Bezpieczeństwo
Po XX wieku, który uważany był za wiek Elektroniki, XXI wiek to wiek Fotoniki. W 1960 roku Theodore Maimam zbudował pierwsze urządzenie wykorzystujący zasadę „wzmocnienia światła przez symulowaną emisję promieniowania”. Od tego czasu LASER jest bezprecedensową historią sukcesu w technologii.
Charakterystyka promieniowania laserowego.
Promieniowanie elektromagnetyczne jest naturalnym zjawiskiem w prawie wszystkich dziedzinach życia codziennego. Przykładami takiego promieniowania są promieniowanie cieplne (w postaci ciepła), promienie rentgenowskie i promienie γ powstające w wyniku rozkładu promieniotwórczego. Promieniowanie elektromagnetyczne jest również sztucznie generowane przez nadajniki radiowe lub telefony komórkowe. Rozchodzi się w postaci fali, jak dźwięk, i jest wytwarzany przez ruch naładowanych cząstek. W przeciwieństwie do dźwięku, promieniowanie elektromagnetyczne nie potrzebuje jednak nośnika, w którym może podróżować. Promieniowanie laserowe – jak każde światło – składa się również z promieniowania elektromagnetycznego. Promieniowanie elektromagnetyczne w zakresie widocznym dla ludzkiego oka jest potocznie nazywane światłem.
Światło składa się z promieniowania elektromagnetycznego w zakresie długości fal od 380 do 780 nm (nm = nanometr = jedna miliardowa część metra). Zakres ten jest określany jako widmo światła widzialnego. Gdy wszystkie długości fal w widmie światła widzialnego są emitowane jednocześnie, postrzegamy to jako światło białe. Kiedy białe światło pada na element rozpraszający optycznie, taki jak pryzmat lub filtr polaryzacyjny, dzięki załamaniu można zobaczyć kolory światła. Zaczyna się ono od krótkiej fali - kolor fioletowy, przechodząc w niebieski, zielony, następnie żółty i przechodzi w falę długą, która objawia się jako kolor czerwony. Poza falą długą światła znajduje się zakres tzw. bliskiej i dalekiej podczerwieni. Poniżej zakresu fal krótkich (kolor niebieski) znajduje się zakres ultrafioletowy.
Zasada działania lasera
Lasery zasadniczo składają się z następujących części:
- tuba laserowa (rezonator) z aktywnym ośrodkiem laserowym (np. kryształ, gaz, ciecz lub półprzewodnik),
- lustro na obu końcach, jedno odbijające, drugie częściowo odbijające (90%),
- źródło pompujące, np. lampa, wiązka elektronów, dioda lub laser pompujący.
Aby rozpocząć działanie lasera, atomy ośrodka laserowego (czynnego) muszą być stymulowane przez tzw. proces pompowania. Elektrony atomów zostają wyniesione na wyższe poziomy energetyczne. Opadając na niższy poziom emitują energię w postaci fotonu, który jest najmniejszym kwantem energii promieniowania elektromagnetycznego. Te fotony z kolei stymulują inne atomy. Ilość światła jest stale zwiększana, ponieważ oscyluje ono tam i z powrotem między lustrami, tworząc tzw. efekt lawinowy. Część fotonów przechodzi przez częściowo odbijające/przepuszczające zwierciadło i dzięki temu tworzy wiązkę laserową.
Tryby pracy lasera
Lasery różnią się od siebie nie tylko długością emitowanej fali czy mocą optyczną, ale także sposobem emisji mocy. Jest istotną różnicą, czy moc jest emitowana w sposób ciągły (praca ciągła – cw – continuous wave) czy w postaci impulsów (long pulse, giant pulse / q-switched lub mode-locked). W przypadku pracy impulsowej z niską częstotliwością powtarzania impulsów, moc szczytowa każdego pojedynczego impulsu jest wartością krytyczną. Jeśli wskaźnik repetycji impulsów rośnie, należy rozważyć moc średnią. Niektóre lasery mogą pracować w różnych trybach.
