Laser ngày càng trở thành công cụ nghiên cứu quan trọng trong y học, vật lý, hóa học, địa chất, sinh học và kỹ thuật. Nếu sử dụng sai, chúng có thể gây lóa mắt và thương tích (bao gồm bỏng và điện giật) cho người vận hành và nhân viên khác, bao gồm cả khách thăm phòng thí nghiệm bình thường, và gây ra thiệt hại đáng kể về tài sản. Người sử dụng các thiết bị này phải hiểu đầy đủ và áp dụng các biện pháp phòng ngừa an toàn cần thiết khi xử lý chúng.
Laser là gì?
Từ "laser" (eng. LASER, Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) là từ viết tắt của "sự khuếch đại ánh sáng bằng bức xạ cảm ứng." Tần số của bức xạ do laser tạo ra nằm trong hoặc gần phần nhìn thấy của phổ điện từ. Năng lượng được khuếch đại lên trạng thái có cường độ cực cao thông qua một quá trình gọi là "bức xạ cảm ứng laze".
Thuật ngữ "bức xạ" thường bị hiểu nhầmsai, vì nó cũng được dùng để mô tả các chất phóng xạ. Trong bối cảnh này, nó có nghĩa là sự chuyển giao năng lượng. Năng lượng được vận chuyển từ nơi này đến nơi khác thông qua dẫn truyền, đối lưu và bức xạ.
Có nhiều loại laser khác nhau hoạt động trong các môi trường khác nhau. Khí (ví dụ, argon hoặc hỗn hợp heli và neon), tinh thể rắn (ví dụ, ruby) hoặc thuốc nhuộm lỏng được sử dụng làm môi trường làm việc. Khi năng lượng được cung cấp cho môi trường làm việc, nó sẽ chuyển sang trạng thái kích thích và giải phóng năng lượng dưới dạng các hạt ánh sáng (photon).
Một cặp gương ở cả hai đầu của ống kín phản xạ hoặc truyền ánh sáng trong một dòng tập trung gọi là chùm tia laze. Mỗi môi trường làm việc tạo ra một chùm tia có bước sóng và màu sắc riêng.
Màu của ánh sáng laser thường được biểu thị bằng bước sóng. Nó không ion hóa và bao gồm phần cực tím (100-400 nm), nhìn thấy (400-700 nm) và hồng ngoại (700 nm - 1 mm) của quang phổ.
Quang phổ điện từ
Mỗi sóng điện từ có tần số và độ dài duy nhất gắn với tham số này. Cũng như ánh sáng đỏ có tần số và bước sóng riêng, vì vậy tất cả các màu khác - cam, vàng, lục và lam - đều có tần số và bước sóng riêng. Con người có thể cảm nhận được những sóng điện từ này, nhưng không thể nhìn thấy phần còn lại của quang phổ.
Tia gamma, tia X và tia cực tím có tần số cao nhất. hồng ngoại,bức xạ vi ba và sóng vô tuyến chiếm tần số thấp hơn của quang phổ. Ánh sáng nhìn thấy nằm trong một phạm vi rất hẹp ở giữa.
Bức xạ laser: sự tiếp xúc của con người
Tia laser tạo ra chùm ánh sáng có hướng cường độ cao. Nếu hướng, phản xạ hoặc tập trung vào một vật thể, chùm tia sẽ bị hấp thụ một phần, làm tăng nhiệt độ bề mặt và bên trong của vật thể, điều này có thể khiến vật liệu thay đổi hoặc biến dạng. Những phẩm chất này, đã được ứng dụng trong phẫu thuật laser và xử lý vật liệu, có thể gây nguy hiểm cho mô người.
Ngoài bức xạ có tác dụng nhiệt lên các mô, bức xạ laser rất nguy hiểm, tạo ra hiệu ứng quang hóa. Điều kiện của nó là bước sóng đủ ngắn, tức là phần tử ngoại hoặc màu xanh lam của quang phổ. Các thiết bị hiện đại tạo ra bức xạ laser, tác động đến một người được giảm thiểu. Các tia laser công suất thấp không có đủ năng lượng để gây hại và không gây nguy hiểm.
Các mô của con người nhạy cảm với năng lượng, và trong một số trường hợp nhất định, bức xạ điện từ, bao gồm cả bức xạ laser, có thể gây hại cho mắt và da. Các nghiên cứu đã được thực hiện về mức ngưỡng của bức xạ chấn thương.
