Emettitori a infrarossi e loro effetti sul corpo. Radiazione laser: laser rosso e verde, sicurezza laser potenziale danno agli occhi

I raggi infrarossi (IR) sono onde elettromagnetiche. L'occhio umano non è in grado di percepire questa radiazione, ma una persona la percepisce come energia termica e la sente in tutta la pelle. Siamo costantemente circondati da sorgenti di radiazioni infrarosse, che differiscono per intensità e lunghezza d'onda.

Dovremmo diffidare dei raggi infrarossi: arrecano danni o benefici agli esseri umani e qual è il loro effetto?

Cos'è la radiazione IR e le sue fonti?

Come è noto, lo spettro della radiazione solare, percepito dall'occhio umano come colore visibile, si trova tra le onde viola (la più corta - 0,38 micron) e quella rossa (la più lunga - 0,76 micron). Oltre a queste onde, ci sono onde elettromagnetiche inaccessibili all'occhio umano: ultraviolette e infrarosse. "Ultra" significa che sono al di sotto o in altre parole meno radiazioni viola. "Infra", rispettivamente, è una radiazione più alta o più rossa.

Cioè, la radiazione IR è un'onda elettromagnetica che si trova oltre la gamma del colore rosso, la cui lunghezza è maggiore di quella della radiazione rossa visibile. Studiando la radiazione elettromagnetica, l'astronomo tedesco William Herschel scoprì delle onde invisibili che facevano aumentare la temperatura del termometro e le chiamò radiazione termica infrarossa.

La più potente fonte naturale di radiazione termica è il Sole. Di tutti i raggi emessi dalla stella, il 58% sono infrarossi. Le fonti artificiali sono tutti i dispositivi di riscaldamento elettrico che convertono l'elettricità in calore, nonché tutti gli oggetti la cui temperatura è superiore allo zero assoluto - 273 ° C.

Proprietà della radiazione infrarossa

La radiazione IR ha la stessa natura e proprietà della luce ordinaria, solo una lunghezza d'onda maggiore. Le onde luminose visibili all'occhio, raggiungendo gli oggetti, vengono riflesse, rifratte in un certo modo e una persona vede il riflesso dell'oggetto in un'ampia gamma di colori. E i raggi infrarossi, quando raggiungono un oggetto, vengono assorbiti da esso, rilasciando energia e riscaldando l'oggetto. Non vediamo la radiazione infrarossa, ma la sentiamo come calore.

In altre parole, se il Sole non emettesse un ampio spettro di raggi infrarossi a onde lunghe, una persona vedrebbe solo la luce solare, ma non ne sentirebbe il calore.

È difficile immaginare la vita sulla Terra senza il calore solare.

Una parte viene assorbita dall'atmosfera e le onde che ci raggiungono si dividono in:

Corto: la lunghezza è compresa tra 0,74 micron e 2,5 micron e vengono emessi da oggetti riscaldati a una temperatura superiore a 800 ° C;

Medio – da 2,5 micron a 50 micron, temperatura di riscaldamento da 300 a 600°C;

Lungo – la gamma più ampia da 50 micron a 2000 micron (2 mm), fino a 300°C.

Le proprietà della radiazione infrarossa, i suoi benefici e danni al corpo umano sono determinati dalla fonte di radiazione: maggiore è la temperatura dell'emettitore, più intense sono le onde e più profonda è la loro capacità di penetrazione, il grado di impatto su qualsiasi essere vivente organismi. Gli studi condotti sul materiale cellulare di piante e animali hanno scoperto una serie di proprietà utili dei raggi infrarossi, che hanno trovato ampia applicazione in medicina.

I benefici della radiazione infrarossa per l'uomo, applicazione in medicina

La ricerca medica ha dimostrato che i raggi infrarossi a lungo raggio non sono solo sicuri per l’uomo, ma anche molto utili. Attivano il flusso sanguigno e migliorano i processi metabolici, sopprimono lo sviluppo di batteri e promuovono una rapida guarigione delle ferite dopo interventi chirurgici. Promuovono lo sviluppo dell'immunità contro le sostanze chimiche tossiche e le radiazioni gamma, stimolano l'eliminazione delle tossine e delle scorie attraverso il sudore e l'urina e abbassano il colesterolo.

Particolarmente efficaci sono i raggi con una lunghezza di 9,6 micron, che promuovono la rigenerazione (ripristino) e la guarigione di organi e sistemi del corpo umano.

Da tempo immemorabile, la medicina popolare ha utilizzato il trattamento con argilla riscaldata, sabbia o sale: questi sono vividi esempi degli effetti benefici dei raggi infrarossi termici sugli esseri umani.

La medicina moderna ha imparato a utilizzare le proprietà benefiche per trattare una serie di malattie:

Usando la radiazione infrarossa, puoi trattare fratture ossee, cambiamenti patologici nelle articolazioni e alleviare il dolore muscolare;

I raggi IR hanno un effetto positivo nel trattamento dei pazienti paralizzati;

Guarire rapidamente le ferite (postoperatorie e altro), alleviare il dolore;

Stimolando la circolazione sanguigna, aiutano a normalizzare la pressione sanguigna;

Migliora la circolazione sanguigna nel cervello e nella memoria;

Rimuovere i sali di metalli pesanti dal corpo;

Hanno un pronunciato effetto antimicrobico, antinfiammatorio e antifungino;

Rafforzare il sistema immunitario.

Asma bronchiale, polmonite, osteocondrosi, artrite, urolitiasi, piaghe da decubito, ulcere, radicolite, congelamento, malattie dell'apparato digerente: questo non è un elenco completo di patologie per il trattamento delle quali vengono utilizzati gli effetti positivi della radiazione infrarossa.