Klasy lasera wg EN 60825-1
Lasery zostały podzielone na 4 klasy zagrożenia w oparciu o dostępne limity emisji lub AEL. Limity te wskazują klasę lasera i są wymienione w normie EN 60825-1 i amerykańskich normach krajowych ANSI Z136.1 dla bezpiecznego użytkowania laserów. Wartości AEL dla klas lasera pochodzą z medycznych wartości MPE (maksymalna dopuszczalna ekspozycja). Wartości MPE określają poziom zagrożenia dla oka lub skóry w odniesieniu do promieniowania laserowego. Od 2007 roku klasy laserów są zdefiniowane w sposób przedstawiony poniżej.
Aby móc klasyfikować urządzenia laserowe ze względu na ich zagrożenie, dzieli się je na tzw. klasy laserowe. Ta klasyfikacja opiera się na tak zwanych wartościach GZS (GZS: wartości graniczne dla dostępnego promieniowania; angielski AEL: dostępny limit emisji).
| Klasa | Opis | Komentarz |
|---|---|---|
| 1 | Promieniowanie emitowane przez ten laser nie jest niebezpieczne. | Nie jest wymagany żaden sprzęt zabezpieczający |
| 1M | Bezpieczny dla oczu, gdy jest używany bez instrumentów optycznych; może nie być bezpieczny, gdy używane są instrumenty optyczne. |
Brak konieczności stosowania sprzętu ochronnego, jeśli jest używany bez przyrządów optycznych. |
| 2 | Promieniowanie w widzialnym zakresie długości fal (400nm-700nm), nie jest niebezpieczne dla krótkotrwałej ekspozycji (0,25s). | Nie ma potrzeby stosowania dodatkowego sprzętu ochronnego. |
| 2M | Światło, które może trafić w oko ma wartości lasera klasy 2, w zależności od rozbieżności lub szerokości wiązki, może nie być bezpieczne przy użyciu przyrządów optycznych. | Brak konieczności stosowania sprzętu ochronnego, jeśli jest używany bez przyrządów optycznych. |
| 3R | Promieniowanie z tego lasera przekracza wartości MPE (MPE: maksymalna dopuszczalna ekspozycja). Promieniowanie wynosi max. 5 x AEL klasy 1 (niewidoczne) lub 5 x klasy 2 (widoczne). Ryzyko jest nieco niższe niż w klasie 3B. | Niebezpieczne dla oczu; zalecane okulary ochronne. |
| 3B | Bezpośrednie promieniowanie laserowe jest niebezpieczne dla oczu, a w szczególnych przypadkach także dla skóry. Odbicia rozproszone są zwykle klasyfikowane jako nieszkodliwe. | Niebezpieczne dla oczu; wymagane są okulary ochronne. |
| 4 | Dostępne promieniowanie laserowe jest bardzo niebezpieczne dla oczu i skóry. Odbicie rozproszone jest również niebezpieczne dla oczu. Ponadto istnieje ryzyko pożaru i uszkodzenia skóry. | Sprzęt ochrony osobistej jest konieczny (okulary, parawany). |
Efekty biologiczne
„Światło” z potężnych laserów może być skoncentrowane o gęstości mocy (czyli stosunek mocy na powierzchnię lub waty/cm2), która jest wystarczająco wysoka, aby odparować tkankę, metal lub ceramikę. W medycynie promieniowanie laserowe jest wykorzystywane do usuwania tatuaży lub cięcia tkanki ludzkiej. Te przykłady pokazują szereg zastosowań, które wymagają laserów o dużej mocy, które powodują potencjalne wysokie ryzyko przypadkowego naświetlenia użytkownika oraz osób postronnych.
Ponieważ oczy są niezwykle wrażliwe na światło, są również bardzo zagrożone. Możliwe jest spowodowanie nieodwracalnego uszkodzenia oka za pomocą tylko jednego spojrzenia na bezpośrednią lub odbitą wiązkę laserową, nawet przy niskich poziomach optycznej mocy wyjściowej.
