire le attività necessarie mentre lavora con gli occhiali. Se vengono filtrate solo due linee di emissione, esiste comunque il rischio di esposizione a una terza, quindi sono necessarie rigorose precauzioni di sicurezza per prevenire l'esposizione.
I laser ad azoto emettono ad una lunghezza d'onda di 337,1 nanometri nella regione UV dello spettro e vengono utilizzati come sorgenti pulsate in una varietà di applicazioni in microscopia e spettroscopia. Sono spesso utilizzati in alcune tecniche di imaging e imaging per il pompaggio di molecole di colorante, per l'eccitazione della radiazione su linee aggiuntive con una lunghezza d'onda maggiore.I laser ad azoto sono in grado di generare radiazioni ad alta potenza con una velocità di ripetizione dell'impulso estremamente elevata. Se la radiazione entra nell'occhio, la cornea può essere danneggiata e, sebbene l'assorbimento a livello del cristallino protegga in una certa misura la retina dal vicino ultravioletto, non si può dire con certezza se ciò sia vero per la radiazione pulsata ad alta potenza. L'approccio più sicuro quando si lavora con laser di questo tipo è la protezione completa degli occhi. Inoltre, il loro funzionamento richiede alta tensione, quindi il contatto con qualsiasi componente del sistema di alimentazione può essere effettuato solo in assenza di carica.
I laser a stato solido più comuni si basano sull'introduzione di neodimio ionizzato come impurità nei livelli del cristallo principale (doping). Il materiale per il cristallo principale del neodimio è molto spesso il granato di ittrio e alluminio, YAG (YAG), un cristallo sintetico che è la base del laser Nd:YAG. I laser al neodimio sono presentati in un numero enorme di modifiche, con diversi valori di potenza di radiazione, sia in modalità continua che pulsata. Possono essere pompati da un laser a semiconduttore, una lampada flash, una lampada ad arco e le loro caratteristiche possono variare notevolmente a seconda del design e dell'applicazione. A causa della loro ubiquità e del grado di pericolo che rappresentano, forse più persone sono state colpite dai laser al neodimio che dai laser di altre categorie.
I laser al neodimio ittrio alluminio (Nd:YAG) generano radiazioni nel vicino infrarosso con una lunghezza d'onda di 1064 nanometri, che possono causare gravi danni alla retina dell'occhio, poiché è invisibile e c'è un'alta probabilità di lesioni dovute ai raggi riflessi. La maggior parte di questi laser utilizzati in microscopia sono pompati a diodi ed emettono impulsi brevi e ad alta intensità che sono pericolosi anche se un singolo impulso riflesso colpisce l'occhio. Pertanto, qualsiasi direzione in cui la luce possa entrare negli occhi deve essere bloccata. In questo caso, gli occhiali che assorbono gli infrarossi ma trasmettono la luce visibile possono essere un'opzione adatta, tranne nelle applicazioni in cui vengono utilizzate armoniche più elevate. Il raddoppio della frequenza produce una seconda armonica a 532 nanometri (luce verde visibile) che viaggia anch'essa verso la retina e, se viene utilizzata questa linea di emissione, è necessario un filtraggio aggiuntivo per attenuare la luce verde. La triplicazione e quadruplicazione della frequenza è comunemente utilizzata nei laser Nd:YAG per produrre la terza e la quarta armonica a 355 e 266 nanometri, che presentano un diverso rischio di lesioni. In questi casi, è necessario utilizzare occhiali protettivi per filtrare la luce UV ed eventualmente una protezione per la pelle per prevenire ustioni. I laser che generano radiazioni infrarosse con una potenza di diversi watt producono centinaia di milliwatt alla seconda, terza e quarta armonica.