Il riscaldamento dei locali residenziali mediante dispositivi a radiazione infrarossa favorisce la ionizzazione dell'aria, combatte le allergie, distrugge i batteri, le muffe e migliora le condizioni della pelle attivando la circolazione sanguigna. Quando si acquista un riscaldatore, è imperativo scegliere dispositivi a onde lunghe.

Altre applicazioni

La proprietà degli oggetti di emettere ondate di calore ha trovato applicazione in vari ambiti dell'attività umana. Ad esempio, con l'aiuto di speciali telecamere termografiche in grado di catturare la radiazione termica, puoi vedere e riconoscere qualsiasi oggetto nell'oscurità assoluta. Le telecamere termografiche sono ampiamente utilizzate in applicazioni militari e industriali per rilevare oggetti invisibili.

In meteorologia e astrologia, i raggi infrarossi vengono utilizzati per determinare le distanze di oggetti, nuvole, temperatura della superficie dell'acqua, ecc. I telescopi a infrarossi consentono di studiare oggetti spaziali inaccessibili alla visione attraverso strumenti convenzionali.

La scienza non si ferma e il numero di dispositivi IR e le aree della loro applicazione sono in costante crescita.

Danno

Una persona, come qualsiasi corpo, emette onde infrarosse medie e lunghe, che vanno da 2,5 micron a 20-25 micron di lunghezza, quindi le onde di questa lunghezza sono completamente sicure per l'uomo. Le onde corte sono in grado di penetrare in profondità nei tessuti umani, provocando il riscaldamento degli organi interni.

Le radiazioni infrarosse a onde corte non sono solo dannose, ma anche molto pericolose per l'uomo, soprattutto per gli organi visivi.

Il colpo di calore solare, provocato dalle onde corte, si verifica quando il cervello si riscalda solo di 1°C. I suoi sintomi sono:

Vertigini gravi;

Nausea;

Aumento della frequenza cardiaca;

Perdita di conoscenza.

I metallurgisti e gli operai siderurgici, costantemente esposti agli effetti termici dei brevi raggi infrarossi, hanno maggiori probabilità di altri di soffrire di malattie del sistema cardiovascolare, hanno un sistema immunitario indebolito e sono più spesso esposti al raffreddore.

Per evitare gli effetti dannosi delle radiazioni infrarosse, è necessario adottare misure protettive e limitare il tempo trascorso sotto i raggi pericolosi. Ma i benefici della radiazione solare termica per la vita sul nostro pianeta sono innegabili!

Sicuramente molte persone sanno che le radiazioni ultraviolette possono creare una doppia situazione per la pelle. Può causare quella che chiamiamo abbronzatura (in altre parole, colpisce la melanina sotto la pelle) sul corpo, oppure può provocare gravi ustioni.

Luce ultravioletta- la radiazione più potente del nostro sistema principale e unico: il solare, ora lo sa ogni bambino in età scolare. Ciò che vediamo come raggi del sole in realtà è solo la luce di una stella che ci raggiunge attraverso una distanza incredibile.

Le onde ultraviolette, invisibili per noi, rimangono semplicemente al di fuori dello spettro accessibile all'occhio umano.

Questi sono solo i resti dell'energia che ci raggiunge dal Sole attraverso la distanza dalla Terra (che è di 149.600.000 km) e supera la principale protezione del pianeta: lo strato di ozono.

Ciò che possiamo sentire sulla nostra pelle sono minuscole particelle dell'incredibile quantità di calore che la stella rilascia ogni secondo. Potresti aver sentito parlare dello strato di ozono da programmi televisivi ambientali e altro materiale simile, e per una buona ragione.

Se lo strato di ozono non esistesse, tutta la vita sulla Terra morirebbe quasi istantaneamente a causa di un potente flusso di radiazioni. Sì, le radiazioni ultraviolette sono radioattive e in dosi elevate possono causare danni, persino la morte.

La gamma di radiazioni ultraviolette è compresa tra i raggi visibili a noi (vale a dire il confine viola della nostra visione luminosa) e i raggi X.

Ecco perché questo tipo di raggi elettromagnetici ha preso il nome: ultravioletto, dal lat. ultra (sopra qualcosa, oltre qualcosa) e viola (viola dall'inglese).

Anche la luce ultravioletta ha lunghezze d'onda diverse, da 400 a 100 nm. La lunghezza d'onda è importante: colpisce gli organismi viventi con una forza direttamente proporzionale alla portata.

La lunghezza d'onda USF di 280-200 nm ha l'effetto più forte sugli organismi viventi, ad esempio sui tessuti degli organi. Agisce come una radiazione battericida sui microrganismi, distruggendoli completamente.

Chi ha scoperto l'ultravioletto?

Il sospetto che esistano spettri di luce invisibili circola da molto tempo tra le più grandi menti dell'umanità. Gli scienziati di quel tempo non riuscivano a spiegare il fenomeno, ma fecero ipotesi molto promettenti, che portarono gli scienziati moderni alla scoperta nella sua forma pura.

La scoperta è avvenuta poco dopo che l'umanità ha scoperto la radiazione infrarossa. In questo periodo, il fisico tedesco Johann Wilhelm Ritter iniziò a condurre ricerche nella regione all'estremità opposta dello spettro, con raggi oltre il limite viola.

Il diciannovesimo secolo era appena iniziato, la gente ancora non sapeva molto della luce e di cosa fosse, per non parlare di cosa fossero le radiazioni ultraviolette.