Ciągi fal dowolnego promieniowania laserowego mają ustalony stosunek czasu i przestrzeni (są spójne) i wszystkie mają prawie taką samą długość fali (są monochromatyczne). Światło laserowe może przemieszczać się na duże odległości w postaci prawie równoległej wiązki (kolimacja). Wszystko to oznacza, że moc, z jaką laser może oddziaływać na taki obszar jak oko, jest niezależna od odległości od źródła promieniowania. Jeśli porównamy termiczne źródło promieniowania, takie jak żarówka, z laserem, zauważymy kilka różnic.
Żarówka emituje światło o bardzo szerokim spektrum długości fal bez określonego kierunku rozproszenia. Moc żarówki, która może dotrzeć do oka zmniejsza się wraz z odległością, ponieważ żarówka promieniuje we wszystkich kierunkach (patrz rysunek). Porównując żarówkę z laserem, kiedy oba źródła emituj moc optyczną 1W i jeśli odległość między naszymi oczami a źródłem światła wynosi 1 metr, to ilość światła padającego z lasera wzrosłaby 100 000 razy w porównaniu do ilości światła z żarówki (przy założeniu, że normalnie rozszerzone źrenice mają średnicę około 7 mm – czyli oczy przystosowane do ciemności).
Oprócz ilości światła, która może trafić w oko, kolejnym niebezpieczeństwem jest wysoka zdolność skupiania spójnego światła laserowego. Podczas gdy żarówka tworzy na siatkówce obraz o wielkości około 100 μm, światło lasera zostaje zredukowane do plamki o średnicy zaledwie kilku mikrometrów (~ 10 μm). Fizyk powiedziałby, że żarówka wytwarza światło niespójne. Dlatego ilość światła lasera, która trafia w oko, jest skoncentrowana na znacznie mniejszej powierzchni. Gęstość mocy (moc na obszar lub waty/cm2) wynikająca z tego stężenia może być na tyle duża, że każda tkanka w ognisku zostanie podgrzana i bardzo szybko zniszczona. Ponieważ dołek środkowy siatkówki oka (odpowiedzialny za ostre widzenie centralne i znajdujący się na siatkówce) również ma rozmiar zaledwie kilku mikrometrów, istnieje możliwość utraty wzroku po zaledwie jednym impulsie laserowym.
Laserowy filtr bezpieczeństwa
Ze względu na unikalne właściwości promieniowania laserowego (tj. koherentne, skolimowane i monochromatyczne) istnieje zwiększone zagrożenie dla oczu. Dlatego należy stosować specjalne filtry optyczne, które przepuszczają „normalne” światło, ale blokują światło laserowe.
Ponieważ światło lasera ma określoną długość fali, która zależy od ośrodka aktywnego lasera, który emituje światło, potrzebne są filtry ochronne, które dopasowują się do długości fali i mocyokreślonego źródła promieniowania laserowego.
Podczas noszenia laserowych okularów ochronnych lub patrzenia przez laserowe okna bezpieczeństwa niektóre długości fal widma, które normalnie docierałyby do naszych oczu, są odfiltrowywane. Oznacza to, że jeśli światło z widzialnego obszaru zostanie zablokowane, nieuchronnie zmieni to również postrzeganie otoczenia. Po pierwsze, przez wytłumienie transmisji otoczenie staje się ciemniejsze (podobnie jak w przypadku okularów przeciwsłonecznych). Po drugie, blokowanie niektórych długości fal zmienia nasze postrzeganie koloru.
Dlatego staranny wybór pasujących filtrów laserowych i ich technologii jest trudnym zadaniem. Prawidłowy wybór zależy od zgodności między obliczonymi wskaźnikami bezpieczeństwa lasera a wymaganiami konkretnego zastosowania. Bardzo ważnymi właściwościami fizycznymi filtrów laserowych są:
Gęstość optyczna (OD lub D(λ)) to tłumienie światła przechodzącego przez filtr optyczny. Im wyższa wartość OD, tym wyższe tłumienie. Matematyczne wyrażenie gęstości optycznej D(λ) jest logarytmem o podstawie dziesiętnej odwrotności transmitancji i jest podane przez podane równanie (gdzie τ(λ) to transmitancja).
Innymi słowy, gęstość optyczna jest miarą wskazującą, o ile miejsc dziesiętnych przesuwa się transmisja promieniowania dla danej długości fali.