Tabella 2. Lunghezze d'onda della radiazione dei laser più comuni
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Tipo di laser (regione spettrale) |
Lunghezza d'onda (nanometri) |
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Eccimeri, argon-fluoro (UV) |
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Eccimeri, kripton-cloro (UV) |
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Eccimero, kripton-fluoro (UV) |
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Eccimeri, xeno-cloro (UV) |
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Eccimeri, Xenon Fluoro (UV) |
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Elio-cadmio (UV, visibile) |
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Azoto (UV) |
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Kryptoniano (visibile) |
476, 528, 568, 647 |
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Argon (visibile) |
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Su vapori di rame (visibile) |
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Nd:YAG, seconda armonica (visibile) |
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Neon all'elio (visibile, vicino IR) |
543, 594, 612, 633, 1150, 3390 |
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Sulle coppie d'oro (visibile) |
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Rodamina 6G (visibile, sintonizzabile) |
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Rubino (visibile) |
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Diodo a semiconduttore (visibile, vicino IR) |
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Zaffiro titanio (visibile - vicino IR) |
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Nd:YAG (vicino IR) |
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Erbio (vicino IR) |
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Acido fluoridrico (vicino IR) |
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CO2 (IR lontano) |
È in corso una notevole quantità di ricerche alla ricerca di un cristallo di base alternativo per aggiungervi il neodimio. Poiché compaiono nei laser industriali, è necessario prestare particolare attenzione alla loro manipolazione sicura. L'introduzione di dispositivi che garantiscono un lavoro sicuro con i nuovi laser non sempre va di pari passo con l'emergere di nuovi modelli laser. Oggi, l’alternativa più comune al granato di ittrio-alluminio è il fluoruro di litio-ittrio (designato come YLF) e sia i laser Nd:YLF pulsati che quelli continui sono già disponibili in commercio. Sebbene siano simili sotto molti aspetti ai laser al neodimio:YAG, i laser Nd:YLF differiscono leggermente nella lunghezza d'onda fondamentale (1047 nanometri) e questo deve essere tenuto in considerazione quando si progettano filtri protettivi come gli occhiali, dato il loro assorbimento della luce sulle armoniche fondamentali e superiori. .
I laser a diodi semiconduttori rappresentano una tecnologia relativamente nuova che ora si sta rapidamente espandendo in una varietà di forme. Le prestazioni dei laser a diodi dipendono da molti fattori, tra cui le proprietà elettriche del semiconduttore, la tecnologia di crescita utilizzata nella sua produzione e i droganti utilizzati. La lunghezza d'onda della radiazione emessa dal mezzo laser dipende dalla banda gap (energia) e da altre caratteristiche determinate dalla struttura del semiconduttore. Lo sviluppo in corso promette di espandere la gamma di lunghezze d'onda dei laser a diodi industriali. Oggi i laser a diodi semiconduttori con lunghezze d'onda superiori a 1100 nanometri vengono utilizzati principalmente nelle fibre ottiche. La maggior parte dei laser di questa categoria si basa su strati attivi di indio-gallio-arsenico-fosforo (InGaAsP) in varie proporzioni. Fondamentalmente emettono ad una lunghezza d'onda di 1300 o 1550 nanometri. Una piccola percentuale di radiazioni a 1.300 nanometri raggiunge la retina, mentre le radiazioni a lunghezze d'onda superiori a 1.400 nanometri rappresentano il pericolo maggiore per la cornea. È improbabile che si verifichino danni gravi agli occhi, ad eccezione delle radiazioni di potenza sufficientemente elevata. La maggior parte dei laser a diodi che emettono a 1300 nanometri sono a bassa potenza e non rappresentano un serio pericolo per gli occhi se il raggio laser non viene diretto direttamente negli occhi per un lungo periodo. I raggi laser a diodi non collimati e i raggi luminosi che escono dalla fibra ottica hanno un ampio angolo di divergenza, che garantisce un ulteriore grado di sicurezza. Per le radiazioni ad alta potenza devono essere utilizzati occhiali di protezione, a meno che tutta la radiazione non sia completamente diretta o contenuta nella fibra. Quando si allineano gli strumenti ottici con la radiazione nella regione del vicino infrarosso, oltre a indossare occhiali protettivi che bloccano la luce infrarossa, è possibile utilizzare schermi fluorescenti o altri dispositivi di imaging termico (IR). I laser a diodi funzionano a bassa tensione e bassa corrente e quindi normalmente non rappresentano un pericolo elettrico.