Tutto è stato appreso attraverso la sperimentazione, rari contatti con colleghi di altri paesi e un lungo processo di tentativi ed errori. Ritter ha seguito la stessa strada.

Ha concepito un esperimento interessante, che ha condotto nella sua ricerca utilizzando il cloruro d'argento. Irradiandolo con diverse parti dello spettro, notò che l'ossidazione della sostanza avviene a velocità diverse.

Ogni parte dello spettro aveva un effetto diverso, ma un indicatore si distingueva molto chiaramente dagli altri: l'argento si scuriva più velocemente all'esterno della parte viola, o meglio davanti ad essa.

Nonostante all’epoca anche la conoscenza della gamma di lunghezze d’onda fosse piuttosto confusa, gli scienziati ne trassero una conclusione che cambiò per sempre la fisica.

Dopo molte discussioni e discussioni, la conclusione è stata data al pubblico in modo abbastanza chiaro.

Gli scienziati hanno convenuto che la luce può essere divisa in tre parti condizionali e strettamente separate:

1. luce visibile (visibile all'occhio umano);
2. radiazioni infrarosse (raggi invisibili che danno l'effetto del calore e sono responsabili dell'ossidazione);
3. raggi ultravioletti (riparatrice).

Naturalmente, nessuno potrebbe conoscere l'effetto delle radiazioni ultraviolette sulla pelle umana, così come tutte le aree in cui le persone utilizzeranno queste radiazioni in futuro.

Tuttavia, la ricerca è continuata e continua ancora oggi, e l'ultravioletto sorprende costantemente gli scienziati con alcune nuove proprietà e possibilità per il suo utilizzo.

I benefici delle radiazioni ultraviolette per l’uomo

Ogni anno l'umanità scopre sempre più nuovi modi per utilizzare questa straordinaria radiazione.

Uno dei metodi più famosi e familiari a chiunque abbia avuto la sfortuna di rimanere a lungo in ospedale è il quarzo, ovvero l'irradiazione di una stanza d'ospedale con luce ultravioletta per sterilizzare completamente la stanza dai microrganismi.

Sebbene il metodo sia vecchio, è ancora utilizzato: molti reparti ospedalieri sono ancora dotati di lampade speciali che emettono raggi ultravioletti.

Tutte le persone, compreso il personale, lasciano la stanza durante la quarzatura, poiché i raggi ultravioletti di potenza sufficiente per un effetto battericida danneggeranno sicuramente una persona.

Una persona che si trova anche brevemente sotto l'effetto di una lampada del genere sentirà un ronzio nelle orecchie, un aumento della pressione sanguigna e sarà perseguitata da un odore specifico e mal di testa.

La radiazione ultravioletta (UVS) viene utilizzata anche nella disinfezione dell'acqua. Insieme al cloro, che viene utilizzato più per scopi industriali, e non per l'acqua, che dovrebbe poi entrare nelle case delle persone, la luce ultravioletta non solo aiuta a purificare l'acqua, ma elimina anche le conseguenze della clorazione e dell'ozonizzazione dell'acqua: eccessiva durezza, sedimenti chimici.

È molto popolare quando si purifica l'acqua per esigenze industriali, fabbriche e piscine: lo spettro della radiazione ultravioletta è tale che tale purificazione non causerà danni all'uomo.

Lo stesso cloro è molto più pericoloso: se, ad esempio, in una piscina non si calcolano le proporzioni della sostanza rispetto all'acqua, il cloro può facilmente causare lievi ma evidenti ustioni alla pelle.

L'ultravioletto si è distinto anche nel campo dell'analisi ambientale. Come qualsiasi radiazione, può essere utilizzata per studiare le sostanze. L'effetto è particolarmente visibile sui minerali: quando irradiati, le rocce e le pietre iniziano a brillare, ciascuna in modo diverso.

Non ci sono conseguenze di tale irradiazione e la speciale reazione di ciascun minerale ai raggi ultravioletti è stata molto utile ai geologi. Ora, risplendendo attraverso interi strati di rocce, si può “riconoscere” questa o quella pietra con certezza quasi assoluta.

I raggi X vengono utilizzati anche dai geologi per tali analisi, ma è difficile competere con la straordinaria efficacia della luce ultravioletta.

Bene, forse l'area di applicazione più conosciuta di tali raggi è adesso. Questo, stranamente, è il campo della cosmetologia.

L'umanità si chiede da tempo se l'ultravioletto nei raggi del sole (vale a dire, il Sole è la principale fonte di ultravioletto cosmico per noi) provoca l'abbronzatura sulla pelle umana.

Allora perché non creare una fonte artificiale e ottenere questo effetto tutto l'anno, e non solo durante le stagioni balneari, quando è possibile prendere il sole?

L'effetto degli UVC sulla pelle è estremamente semplice e meccanico - i raggi agiscono sul nostro pigmento umano (melanina), che semplicemente si protegge, scurindosi nel processo - questo spiega anche il motivo della scomparsa dell'abbronzatura nel tempo.

Siamo riusciti a creare una fonte artificiale: ora si tratta di solarium ultramoderni con lampade delicate. Sono quasi completamente sicuri per le persone con qualsiasi tipo di pelle e utilizzano la luce ultravioletta facilmente e senza preoccupazioni.

Nessuno è al sicuro dall'applicare troppa abbronzatura o rovinare il tono uniforme, ma scottarsi in un solarium non accadrà: le precauzioni di sicurezza non lo consentiranno.