Jednak zgodnie z wyżej opisanymi normami sama gęstość optyczna nie wystarcza do zagwarantowania ochrony przed promieniowaniem laserowym. Ważne jest, aby gęstość optyczna pozostała wystarczająco wysoka w przypadku bezpośredniego uderzenia lasera w filtr. Wymóg ten wydaje się banalny, ale rzeczywiście istnieją pewne efekty interakcji filtra i promieniowania laserowego, które mogą powodować pewne zmniejszenie gęstości optycznej.
Tłumienie światła przez filtr o przepuszczalności τF (λ) w widmie światła widzialnego określa się jako tzw. przepuszczalność światła widzialnego (VLT), przepuszczalność światła dziennego lub przepuszczalność świetlną (w skrócie: τV). VLT (τV) jest określana w odniesieniu do standardowego iluminantu D65 (patrz ISO/CIE 10526:1991 i ISO/CIE 10527:1991) i oceniana zgodnie z wrażliwością widmową oka na światło dzienne V(λ).
Tłumienie światła przez filtr o przepuszczalności τF (λ) w widmie światła widzialnego określa się jako tzw. przepuszczalność światła widzialnego (VLT), przepuszczalność światła dziennego lub przepuszczalność świetlną (w skrócie: τV). VLT (τV) jest określana w odniesieniu do standardowego iluminantu D65 (patrz ISO/CIE 10526:1991 i ISO/CIE 10527:1991) i oceniana zgodnie z wrażliwością widmową oka na światło dzienne V(λ).
Oczy potrafią przystosować się do różnych sytuacji oświetleniowych, a całkowita ilość światła może zostać zrównoważona przez dodatkowe oświetlenie. Dlatego kolejnym ważnym aspektem przy wyborze laserowego filtra ochronnego jest widzenie barwne. Jeżeli widzenie barwne jest zaburzone lub ograniczone, niektóre kolory mogą nie być rozpoznawane. Efekt ten może również dotyczyć świateł ostrzegawczych lub wyświetlaczy, a także zdolności rozróżniania przyrządów oznaczonych kolorami, takich jak m. in. tych znajdujących się w otoczeniu medycznym.
Laservision wizualizuje widok kolorów za pomocą specjalnego diagramu (np. laserowy filtr ochronny P1E07) w oparciu o normę EN 172 (rozpoznawanie światła sygnalizacyjnego). Norma ta określa, w zależności od współczynnika VLT, minimalną przepuszczalność laserowego filtra ochronnego dla czterech podstawowych kolorów: czerwonego, zielonego, niebieskiego i żółtego, aby spełnić wymagania dotyczące rozpoznawania światła sygnalizacyjnego. Ta wartość progowa jest przedstawiona na rysunku za pomocą przerywanej linii w kolorze czerwonym. Na każdej osi podano wartości transmisji filtru, które są uzyskiwane w rzeczywistości. Im większy jest obszar koloru jasnoniebieskiego i im bardziej symetryczny jest jego kształt, tym lepsza jest wartość jasności i postrzeganie kolorów laserowego filtra ochronnego.
Normy bezpieczeństwa
Bezpieczeństwo w pracy z laserem zgodnie z normą europejską (EN)
W zakresie stosowania europejskich norm bezpieczeństwa okulary ochronne muszą być oznakowane jako środki ochrony indywidualnej (PPE) zgodnie z normą EN 207 i/lub EN 208. Oznakowanie zgodne z normą EN 207 musi zawierać długość fali/obszar, tryb pracy (D, I, R lub M), poziom ochrony (wartość LB), znak CE i oznaczenie producenta. Zwykłe oznaczenie gęstości optycznej wg amerykańskiego standardu ANSI jest zabronione.
