سلامة الليزر

آليات الضرر

وفي هذا السياق، يمكن أن تسبب أشعة الليزر تلفًا في الأنسجة البيولوجية، سواء للعين أو للجلد، بسبب الكثير من الآليات. يحدث الضرر الحراري، أو الحرق، عندما يتم تسخين الأنسجة إلى النقطة التي يحدث فيها تغيير في طبيعة البروتينات. وهناك آلية أخرى وهي الضرر الضوئي الكيميائي، حيث يحفز الضوء تفاعلات كيميائية في الأنسجة. يحدث الضرر الضوئي الكيميائي في الغالب باستخدام الضوء ذي الموجة القصيرة (الأزرق والأشعة فوق البنفسجية) ويمكن أن يتراكم على مدار ساعات. يمكن أن تتسبب نبضات الليزر التي تكون أقصر من قرابة 1 ميكروثانية في ارتفاع سريع في درجة الحرارة، مما يؤدي إلى غليان الماء بشكل انفجاري. يمكن أن تتسبب موجة الصدمة الناتجة عن الانفجار في حدوث أضرار بعيدة نسبيًا عن نقطة التأثير. يمكن للنبضات فائقة القصر كذلك أن تُظهر تركيزًا ذاتيًا في الأجزاء الشفافة من العين، مما يؤدي إلى زيادة احتمال الضرر مقارنة بالنبضات الأطول بنفس الطاقة. ثبت أن التأين الضوئي هو الآلية الرئيسية للضرر الإشعاعي عند استخدام ليزر التيتانيوم والياقوت.

وفي السياق ذاته، تقوم العين بتركيز الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء القريبة على شبكية العين. يمكن تركيز شعاع الليزر على شبكية العين إلى شدة قد تصل إلى 200 ألف مرة أعلى من النقطة التي يدخل فيها شعاع الليزر إلى العين. يتم امتصاص أغلب الضوء بواسطة صبغات الميلانين في الظهارة الصبغية الموجودة خلف المستقبلات الضوئية مباشرة، ويسبب حروقًا في شبكية العين. الضوء فوق البنفسجي بطول موجي أقل من 400 يميل نانومتر إلى أن يتم امتصاصه بواسطة العدسة و 300 نانومتر في القرنية، حيث يمكن أن يؤدي إلى إصابات عند قوى منخفضة نسبيًا بسبب الضرر الضوئي الكيميائي. يسبب الضوء تحت الأحمر بشكل رئيسي ضررًا حراريًا لشبكية العين عند الأطوال الموجية القريبة من الأشعة تحت الحمراء وللأجزاء الأمامية من العين عند الأطوال الموجية الأطول. يوضح الجدول أدناه ملخصًا للحالات الطبية المختلفة الناجمة عن أشعة الليزر بأطوال موجية مختلفة، باستثناء الإصابات الناجمة عن أشعة الليزر النبضية.

وفي هذا السياق، عادةً ما يكون الجلد أقل حساسية بكثير لضوء الليزر من العين، ولكن التعرض المفرط للأشعة فوق البنفسجية من أي مصدر (ليزر أو غير ليزر) يمكن أن يسبب تأثيرات قصيرة وطويلة المدى مماثلة لحروق الشمس، في حين أن الأطوال الموجية المرئية والأشعة تحت الحمراء ضارة بشكل أساسي بسبب الضرر الحراري.

القوانين واللوائح

وعلى صعيد آخر، يقدم إرشادات حول الاستخدام الآمن لليزر في البيئة الخارجية، مثل البناء، والعروض/عروض أضواء الليزر، والبحث العلمي/الفلكي، والعسكري.

وفي هذا الصدد، يقدم إرشادات للاستخدام الآمن لليزر وأنظمة الليزر الموجودة في بيئات البحث والتطوير أو الاختبار، حيث قد تكون عناصر التحكم في السلامة الشائعة لليزر التجاري مفقودة أو معطلة.