I pericoli delle radiazioni ultraviolette per la pelle

A proposito, sulla sicurezza. In piccole quantità, le radiazioni ultraviolette all'aria aperta non possono causare danni più gravi della pelle scottata dal sole, anche se si è in acqua.

Ma stiamo parlando della dose standard di radiazioni per una persona, e ci sono persone che, volontariamente o inconsapevolmente, ricevono raggi ultravioletti in eccesso molto più spesso di diverse volte all'anno.

Sfortunatamente, questo minaccia non solo l'abbronzatura permanente. I raggi non agiscono nel migliore dei modi sulla pelle, a volte formando o intensificando un melanoma già esistente, in altre parole un cancro della pelle.

Esistono diversi tipi di melanomi, ma sono tutti tumori maligni. Inoltre, non importa dove prendi il sole: sia il solare cosmico che l'ultravioletto artificiale, utilizzato nei solarium, avranno lo stesso effetto.

Il rischio di contrarre il melanoma è basso, ma se in precedenza hai avuto altri tumori, le radiazioni ultraviolette aumentano la possibilità di recidiva, come è stato dimostrato.

Melanoma– la peggiore delle opzioni e le probabilità che ciò accada sono scarse. Ma se abusate del sole, avrete altre spiacevoli sorprese.

Queste sono le ustioni cutanee che tutti conosciamo fin dall'infanzia, dopo le quali lo strato superiore dell'epidermide scivola via in brandelli. Esiste un'alta probabilità di invecchiamento precoce della pelle a causa della stessa melanina, che semplicemente non può sopportare un tale carico.

E se ti sbarazzi delle ustioni, poiché ovunque vengono già utilizzate creme speciali per il trattamento e la prevenzione delle scottature solari, è improbabile che l'invecchiamento venga invertito.

Un'altra ingegnosa invenzione umana, gli occhiali da sole, è stata inventata anche nel tentativo di combattere l'eccesso di radiazioni ultraviolette, perché anche questi raggi sono molto dannosi per l'occhio umano.

L'effetto dannoso sarà dello stesso tipo: un'ustione, ma solo sulla barriera principale dell'occhio, la retina. Questa è una lesione grave, l'integrità della retina è molto difficile e costosa da ripristinare.

Sorprendentemente, durante la sostituzione della retina, alcuni pazienti hanno iniziato a vedere letteralmente la radiazione ultravioletta sotto forma di un debole bagliore viola, e nei nuovi modelli di impianti in rapido sviluppo questo errore non esiste più.

Puoi proteggere i tuoi occhi dai raggi solo con uno “schermo” diretto, il cui ruolo è svolto dal vetro degli occhiali: la sua funzione principale è proprio questa, e non quella di migliorare la tua visibilità in una giornata di sole.

Sorprendentemente, da nostro nemico abbiamo lentamente ma inesorabilmente trasformato l'ultravioletto in un amico condizionale. Usiamo le radiazioni per risolvere i problemi quotidiani che, con qualsiasi violazione più o meno grave dello strato di ozono, possono facilmente causare un'apocalisse.

Abbiamo imparato a maneggiarlo con cautela e a conoscerne i principali segreti, ma questo non significa affatto che non sia più pericoloso per noi.

Prima di tutto, tutto dipende dalle persone stesse: finché la tecnologia non sarà sufficientemente sviluppata per salvarci completamente dagli effetti delle radiazioni cosmiche, dovremmo stare estremamente attenti e fare attenzione alle ustioni, soprattutto con tali conseguenze.

Laser - un generatore quantistico ottico, e la parola stessa è un'abbreviazione delle parole della frase inglese Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation - amplificazione della luce come risultato dell'amplificazione stimolata. Pensiamo che la luce (ad esempio quella di una lampada) sia continua, ma in realtà è composta da molti fotoni con una lunghezza d'onda casuale e una fase casuale. Ciò porta al fatto che la radiazione generata da questi fotoni si diffonde in direzioni diverse, per cui ha un'intensità insignificante, diminuendo nello spazio, e la luce è “bianca”, cioè contiene una varietà di onde.Sulle peculiarità della radiazione laser puoi attribuirlointensità, direzionalità, coerenza e intervallo ristretto di lunghezze d'onda.

1. Intensità. La luce di una normale lampada viene diffusa su un'ampia area dello spazio e la sua intensità diminuisce man mano che si allontana dalla fonte di radiazione. Il raggio laser è così strettamente focalizzato che un numero significativo di fotoni colpisce contemporaneamente un piccolo punto. E poiché la sezione trasversale del raggio laser è molto piccola, in quest'areasi concentra un'enorme energia. Pertanto, anche una fonte di luce di potenza insignificante crea la massima densità di energia in un piccolo volume di spazio e, quindi,Il raggio laser ha un'intensità elevata.

2. Direzione. La direzione del raggio laser è creata da un sistema ottico, o più precisamente da due specchi che formano un canale ottico. Molto spesso, i laser hanno due specchi: uno completamente riflettente e uno traslucido, tra i quali si trovano una sorgente luminosa e un mezzo eccitato. Il raggio laser attraversa il mezzo laser eccitato, la sua ampiezza aumenta mantenendo la radiazione in fase, colpisce uno specchio completamente riflettente e cambia la sua direzione nella direzione opposta. Il raggio riflesso passa nuovamente attraverso il mezzo eccitato, intensificandosi ulteriormente. Poi colpisce uno specchio traslucido e, poiché l'intensità del raggio è ancora insignificante, viene riflesso dallo specchio traslucido, passa nuovamente attraverso il mezzo eccitato, ecc. Quando il raggio è sufficientemente amplificato e la sua potenza diventa elevata, uno specchio traslucido trasmette il raggio verso l'esterno, dopodiché può percorrere distanze considerevoli senza grande perdita di energia, poiché i raggi sono praticamente paralleli.