Ponadto, aby otrzymać certyfikat CE dla "laserowego szkła ochronnego", konieczne jest przeprowadzenie badania typu EC przez niezależnego weryfikatora, zgodnie z europejskimi normami ochrony przed promieniowaniem laserowym dla środków ochrony indywidualnej (PPE). W tym przypadku badana i ważona jest nie tylko gęstość (OD), ale także szereg innych parametrów, takich jak odporność na promieniowanie UV i powierzchnia kryjąca. Niezbędne do klasyfikacji poziomów ochrony jest jednak określenie poziomu obrażeń oraz wytrzymałości. Są one określane poprzez sprawdzenie i/lub przetestowanie maksymalnej gęstości energii i mocy oddziałującej na filtr (energia i/lub moc na obszar wiązki) bez przekroczenia wartości progowej na tylnej stronie (od strony oczu) filtra.
W ramach dopuszczenia CE okulary ochronne do pracy z laserem (oprawka i filtr), które zostały wykonane przez niezależnego weryfikatora (jednostkę notyfikowaną), otrzymują poziom ochrony. Ten poziom ochrony musi wskazywać minimalną gęstość optyczną standardowej wiązki laserowej (długość fali, moc i tryb pracy). Bezpieczne szkło laserowe ze znakiem CE gwarantuje wytrzymałość na standardowe uderzenie lasera wynoszącą min. 5 sekund lub 50 impulsów o gęstości energii lub mocy odpowiadającej określonemu poziomowi ochrony. W celu określenia poziomu obrażeń produkty laserowe są poddawane rzeczywistym testom wytrzymałości na promieniowanie lasera nadzorowanym przez niezależnego weryfikatora. Poniższe podstawowe zasady oznaczono jako normy. Dzięki ustawie z dnia 8 listopada 2011 r. o bezpieczeństwie sprzętu i produktów oraz związanemu z nią wdrożeniu europejskiego rozporządzenia w sprawie środków ochrony indywidualnej 2016/425 te podstawowe zasady stały się przepisem ustawowym, który można egzekwować na drodze sądowej. Dotyczy to nie tylko przepisów dotyczących zapobiegania wypadkom, ale także tych dotyczących sprzętu medycznego.
DIN EN 60825-1 (EN)
W normie DIN EN 60825-1, poza wskaźnikami ochrony lasera, określono również medyczne wartości progowe (wartości MZB) dla ludzkich oczu i skóry. Wartości te informują o maksymalnych wartościach mocy i gęstości energii, na które użytkownik może być narażony bez ryzyka. Na tej podstawie można określić niezbędne efekty filtrów.
EN 207:2012-04
W celu uzyskania certyfikatu zgodnego z normą EN 207 i otrzymania znaku CE laserowe środki ochrony oczu wymagają przeprowadzenia testów na bezpośrednie trafienie. Okulary ochronne (filtr i oprawka) muszą wytrzymać w znormalizowanych warunkach bezpośrednie uderzenie lasera, dla którego zostały wybrane, przez co najmniej 5 sekund (tryb cw) lub 50 impulsów (tryb impulsowy). Za okularami wartości krytyczne lasera klasy 1 nie mogą być przekroczone. W krajach, w których obowiązują europejskie normy dotyczące ochrony osobistej, dobieranie okularów laserowych wyłącznie na podstawie gęstości optycznej jest niedopuszczalne.
Ponieważ nie jest możliwe znalezienie filtra pasującego do zestawu parametrów lasera (długość fali, moc lub energia, częstotliwość powtarzania i średnica), który spełniałby wszystkie wymagania wg. DIN EN 207 lub DIN EN 208, możliwe jest wybranie filtra zgodnie z oceną ryzyka, który spełnia najbardziej zbliżone wymagania. Oznacza to, że co najmniej gęstość optyczna musi być wystarczająca, aby spełnić wymagania normy podstawowej EN 60825-1. Autoryzowany i certyfikowany filtr zapewnia czas badania 5 s, tj. 50 impulsów, który jest wymagany przez normę. Tylko do podanych poziomów ochrony!
EN 208:2010-04 (EN)
Norma ta odnosi się do okularów do ustawiania lasera. Redukują one rzeczywistą moc do mocy lasera klasy 2 (< 1mW dla laserów z falą ciągłą). Lasery oznaczone jako klasa II są uważane za bezpieczne dla oczu, jeśli odruch mrugania działa normalnie. Okulary do wyrównywania pozwalają użytkownikowi widzieć punkt wiązki podczas wyrównywania lasera.