وفي السياق ذاته، في الولايات المتحدة، يتم تقديم الإرشادات المتعلقة باستخدام النظارات الواقية والعناصر الأخرى للاستخدام الآمن لليزر ضمن سلسلة معايير المعهد الوطني الأمريكي للمعايير (Z136). هذه المعايير الإجماعية مخصصة لمستعملي الليزر، ويمكن شراء النسخ الكاملة مباشرة من المعهد الوطني الأمريكي للمعاييرأو الأمانة الرسمية للجنة المعايير المعتمدة (Z136) وناشر هذه السلسلة من معايير المعهد الوطني الأمريكي للمعايير، وهو معهد الليزر الأمريكي. فيما يلي المعايير:

ومن ناحية أخرى، ANSI Z136.8 – الاستخدام الآمن لليزر في البحث والتطوير والاختبار

علاوةً على ذلك، يهدف هذا المعيار إلى حماية الأفراد الذين قد يتعرضون لأشعة الليزر عند استخدام الليزر في بيئات التصنيع، ويتضمن سياسات وإجراءات لضمان سلامة الليزر في كل من الصناعات العامة والخاصة إلى جانب تطوير المنتجات جنبًا إلى جنب مع الاختبار.

من جانب آخر، توفر هذه المواصفة إرشادات للاستخدام الآمن والصيانة والخدمة وتركيب أنظمة الاتصالات البصرية التي تستعمل الثنائيات الليزرية أو الثنائيات الباعثة للضوء العاملة بأطوال موجية تتراوح بين 0.6 ميكرومتر و1 مم. تشمل أنظمة الاتصالات البصرية وصلات تعتمد على الألياف الضوئية من البداية إلى النهاية، أو وصلات ثابتة من نقطة إلى نقطة في الفضاء الحر الأرضي، أو مزيج من الاثنين.

من جانب آخر، ANSI Z136.7 – اختبار ووضع العلامات على معدات الحماية من الليزر

ومن ناحية أخرى، يقدم إرشادات معقولة ومناسبة حول طرق الاختبار والبروتوكولات المستعملة لتوفير الحماية للعين من الليزر وأنظمة الليزر.

• ANSI Z136.4 – الممارسة الموصى بها لقياسات سلامة الليزر لتقييم المخاطر
• يقدم إرشادات لإجراءات القياس اللازمة لتصنيف وتقييم مخاطر الإشعاع البصري.
• ANSI Z136.5 – الاستخدام الآمن لليزر في المؤسسات التعليمية
• يتناول مخاوف السلامة المتعلقة بالليزر في البيئات التعليمية.
• ANSI Z136.6 – الاستخدام الآمن لليزر في الهواء الطلق

من جهة ثانية، في المجموعة الاقتصادية الأوروبية، يتم تحديد متطلبات حماية العين في المعيار الأوروبي (EN 207) وشدات ضوء الليزر القصوى في (EN 60825). علاوةً على ذلك، تحدد المجموعة الاقتصادية الأوروبية (EN 208) متطلبات النظارات الواقية للاستخدام أثناء محاذاة الشعاع. إنها تنقل جزءًا من ضوء الليزر، مما يسمح للمشغل برؤية مكان الشعاع، ولا توفر حماية كاملة ضد ضربة شعاع الليزر المباشرة.

وعلى صعيد آخر، معهد المعايير الوطني الأمريكي (Z136.1) – الاستخدام الآمن لليزر

وعلى صعيد آخر، ANSI Z136.2 – الاستخدام الآمن لأنظمة الاتصالات بالألياف الضوئية باستخدام مصادر الصمام الثنائي الباعث للضوء LED) والليزر

وفي هذا الصدد، باعتبارها الوثيقة الأصلية لسلسلة (Z136) من معايير سلامة الليزر، فإن (Z136.1) هي الأساس لبرامج سلامة الليزر للصناعة والجيش والبحث والتطوير (المختبرات) والتعليم العالي (الجامعات).

ANSI Z136.3 – الاستخدام الآمن لليزر في الرعاية الصحية

في هذا الإطار، من خلال المادة الحادية والعشرون من قانون اللوائح الفيدرالية 1040، تنظم إدارة الغذاء والدواء الأمريكية منتجات الليزر التي تدخل التجارة من الفئة IIIb والفئة IV المعروضة للبيع في الولايات المتحدة أن تحتوي على خمس ميزات أمان قياسية: مفتاح تشغيل، وجهاز أمان للتوصيل، ومؤشر للطاقة، ومصراع الفتحة، وتأخير الانبعاث (عادة من ثانيتين إلى ثلاث ثوان). أما الليزرات المصنعة من قبل الشركات الأصلية (OEM) والتي صممت لتكون جزءًا من مكونات أخرى (مثل محركات أقراص DVD) فهي معفاة من هذا الشرط. قد لا تحتوي بعض الليزرات غير المحمولة على جهاز أمان للتوصيل أو تأخير الانبعاث، ولكنها قد تحتوي على زر إيقاف طارئ و/أو مفتاح تحكم عن بُعد.