Le peculiarità della radiazione laser portano al fatto che il raggio laser ha un effetto speciale sulla retina dell'occhio umano. Tutta l'energia del raggio laser è focalizzata in un punto, mentre la luce proveniente da una sorgente incoerente convenzionale colpisce un'area relativamente ampia della retina. Pertanto, una sorgente di radiazione laser con una potenza di decine di milliwatt può portare alla distruzione della retina e alla completa perdita della vista, mentre la luce di una lampada con una potenza di cento watt (mille volte più potente di una sorgente laser) è facilmente tollerata da una persona.

Nella moderna tecnologia elettronica vengono utilizzati principalmente i laser a semiconduttore. Il loro flusso luminoso può cambiare rapidamente alle alte frequenze senza interrompere l'emissione stimolata, il che li rende adatti e particolarmente convenienti per l'uso nei dispositivi di comunicazione, lettura di informazioni e stampa. Tutte queste applicazioni laser sono caratterizzate da un'elevata frequenza di ripetizione degli impulsi luminosi.

In linea di principio, i laser vengono utilizzati in un’ampia varietà di settori dell’attività umana: medicina, elettronica, metallurgia, telecomunicazioni e militare. Ogni area di applicazione del laser lascia il segno sulle caratteristiche e sui parametri richiesti degli emettitori laser. A causa del fatto che le caratteristiche fisiche della radiazione laser creano un rischio di lesioni alle persone di varia gravità, varie agenzie governative, servizi di certificazione e ispezione sanitaria stanno sviluppando sistemi di classificazione e standard di sicurezza quando si lavora con i laser.

La più conosciuta e utilizzata è la classificazione composta da quattro classi di sicurezza dei sistemi laser.

Classe di sicurezza I (laser a bassissima potenza). I laser di questa classe sono considerati completamente sicuri per l'uomo. Questa classe comprende laser e sistemi laser che, in assenza di condizioni di irradiazione inerenti a un dato dispositivo laser, possono emettere un flusso luminoso ad un livello superiore ai limiti di esposizione oculare, ad es. I sistemi laser di classe I non possono causare danni agli esseri umani. Questa classe comprende laser con una potenza inferiore a 0,39 mW. Ma vale la pena prestare attenzione al fatto che i dispositivi della classe di sicurezza I possono corrispondere a prodotti che utilizzano laser di potenza maggiore. In questo caso il laser più pericoloso viene collocato in un alloggiamento protettivo, progettato in modo tale che le radiazioni pericolose non possano in nessun caso fuoriuscire oltre i confini di questo alloggiamento. Quindi, ad esempio, se guardi il manuale dell'utente o le specifiche tecniche delle stampanti laser, puoi trovare un riferimento che questo prodotto (stampante laser) appartiene ai dispositivi di Classe I. Allo stesso tempo, quando descrivi le caratteristiche dell'unità laser , si indica che questo prodotto corrisponde alla Classe IIIB. Ecco una contraddizione che può essere spiegata abbastanza facilmente. Il laser stesso appartiene al gruppo IIIB e l'intera unità laser al gruppo I. Ciò è possibile poiché il laser si trova all'interno del modulo ed è chiuso con diversi coperchi di chiusura. Tuttavia, durante i lavori di riparazione, le coperture del gruppo laser potrebbero essere rimosse, con il rischio di esporre il tecnico dell'assistenza a un laser di Classe IIIB, con conseguenti lesioni. La stragrande maggioranza degli sviluppatori di dispositivi basati su laser progettano i propri prodotti in modo tale da appartenere alla classe I. Ma durante le riparazioni, quando gli specialisti che eseguono il lavoro accedono direttamente al laser, l'intera sicurezza del sistema viene violata e il dispositivo può essere tranquillamente classificato come un altro gruppo più pericoloso.

Classe di sicurezza II (laser a bassa potenza). I laser e i sistemi laser di questa classe devono produrre un raggio laser visibile che sia troppo luminoso per essere guardato (anche per un breve periodo di tempo). Non è considerato pericoloso guardare momentaneamente il raggio. Se un raggio laser di questa classe colpisce l'occhio, chiudendo rapidamente l'occhio è possibile evitare qualsiasi danno, anche il minimo, alla vista. La potenza dei laser di questa classe è inferiore a 1 mW. Di norma, quando un raggio laser colpisce l'occhio, una persona tende istintivamente a chiudere gli occhi, cosa che nel caso dei laser di Classe II protegge dalle lesioni. Tuttavia, se si continua intenzionalmente a guardare il laser, il raggio di Classe II potrebbe causare danni visivi (solitamente temporanei).

Vorrei dire che la maggior parte dei puntatori laser venduti liberamente sugli scaffali dei giocattoli per bambini appartengono specificamente ai laser di questa classe. Vale quindi la pena tenere d’occhio i bambini che giocano con giocattoli così poco sicuri.