I laser a diodi che emettono a lunghezze d'onda nominali inferiori a 1100 nanometri si basano principalmente su miscele di gallio e arsenico, ma il continuo sviluppo di nuovi materiali e tecnologie sta espandendo la loro gamma di radiazioni a lunghezze d'onda sempre più corte. Con alcune eccezioni, quando si lavora con i laser a diodi sono necessarie le stesse precauzioni di sicurezza come con altri che emettono nella stessa portata e con la stessa potenza. Come accennato in precedenza, un fattore che riduce, in alcuni casi, la potenziale pericolosità dei laser a diodi è l'elevata divergenza dei loro raggi, per cui l'energia del raggio viene dispersa in molte direzioni a breve distanza dalla superficie emittente del semiconduttore. Tuttavia, se un'applicazione necessita di utilizzare ottiche di focalizzazione aggiuntive o una sorta di metodo di collimazione, questo fattore viene annullato. I laser a diodi che funzionano con una miscela di indio-gallio-arsenico-fosforo (InGaAlP) emettono a 635 nanometri con una potenza in milliwatt, quindi i requisiti di sicurezza per lavorare con loro sono simili a quelli dei laser elio-neon della stessa potenza. Alcune versioni di laser basate su miscele di diodi simili emettono a 660 o 670 nanometri e, sebbene la reazione naturale dell'occhio fornisca una certa protezione, l'occhio non è così sensibile a queste lunghezze d'onda come lo è alla radiazione a 635 nanometri, e quindi l'uso si consiglia di indossare occhiali. Sono queste lunghezze d'onda che devono essere filtrate, poiché gli occhiali realizzati per assorbire lunghezze d'onda più lunghe potrebbero non essere efficaci a 660 e 670 nanometri.
Varie miscele di gallio, alluminio, arsenico (GaAlAs) vengono utilizzate per realizzare laser a diodi che emettono nell'intervallo da 750 a quasi 900 nanometri. A causa della sensibilità limitata dell'occhio alla radiazione di 750 nm (probabilmente scarsa percezione della luce rossa) e della completa mancanza di sensibilità alle lunghezze d'onda più lunghe, questi laser rappresentano un rischio per gli occhi maggiore rispetto a quelli che operano nel campo del visibile. I laser a diodi che operano in questo intervallo possono generare radiazioni di potenza molto più elevata (fino a diversi watt in una serie di diodi), che possono danneggiare l'occhio anche con una breve esposizione. L'invisibilità di questo raggio elimina la naturale reazione protettiva dell'occhio, quindi è necessario indossare occhiali protettivi, soprattutto quando si lavora con laser ad alta potenza. I laser basati su una miscela di indio-gallio-arsenico (InGaAs) emettono anche a lunghe lunghezze d'onda, quindi sono necessari occhiali protettivi che assorbano la linea di 980 nm, sempre per eliminare la possibilità di colpire accidentalmente radiazioni invisibili negli occhi.
In sintesi, i principali pericoli associati al lavoro con i laser sono la possibilità di danni agli occhi e alla pelle derivanti dal contatto con il raggio laser, nonché il rischio di scosse elettriche dovute alle alte tensioni nei laser. È necessario adottare ogni precauzione per evitare il contatto (soprattutto con gli occhi) con il raggio laser e, quando ciò non è possibile, indossare occhiali protettivi. Quando si scelgono occhiali o altri filtri, sono essenziali quattro fattori: la lunghezza d'onda del laser, la natura della radiazione (pulsata o continua), il tipo di mezzo laser (gas, semiconduttore, ecc.) e la potenza di uscita del laser.