ومن ناحية أخرى، يقدم إرشادات للأفراد الذين يعملون مع فئة الطاقة العالية 3ب والصف 4 الليزر وأنظمة الليزر في الرعاية الصحية.

ANSI Z136.9 – الاستخدام الآمن لليزر في بيئات التصنيع

من جانب آخر، في مختلف الولايات القضائية، تحدد هيئات المعايير والتشريعات واللوائح الحكومية فئات الليزر بحسب المخاطر المرتبطة بها، وتحدد تدابير السلامة المطلوبة للأشخاص الذين قد يتعرضون لتلك الليزر.

New York State Certified Laser Safety Officer

• Laser safety fact sheet (University of Kentucky)
• US Dept of the Navy Laser Safety website
• OSHA Technical Manual Section III, Chapter 6, Laser Safety
• Laser safety resources (Vanderbilt Environmental Health & Safety)

الليزر وسلامة الطيران

وفي هذا السياق، قام باحثو إدارة الطيران الفيدرالية (FAA) بتجميع قاعدة بيانات لأكثر من 400 حادثة تم الإبلاغ عنها وقعت بين عامي 1990 و2004 حيث أصيب الطيارون بالذعر أو تشتت انتباههم أو أصيبوا بالعمى المؤقت أو فقدوا اتجاههم بسبب التعرض لليزر. أدت هذه المعلومات إلى إجراء تحقيق في الكونغرس الأمريكي. قد يبدو التعرض لضوء الليزر المحمول في مثل هذه الظروف أمرًا بسيطًا نظرًا لقصر مدة التعرض والمسافات الكبيرة المعنية وانتشار الشعاع حتى عدة أمتار. ومع ذلك، فإن التعرض لأشعة الليزر قد يؤدي إلى خلق ظروف خطيرة مثل العمى الضوئي. إذا حدث هذا أثناء لحظة حرجة في تشغيل الطائرة، فقد تتعرض الطائرة للخطر. فضلًا عن ذلك، يمتلك ما يقرب من 18% إلى 35% من السكان السمة الوراثية السائدة، تُعرف بـ"العطاس الضوئي"، والتي تجعل الفرد المصاب يعاني من نوبة عطاس لا إرادية عند تعرضه لومضة مفاجئة من الضوء.

التصنيف

في هذا الإطار، يعتمد تصنيف الليزر على مفهوم حدود الانبعاث المسموح بها (AEL) التي تُحدد لكل فئة من فئات الليزر. عادةً ما تكون هذه الحدود عبارة عن أقصى طاقة (بوحدة الواط W) أو أقصى طاقة إشعاعية (بوحدة الجول J) يمكن إصدارها ضمن نطاق محدد من الأطوال الموجية وزمن التعرض، وتمر عبر فتحة محددة عند مسافة معينة. بالنسبة للأطوال الموجية تحت الحمراء التي تتجاوز 4 ميكرومتر، يتم تحديدها كحد أقصى لكثافة الطاقة (بوحدة W/m²). يتحمل المصنع مسؤولية تصنيف الليزر بشكل صحيح وتزويده بملصقات تحذيرية وإجراءات سلامة مناسبة بحسب الوائح. تشمل إجراءات السلامة المستعملة مع أجهزة الليزر الأكثر قوة تشغيلًا بمفتاح تحكم، وأضواء تحذيرية تشير إلى انبعاث الضوء الليزري، ومثبط للشعاع أو موهن، إلى جانب توصيل كهربائي يمكن للمستعمل ربطه بزر إيقاف طارئ أو قفل أمان.