Nguy hiểm cho mắt
Mắt người dễ bị tổn thương hơn da. Giác mạc (bề mặt ngoài trong suốt phía trước của mắt), không giống như lớp hạ bì, không có lớp tế bào chết bên ngoài để bảo vệ khỏi ảnh hưởng của môi trường. tia laser và tia cực tímbức xạ được hấp thụ bởi giác mạc của mắt, có thể gây hại cho nó. Tổn thương đi kèm với phù nề biểu mô và xói mòn, và trong những chấn thương nghiêm trọng - lớp vỏ phía trước.
Thủy tinh thể của mắt cũng có thể dễ bị tổn thương khi tiếp xúc với các bức xạ laser khác nhau - tia hồng ngoại và tia cực tím.
Tuy nhiên, mối nguy hiểm lớn nhất là tác động của tia laser lên võng mạc ở phần có thể nhìn thấy của quang phổ - từ 400 nm (tím) đến 1400 nm (hồng ngoại gần). Trong vùng quang phổ này, chùm tia chuẩn trực tập trung vào những vùng rất nhỏ của võng mạc. Biến thể bất lợi nhất của độ phơi sáng xảy ra khi mắt nhìn vào khoảng cách và một chùm tia phản xạ hoặc trực tiếp đi vào nó. Trong trường hợp này, độ tập trung của nó trên võng mạc đạt 100.000 lần.
Như vậy, chùm tia nhìn thấy có công suất 10 mW / cm2tác dụng lên võng mạc với công suất 1000 W / cm2. Điều này là quá đủ để gây ra thiệt hại. Nếu mắt không nhìn vào khoảng cách xa, hoặc nếu chùm tia phản xạ từ bề mặt khuếch tán, không phải gương, bức xạ mạnh hơn nhiều sẽ dẫn đến chấn thương. Hiệu ứng laser trên da không có hiệu ứng hội tụ, do đó, nó ít bị tổn thương hơn ở các bước sóng này.
X-quang
Một số hệ thống cao áp có điện áp trên 15 kV có thể tạo ra tia X có công suất đáng kể: bức xạ laser, nguồn là laser excimer bơm điện tử công suất cao, cũng nhưhệ thống plasma và các nguồn ion. Các thiết bị này phải được kiểm tra về an toàn bức xạ, bao gồm cả việc đảm bảo che chắn thích hợp.
Phân loại
Tùy thuộc vào công suất hoặc năng lượng của chùm tia và bước sóng của bức xạ, laser được chia thành nhiều lớp. Việc phân loại dựa trên khả năng thiết bị có thể gây thương tích ngay lập tức cho mắt, da hoặc hỏa hoạn khi tiếp xúc trực tiếp với chùm tia hoặc khi bị phản xạ từ các bề mặt phản xạ khuếch tán. Tất cả các tia laser thương mại đều có thể nhận dạng bằng các dấu hiệu được áp dụng cho chúng. Nếu thiết bị là tự chế hoặc không được đánh dấu khác, cần tìm lời khuyên về cách phân loại và ghi nhãn thích hợp. Tia laser được phân biệt theo công suất, bước sóng và thời gian tiếp xúc.
Thiết bị An toàn
Thiết bị hạng nhất tạo ra bức xạ laser cường độ thấp. Nó không thể đạt đến mức nguy hiểm, vì vậy các nguồn được miễn hầu hết các biện pháp kiểm soát hoặc các hình thức giám sát khác. Ví dụ: máy in la-de và đầu đĩa CD.
Thiết bị an toàn có điều kiện
Tia laze của lớp thứ hai phát ra trong phần nhìn thấy được của quang phổ. Đây là bức xạ laser, nguồn gây ra phản ứng bình thường từ chối ánh sáng quá chói (phản xạ chớp mắt). Khi tiếp xúc với chùm tia này, mắt người sẽ nhấp nháy sau 0,25 s, điều này có đủ khả năng bảo vệ. Tuy nhiên, bức xạ laser trong phạm vi nhìn thấy có thể gây hại cho mắt khi tiếp xúc liên tục. Ví dụ: con trỏ laser, laser trắc địa.
Laser loại 2a là thiết bị chuyên dụng có công suất đầu ra nhỏ hơn 1mW. Các thiết bị này chỉ gây ra thiệt hại khi tiếp xúc trực tiếp hơn 1000 giây trong một ngày làm việc 8 giờ. Ví dụ: Trình đọc mã vạch.