Esistono ulteriori rischi non legati alle radiazioni, alcuni dei quali sono legati alla microscopia stessa, mentre altri sono piuttosto rari. Molte applicazioni industriali utilizzano i laser per il taglio e la saldatura. Le elevate temperature che si raggiungono durante tali operazioni possono contribuire alla produzione di diversi fumi e vapori nocivi, che devono essere allontanati dai locali di lavoro. Ciò non si applica ai laser utilizzati nella microscopia ottica, ma devono essere osservate e seguite le norme generali di sicurezza. Nei sistemi pompati con lampade flash, esiste il rischio che la lampada esploda se alla lampada viene applicata un'alta pressione. Il corpo dell'apparecchio deve essere progettato per contenere tutti i frammenti della lampada in caso di tale esplosione. I gas criogenici come l'azoto liquido o l'elio possono essere utilizzati per raffreddare i laser (ad esempio drogati con rubino o neodimio). Se questi gas entrano in contatto con la pelle, sono possibili ustioni. Se in una stanza chiusa viene rilasciata una quantità significativa di gas, questi possono sostituire l'aria nella stanza e causare una mancanza di ossigeno. La sicurezza elettrica associata alle apparecchiature laser è già stata discussa in precedenza, ma non può essere sottovalutata, poiché gli alloggiamenti degli strumenti progettati per proteggere dalle scosse elettriche vengono solitamente rimossi durante l'installazione, l'allineamento e la manutenzione del laser. Alcuni sistemi laser (in particolare Classe IV o 4) costituiscono un potenziale pericolo di incendio.
La luce ultravioletta si trova al di fuori della gamma delle radiazioni elettromagnetiche visibili all'occhio umano e la sua fonte principale è la nostra stella: il Sole. Evidenzia i raggi UV vicini e lontani. Allo stesso tempo, i raggi distanti, chiamati anche raggi del vuoto, si dissolvono completamente nell'alta atmosfera. Solo la luce UV vicina raggiunge la superficie terrestre, le cui onde si dividono in:
- lungo (UV-A) con una lunghezza d'onda di 315-400 nm;
- medio (UV-B) con un'onda di 280-315 nm;
- corto (UV-s) - 100-280 nm.
Per quanto riguarda le fonti artificiali di ultravioletti, che sono rilevatori specializzati, lampade UV e luci LED, la stragrande maggioranza di esse emette luce nella lunga gamma UV, ad eccezione di alcuni rilevatori di valute con luce a 254 nm.
Danno della luce ultravioletta
Le più dannose per il corpo umano sono le onde UV corte. Per quanto riguarda la radiazione ultravioletta media e lunga, può avere conseguenze negative per una persona solo con un'esposizione intensa e prolungata. Questo:
Ecco perché quando si svolgono vari eventi che richiedono l'uso di potenti lampade UV o torce elettriche, si consiglia di utilizzare dispositivi di protezione, inclusi occhiali speciali ed elementi schermanti.
Tuttavia, un'esposizione corretta e moderata alle radiazioni ultraviolette sul corpo umano può essere benefica per lui. Nella medicina moderna, l'ultravioletto viene utilizzato attivamente allo scopo di:
- attivando la produzione di vitamina D;
- miglioramento dei processi metabolici;
- stimolazione della produzione di endorfine;
- diminuzione del grado di eccitabilità delle terminazioni nervose;
- migliorare la circolazione sanguigna;
- disinfezione.
Informazioni sulle torce UV:
Si dividono in 2 tipologie:
LED - con spettro , , I LED a spettro inferiore semplicemente non sono in grado di emettere. Come affermato sopra, si tratta di lunghezze d'onda lunghe che confinano con la normale luce viola. Sono completamente sicuri per la vista con un uso a breve termine. O se non dirigi la luce direttamente negli occhi (questo vale anche per le normali torce e lampade bianche). Con l'uso prolungato, la testa potrebbe iniziare a farti male e a tagliarti gli occhi. Facciamo un altro esempio: speciale utilizzato in discoteche e locali notturni. Le persone trascorrono ore sotto la luce UV senza notare il disagio.
Su una lampada a scarica di gas, tali lampade possono essere sia sicure che molto pericoloso, causando istantaneamente ustioni alla retina. Tutto dipende dal loro scopo. Ad esempio, negli ospedali vengono utilizzate lampade pericolose per la disinfezione.
Pertanto, l'uso corretto della lampada UV LED e il rispetto delle norme di sicurezza non possono danneggiare l'organismo.
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