• انظر كذلك
• سلاح الليزر
• مراجع
• روابط خارجية

وفي هذا الصدد، تم تصنيف أجهزة الليزر منذ أوائل السبعينيات بحسب طول الموجة والطاقة إلى أربع فئات وبعض الفئات الفرعية. تحدد هذه التصنيفات قدرة الليزر على إحداث أضرار للأشخاص المعرضين له، بدءًا من الفئة 1 (لا تشكل خطرًا أثناء الاستخدام العادي) إلى الفئة 4 (خطر شديد على العيون والجلد). هناك نظامان للتصنيف: "النظام القديم" المستعمل قبل عام 2002، و"النظام المُعدل" الذي بدأ العمل به تدريجيًا منذ عام 2002. يعكس النظام المُعدل المعرفة الأكبر المكتسبة حول الليزر منذ إنشاء النظام الأصلي، ويسمح بالاعتراف ببعض أنواع الليزر على أنها ذات خطر أقل مما كان يُستنتج من تصنيفها الأصلي. يُعتبر النظام المُعدل جزءًا من معيار اللجنة الكهرتقنية الدولية (IEC) 60825 المُعدل. ومنذ عام 2007، تم تضمين النظام المُعدل كذلك في معيار السلامة الأمريكي للّيزر ANSI Z136.1. كما أن وضع العلامات بحسب النظام المُعدل أصبح مقبولًا من قِبل إدارة الغذاء والدواء الأمريكية على المنتجات الليزرية المستوردة إلى الولايات المتحدة. يمكن التمييز بين النظامين من خلال استخدام الفئات 1M، 2M، و3R في النظام المُعدل فقط، والفئات 2A و3A في النظام القديم. في النظام القديم، كانت أرقام الفئات تُكتب بالأرقام الرومانية (I–IV) في الولايات المتحدة، بينما كانت تُكتب بالأرقام العربية (1–4) في الاتحاد الأوروبي. أما النظام المُعدل فيستعمل الأرقام العربية (1–4) في جميع المناطق.

الحد الأقصى للتعرض المسموح به

في هذا الإطار، الحد الأقصى للتعرض المسموح به (MPE) هو أعلى قدرة أو كثافة طاقة (بوحدة W/ cm2 أو J/ cm2) لمصدر ضوء يعتبر آمنًا، أي أن احتمالية إحداث الضرر ضئيلة. عادة ما يكون قرابة 10% من الجرعة التي لديها فرصة 50% للتسبب في الضرر في أسوأ الظروف. يتم قياس (MPE) عند قرنية العين البشرية أو عند الجلد، لطول موجي معين ووقت تعرض معين.

علاوةً على ذلك، يأخذ حساب الحد الأقصى للتعرض للعين في الاعتبار الطرق المختلفة التي يمكن للضوء أن يؤثر بها على العين. مثلًا، يسبب الضوء فوق البنفسجي العميق أضرارًا متراكمة، حتى عند القوى المنخفضة جدًا. الضوء تحت الأحمر بطول موجي أطول من نحو 1400 يتم امتصاص النانومتر بواسطة الأجزاء الشفافة من العين قبل أن يصل إلى الشبكية، مما يعني أن (MPE) لهذه الأطوال الموجية أعلى من الضوء المرئي. إلى جانب الطول الموجي ووقت التعرض، يأخذ (MPE) في الاعتبار التوزيع المكاني للضوء (من الليزر أو غير ذلك). تشكل أشعة الليزر الموجهة من الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء القريبة خطورة خاصة عند قوى منخفضة نسبيًا لأن العدسة تركز الضوء على بقعة صغيرة على شبكية العين. تؤدي مصادر الضوء ذات درجة الاتساق المكاني الأصغر من شعاع الليزر الموجه جيدًا، مثل مصابيح LED عالية الطاقة، إلى توزيع الضوء على مساحة أكبر على شبكية العين. بالنسبة لهذه المصادر، فإن (MPE) أعلى من تلك الخاصة بأشعة الليزر الموازية. في حساب (MPE) ، يتم افتراض أسوأ سيناريو، حيث تقوم عدسة العين بتركيز الضوء في أصغر حجم بقعة ممكن على شبكية العين لطول موجي معين وتكون الحدقة مفتوحة بالكامل. على الرغم من أن الحد الأقصى لقوة الإدراك البصري محدد على أنه القدرة أو الطاقة لكل وحدة سطح، فإنه يعتمد على القدرة أو الطاقة التي يمكن أن تمر عبر حدقة مفتوحة بالكامل (0.39 سم 2) للأطوال الموجية المرئية والأشعة تحت الحمراء القريبة. وهذا ينطبق على أشعة الليزر التي تمتلك مقطعًا عرضيًا أصغر من 0.39 سم². تتضمن معايير IEC-60825-1 وANSI Z136.1 معايير لحساب الحدود القصوى للتعرض (MPEs).