Classe di sicurezza III (laser di media potenza). I laser e i sistemi laser di questa classe possono emettere qualsiasi lunghezza d'onda, ma non possono produrre una pericolosa riflessione diffusa (riflessione in molte direzioni) a meno che non siano focalizzati o osservati per un lungo periodo di tempo in un'area limitata. Questi laser e sistemi laser non sono considerati a rischio di incendio e non sono dannosi per la pelle umana. La potenza dei laser di Classe III è inferiore a 0,5 W. Guardare direttamente nel raggio è pericoloso

La classe di sicurezza III è divisa in due sottoclassi: IIIA IIIB. La sottoclasse IIIA comprende laser e sistemi laser che, in condizioni normali, non rappresentano un pericolo se osservati senza protezione solo momentaneamente. Possono essere pericolosi se osservati attraverso sistemi di messa a fuoco ottica. La Classe IIIB comprende laser e sistemi laser che possono causare lesioni agli occhi se si guarda direttamente il raggio. Le lesioni possono essere causate anche dalla riflessione diretta del raggio, ad esempio da uno specchio. Come accennato in precedenza, la stragrande maggioranza dei laser per stampanti laser appartiene a questa classe di sicurezza.

Classe di sicurezza IV (laser ad alta potenza). I laser di questa classe rappresentano un pericolo diretto per la salute umana sia con la riflessione diretta che diffusa del raggio. Inoltre, i laser di questa classe possono costituire un pericolo di incendio e causare ustioni alla pelle umana. La potenza dei laser di ciascuna classe è presentata nella tabella finale 1.

Tabella 1

Le precauzioni di sicurezza includono segnali di avvertimento, misure protettive e formazione sulla sicurezza laser. Tali norme richiedono la presenza di segnali di avvertimento e iscrizioni sull'attrezzatura stessa che rappresentano un certo pericolo. I segnali di avvertenza devono essere duplicati anche nella documentazione tecnica che descrive le procedure di riparazione e messa a punto dei sistemi laser.

I manuali stranieri per l'utilizzo dei dispositivi laser raccomandano ai tecnici dell'assistenza di attenersi alle seguenti norme e regolamenti.

1. La manutenzione delle apparecchiature contenenti un sistema laser deve essere eseguita solo da specialisti che hanno completato la formazione sulla sicurezza laser.

2. Le riparazioni e le regolazioni del sistema laser devono essere eseguite rigorosamente in conformità con le procedure contenute nella documentazione e nel manuale di servizio.

3. Durante il lavoro, il tecnico dell'assistenza non deve disattivare i vari interblocchi e protezioni previsti dalla progettazione del dispositivo.

4. Durante il lavoro, il tecnico dell'assistenza non deve utilizzare specchi, strumenti ottici o strumenti con superficie riflettente.

5. Si consiglia di eseguire tutti gli interventi di riparazione (o la maggior parte di essi) con il dispositivo spento.

6. Nessuno deve guardare direttamente il raggio laser o qualsiasi cosa lo rifletta.

7. Il tecnico dell'assistenza non deve permettere che il raggio laser fuoriesca dall'apparecchio da riparare.

8. Il tecnico dell'assistenza deve assicurarsi che nessuno guardi direttamente nel raggio laser.

9. Se un rappresentante dell'organizzazione di servizi viene a conoscenza che qualcuno potrebbe essere stato esposto a radiazioni laser (dirette o riflesse), deve informare immediatamente la direzione dell'organizzazione di servizi. In questo caso, il capo dell'organizzazione dovrà redigere un rapporto sull'incidente, che rifletterà tutti i dettagli di tale emergenza.

Riso. 1.

Cartello di avvertenza “PERICOLO” (Fig. 1a) Rosso indica che il raggio laser può danneggiare la vista se entra direttamente nell'occhio, attraverso strumenti ottici, o se riflesso. Segnale di avvertenza ATTENZIONE (Fig. 1b) colore giallo indica che se il raggio laser entra negli occhi, chiuderli immediatamente per proteggere dai danni alla vista. La maggior parte dei sistemi laser ha la capacità di regolare la potenza di uscita del laser. In questo caso gli elementi di regolazione (normalmente resistori variabili) sono posizionati in modo tale che sia possibile effettuare la regolazione senza rimuovere le coperture dell'unità laser. In questo modo si tenta anche di ottenere una maggiore protezione per il tecnico dell'assistenza durante i lavori di manutenzione.

Quando i laser iniziarono ad apparire per la prima volta nei laboratori, sia i dispositivi stessi che le loro applicazioni erano così specializzati che la questione della sicurezza nel lavorare con gli emettitori laser si presentò a una cerchia molto ristretta di ricercatori e ingegneri e non fu 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 quando lavorano 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 derivanti dall'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 ad alcuni materiali, ma il pericolo principale di un raggio laser è la possibilità di danni agli occhi, in quanto organo più sensibile 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.

I danni agli occhi possono verificarsi istantaneamente, quindi per ridurre al minimo il rischio è necessario prendere precauzioni in anticipo, poiché all'ultimo momento potrebbe essere troppo tardi. La luce laser è simile alla luce solare in quanto colpisce l'occhio anche in fasci paralleli che vengono focalizzati in modo molto efficace sulla retina, lo strato 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 la potenza media per la generazione continua che la potenza di picco per la radiazione pulsata) . La lunghezza d'onda è molto importante perché solo le radiazioni nell'intervallo compreso tra 400 e 1400 nanometri circa possono entrare nell'occhio e causare danni significativi alla retina. La luce nella gamma dei raggi UV vicini 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 alla luce a queste lunghezze d’onda. Anche la luce nel vicino infrarosso può danneggiare la superficie oculare, sebbene con una soglia di danno (danno da radiazioni) più elevata rispetto alla luce ultravioletta.