Tia laze nguy hiểm
Class 3a đề cập đến các thiết bị không gây thương tích khi tiếp xúc ngắn hạn với mắt không được bảo vệ. Có thể nguy hiểm khi sử dụng các thiết bị quang học hội tụ như kính thiên văn, kính hiển vi hoặc ống nhòm. Ví dụ: laser He-Ne 1-5 mW, một số con trỏ laser và cấp độ tòa nhà.
Chùm tia laze 3b có thể gây thương tích nếu chiếu trực tiếp hoặc phản xạ lại. Ví dụ: laser HeNe 5-500mW, nhiều loại laser nghiên cứu và điều trị.
Class 4 bao gồm các thiết bị có mức công suất lớn hơn 500 mW. Chúng nguy hiểm cho mắt, da và cũng là một nguy cơ hỏa hoạn. Việc tiếp xúc với chùm tia, phản xạ đặc biệt hoặc khuếch tán của nó có thể gây ra thương tích cho mắt và da. Tất cả các biện pháp an ninh phải được thực hiện. Ví dụ: Nd: YAG laser, màn hình, phẫu thuật, cắt kim loại.
Bức xạ laser: bảo vệ
Mỗi phòng thí nghiệm phải bảo vệ đầy đủ cho những người làm việc với tia laser. Cửa sổ của các phòng mà bức xạ từ các thiết bị cấp 2, 3 hoặc 4 có thể đi qua, gây hại chocác khu vực không được kiểm soát phải được che phủ hoặc bảo vệ bằng cách khác trong quá trình vận hành của một thiết bị như vậy. Để bảo vệ mắt tối đa, những điều sau đây được khuyến nghị.
- Chùm tia phải được bao bọc trong lớp vỏ bảo vệ không phản chiếu, không bắt lửa để giảm thiểu rủi ro do vô tình tiếp xúc hoặc hỏa hoạn. Để căn chỉnh chùm tia, hãy sử dụng màn hình huỳnh quang hoặc thiết bị ngắm phụ; Tránh tiếp xúc trực tiếp bằng mắt.
- Sử dụng công suất thấp nhất cho quy trình căn chỉnh chùm tia. Nếu có thể, hãy sử dụng các thiết bị cấp thấp cho các quy trình căn chỉnh sơ bộ. Tránh sự hiện diện của các vật thể phản chiếu không cần thiết trong vùng laser.
- Hạn chế đi qua tia sáng trong khu vực nguy hiểm trong giờ không làm việc, sử dụng cửa chớp và các chướng ngại vật khác. Không sử dụng các bức tường trong phòng để căn chỉnh chùm tia laser lớp 3b và 4.
- Sử dụng các công cụ không phản chiếu. Một số khoảng không quảng cáo không phản chiếu ánh sáng nhìn thấy trở nên đặc biệt trong vùng không nhìn thấy của quang phổ.
- Không đeo đồ trang sức phản chiếu. Trang sức kim loại cũng làm tăng nguy cơ bị điện giật.
Goggles
Khi làm việc với laser Loại 4 ở khu vực nguy hiểm mở hoặc nơi có nguy cơ phản xạ, nên đeo kính bảo hộ. Loại của chúng phụ thuộc vào loại bức xạ. Kính đeo phải được chọn để bảo vệ chống lại các phản xạ, đặc biệt là phản xạ khuếch tán, và bảo vệ đến mức mà phản xạ bảo vệ tự nhiên có thể ngăn ngừa thương tích cho mắt. Các thiết bị quang học như vậyduy trì một số tầm nhìn của chùm tia, ngăn ngừa bỏng da, giảm khả năng xảy ra các tai nạn khác.
Các yếu tố cần cân nhắc khi chọn kính bảo hộ:
- bước sóng hoặc vùng của quang phổ bức xạ;
- mật độ quang học ở một bước sóng cụ thể;
- độ rọi tối đa (W / cm2) hoặc công suất chùm (W);
- loại hệ thống laser;
- chế độ nguồn - ánh sáng laser xung hoặc chế độ liên tục;
- khả năng phản xạ - đặc tả và khuếch tán;
- trường nhìn;
- sự hiện diện của thấu kính điều chỉnh hoặc có kích thước đủ để cho phép đeo kính điều chỉnh;
- thoải mái;
- sự hiện diện của các lỗ thông gió để ngăn sương mù;
- ảnh hưởng đến tầm nhìn màu;
- chống va đập;
- khả năng thực hiện các công việc cần thiết.
Vì kính bảo hộ dễ bị hư hỏng và hao mòn, chương trình an toàn của phòng thí nghiệm nên bao gồm việc kiểm tra định kỳ các tính năng bảo vệ này.