Okulary nastawcze muszą również wytrzymać bezpośrednie uderzenie określonego lasera przez co najmniej 5 sekund (cw) lub 50 impulsów (tryb impulsowy) w znormalizowanych warunkach.
Bezpieczeństwo lasera zgodnie z amerykańskim standardem (ANSI)
Norma ANSI Z136 wymaga podawania specyfikacji wyłącznie według gęstości optycznej (OD). Gęstość optyczna (OD lub D (λ)) to tłumienie światła przechodzącego przez filtr optyczny. Im wyższa wartość OD, tym większe tłumienie. Matematycznym wyrażeniem gęstości optycznej (Dλ) jest logarytm do podstawy dziesiętnej odwrotności transmitancji i jest określony przez poniższe równanie (gdzie τλ jest transmitancją).
ANSI dopuszcza również definicję Nominalnej Strefy Zagrożenia (NHZ), która może być określona przez specjalistę ds. bezpieczeństwa laserów (LSO). Poza NHZ (nominalną strefą zagrożenia), zgodnie z normami, okulary ochronne są odpowiednie do ochrony przed światłem rozproszonym.
Regulacje Środków Ochrony Osobistej (PPE)
Nowa regulacja PPE 2016/425
Jako Colop Polska, jesteśmy zobowiązani do przestrzegania gwarancji jakości w celu przestrzegania zasad najlepszej możliwej opieki i odpowiedzialności. “Ochrona ludzi" nie oznacza dla nas tylko spełniania standardów i norm, ale także oczekiwań klientów w zakresie usług, konsultacji i procesów, a także najnowszych technologii produktowych. Produkty zgodne z normami są oczywistością i zawsze stanowiły istotną część wizji i misji naszej firmy. Naszym celem jest, aby nasi klienci mogli bezgranicznie zaufać produktom oferowanym przez firmę Colop Polska.
21 kwietnia 2018 r. wygasła ważność obowiązującej dyrektywy WE w sprawie wyrobów ochrony osobistej RL 89/686, a nowe rozporządzenie w sprawie wyrobów ochrony osobistej (VO 2016/425), które weszło w życie 20 kwietnia 2016 r., zaczęło obowiązywać. Dzięki przekształceniu w rozporządzenie przepis ten jest obowiązkowy we wszystkich częściach i ważny w każdym kraju UE.
Nowe rozporządzenie wymaga przestrzegania i dołączenia do produktu ŚOI lub udostępnienia użytkownikowi poniższych informacji.
Dokumentacja:
Deklaracja zgodności UE we wszystkich wymaganych językach narodowych (jako dodatek do produktu lub jako plik do pobrania pod adresem internetowym podanym w instrukcji obsługi)
Instrukcja obsługi
- w minimalnej czytelnej wielkości czcionki (9pt) we wszystkich językach państw członkowskich UE; laservision posiada instrukcję w 28 językach)
- ze wszystkimi ważnymi informacjami na temat stosowania środków ochrony indywidualnej:
- w tym instrukcja użytkowania i pielęgnacji
- opis zagrożeń, przed którymi produkt powinien chronić
- jak również wskazówki dotyczące ograniczeń, które mogą wynikać z samego noszenia ŚOI
- uwagi dotyczące okresu użytkowania i przechowywania.
Wymagania dotyczące etykietowania:
Jeżeli jest to technicznie możliwe, produkt musi być oznakowany w następujący sposób:
1 - filtry chroniące przed promieniowaniem laserowym muszą być również oznaczone wskaźnikiem przepuszczalności światła dziennego (VLT) w %,
2 - pełny adres odpowiedzialnego dystrybutora lub producenta,
3 - widoczna data produkcji i/lub data ważności w postaci symbolu fabrycznego wskazującego miesiąc i rok produkcji (mm/rrrr),
4 - znak CE o zalecanej wielkości i kształcie.
Okulary ochronne do Twojego lasera
Potrzebujesz okulary ochronne do swojego lasera o niestandardowych parametrach? Wypełnij poniższy formularz a my skontaktujemy się z Tobą.