L'occhio umano reagisce in modo diverso alle diverse lunghezze d'onda e questo, insieme ad altri fattori descritti di seguito, determina il rischio di danni agli occhi. Gli effetti dei laser pulsati sono diversi da quelli dei laser a onda continua. In pratica, i laser pulsati hanno una potenza elevata e un impulso di un solo microsecondo di potenza sufficiente può causare gravi danni se entra nell'occhio, mentre una radiazione continua meno potente può danneggiare l'occhio solo dopo lunghi periodi di esposizione. La regione spettrale di particolare importanza è la zona di rischio per la retina, che si trova tra 400 (viola) e 1400 nanometri (vicino infrarosso), compresa l'intera regione visibile dello spettro delle radiazioni elettromagnetiche. Il pericolo di danni alla luce a queste lunghezze d'onda è aumentato dalla capacità dell'occhio di mettere a fuoco, dove la luce diretta viene concentrata dall'occhio sulla retina in un punto molto piccolo, con una concentrazione molto elevata di potenza per unità di area.

Classificazione laser

Tra i numerosi standard di sicurezza sviluppati per i laser sia dal governo che da altre organizzazioni, i più fondamentali negli Stati Uniti sono la serie di standard Z136 adottata dall'American National Standards Institute (ANSI). Gli standard di sicurezza laser ANSI Z136 costituiscono la base per i regolamenti tecnici approvati dall'OSHA (Occupational Safety and Health Administration) utilizzati per valutare i rischi del lavoro con il laser. Costituiscono anche il punto di partenza delle normative 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 sui potenziali pericoli della luce solare e di altre fonti di radiazioni hanno portato alla definizione di dosi nominali di radiazioni sicure per la maggior parte dei tipi di radiazioni laser. Per semplificare le procedure di sicurezza per prevenire gli incidenti, è stato sviluppato un sistema di categorie di sicurezza laser, basato sui limiti di esposizione consentiti stabiliti e sull'esperienza acquisita in 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 ad etichettare gli emettitori di conseguenza. 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, dato il loro design. I dispositivi a bassa potenza (0,4 milliwatt a lunghezze d'onda visibili) che utilizzano laser di questa classe includono stampanti laser, lettori CD e apparecchiature di ripresa. La radiazione da essi emessa non può superare il livello massimo consentito di esposizione per gli occhi. I laser più pericolosi possono essere inclusi nella Classe I, ma nessuna radiazione dannosa deve essere emessa 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'utilizzo di laser di questa classe.

• La classe IA è una designazione speciale per i laser, con un'applicazione speciale in cui è improbabile che il raggio laser entri nell'occhio, 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 di durata della radiazione per i laser di classe I non deve superare i 1000 secondi.

• La Classe II sono laser a bassa potenza che producono radiazioni visibili. La luminosità del raggio dovrebbe 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 di sbattere le palpebre alla luce di questa luminosità dovrebbe proteggere gli occhi, ma qualsiasi visione intenzionale per un lungo periodo può causare danni. 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 impulso continuo di media potenza (1–5 milliwatt) utilizzato nelle stesse applicazioni dei laser di Classe II, inclusi scanner e puntatori. Sono considerati sicuri se esposti a radiazioni laser istantanee nell'occhio (meno di 0,25 secondi), ma non è consentita l'esposizione diretta all'occhio o l'osservazione attraverso l'ottica di ingrandimento.

• La classe IIIB comprende laser di potenza intermedia (generazione continua di 5–500 milliwatt di radiazione o 10 J per centimetro quadrato nei laser pulsati). Non sono sicuri se entrano in contatto diretto con gli occhi o se sono specchiati. Precauzioni speciali sono descritte negli standard di sicurezza per questa classe di laser. Esempi di questo tipo di laser sono strumenti spettrali, microscopi confocali e dispositivi per spettacoli laser.

• I laser di Classe IV sono laser ad alta potenza che superano la potenza dei dispositivi di Classe IIIB e richiedono le più rigorose precauzioni di sicurezza per il loro utilizzo. Sia i raggi diretti che quelli diffusi di questo laser sono pericolosi per gli occhi e la pelle e possono provocare incendi nel materiale su cui cadono (a seconda del materiale). La maggior parte delle lesioni agli occhi sono causate dalla luce riflessa dei laser di Classe IV, pertanto tutte le superfici riflettenti devono essere tenute lontane dal percorso del raggio e si devono indossare sempre occhiali di sicurezza adeguati quando si lavora con 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 adotti 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. Le modifiche agli standard sono principalmente una 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 degli abbaglianti come i diodi laser. Questi cambiamenti sono minori e, in generale, sulla base 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 classi principali di laser da 1 a 4, ma ammorbidisce i requisiti nelle classi 1, 2 e 3 e introduce al loro interno 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 attraverso il contatto oculare attraverso strumenti ottici. I laser di classe 2M emettono luce visibile e sono sicuri a meno che non vengano visualizzati attraverso strumenti ottici e purché il tempo di contatto visivo sia inferiore a 0,25 secondi. Questo è il momento durante il quale la risposta naturale alla luce intensa e il riflesso dell'ammiccamento proteggono la retina dai danni. La classe 3R comprende i laser che si avvicinano alla categoria di pericolosi quando la radiazione laser entra direttamente nell'occhio. Possono avere una potenza di uscita fino a cinque volte superiore a quella dei laser di Classe 1 e Classe 2. Durante il loro funzionamento è necessario adottare ulteriori precauzioni per evitare l'esposizione diretta alle radiazioni, soprattutto per lo spettro invisibile.

Potenziale pericolo per gli occhi

È interessante notare che un avvertimento comune per la maggior parte delle categorie di laser è quello di non guardare il raggio laser attraverso alcuna lente di ingrandimento. Il pericolo principale rappresentato dai laser 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 aumenta solo il rischio che le radiazioni laser danneggino gli occhi. I laboratori ottici in genere dispongono di molti laser, integrati in altri sistemi, come i microscopi a fluorescenza, o come sorgenti luminose montate su banchi ottici aperti. Il rischio principale rappresentato da questi laser "aperti" è la possibilità di esposizione degli occhi a raggi orizzontali sparsi all'altezza del tavolo, raggi riflessi dal piano del tavolo, componenti ottici e superfici riflettenti esterne come fibbie di cinture, orologi, gioielli e qualsiasi altro oggetto. superfici riflettenti. L'esposizione anche ad una piccola dose di radiazione riflessa per una frazione di secondo può essere sufficiente a danneggiare gli occhi e causare una temporanea perdita 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 vari tessuti oculari e dalla lunghezza d'onda e dall'intensità della radiazione laser. La lunghezza d'onda della radiazione incidente sulla retina, la superficie interna dell'occhio, è determinata dalle caratteristiche di trasmissione totale dell'occhio. La Figura 2 mostra la dipendenza della trasmissione oculare 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 in questo intervallo è focalizzata sulla retina, la superficie sensibile da cui i segnali viaggiano al cervello attraverso il nervo ottico. Quando si guarda direttamente una sorgente luminosa puntiforme (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 una piccola area ad alta densità di energia, che è probabile che danneggiare l'occhio. Ci esponiamo, in una certa misura, allo stesso pericolo quando guardiamo direttamente il sole, solo che con i laser è ancora maggiore.

Il guadagno ottico dell'occhio umano rilassato esposto a 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 di cinque volte dell'irradianza (densità del flusso di radiazione) quando la luce passa dalla cornea alla retina. Tenendo conto dell'aberrazione nel sistema lente-cornea e della diffrazione sull'iride dell'occhio, un occhio normale è in grado di mettere a fuoco una macchia di 20 micrometri sulla retina. Questa efficienza dell'occhio porta al fatto che anche un raggio laser a bassa potenza, se colpisce l'occhio, può essere focalizzato sulla retina e bruciarvi quasi istantaneamente un buco, danneggiando irrimediabilmente i nervi ottici. L'apparente bassa potenza dei laser può essere molto ingannevole, dato il pericoloso grado di concentrazione dell'energia della radiazione quando si focalizzano i raggi del fascio. 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 fluenza sulla retina di un raggio laser focalizzato da 1 milliwatt può essere un milione di volte maggiore di quella di una tipica lampadina da 100 watt. Se assumiamo che un raggio laser con una distribuzione gaussiana ideale dell'intensità della radiazione attraverso la sezione trasversale incida su un occhio privo di aberrazioni ad angolo retto, la dimensione del punto limitato dal limite di diffrazione può essere solo di 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 bruciatura sulla retina, anche di 20 micrometri, non comporti un danno significativo alla vista, poiché la retina contiene milioni di coni (cellule visive). Tuttavia, il danno retinico è solitamente più ampio 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 deterioramento della vista. Nel peggiore dei casi, quando l'occhio è completamente rilassato (focalizzato all'infinito) e il raggio laser lo colpisce ad angolo retto o riflesso specularmente, il raggio viene focalizzato sulla retina nel punto più piccolo. Se si verifica un danno nel punto in cui il nervo ottico si collega all'occhio, il risultato può essere la completa perdita della vista. Un'ustione retinica si verifica più spesso nell'area della visione centrale, la macula lutea (macula lutea), 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 ciò 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 sono coinvolte nella distinzione dei dettagli. Di conseguenza, un danno alla fovea, sebbene occupi solo il 3-4% dell'area retinica, può portare ad una perdita irreversibile dell'acuità visiva.

Fig.3. Densità della radiazione incidente 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. Anche se invisibile, il raggio è comunque focalizzato sulla retina. Come discusso in precedenza, a causa dell'efficace capacità 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 è molto intensa e, se focalizzata sulla retina, può causare gravi emorragie e l'area interessata può essere molto più grande del punto focale. Le aree interessate della retina non guariscono e, di regola, non vengono ripristinate.

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 chiamato campo pericoloso per la retina. Durante il processo di assorbimento si provocano danni alle strutture assorbenti stesse. Ma ne soffrono solo i tessuti che assorbono la radiazione e i tessuti direttamente adiacenti. Nella maggior parte degli esempi di irradiazione 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 molto gravi, con conseguenti cicatrici, possono compromettere l'efficacia della vista. Il danno più grave alla cornea è causato dalle radiazioni nello spettro IR e UV lontano.

A causa dell'elevato potere di focalizzazione dell'occhio, l'esposizione anche a un raggio laser coerente relativamente debole può causare danni irreparabili. Di conseguenza, quando si utilizza un laser ad alta potenza, 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 agli occhi. Al contrario, quando un 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 probabilità di danni agli occhi non solo aumentando le dimensioni della sorgente e riducendo la densità del flusso luminoso, ma anche rompendo la coerenza del fascio.

Tabella 1. Effetti biologici della radiazione laser

Potenziali lesioni agli occhi possono essere classificate in base alla lunghezza d'onda della luce laser e alle strutture dell'occhio che potrebbero essere danneggiate. In questo caso, l'impatto più forte è sulla retina e la zona più pericolosa sono le regioni dello spettro visibile e del vicino infrarosso. A seconda della quantità di energia assorbita, potrebbero verificarsi ustioni termiche, lesioni dovute alle onde acustiche o cambiamenti fotochimici. Gli effetti biologici delle radiazioni a varie lunghezze d'onda sul tessuto oculare sono brevemente descritti di seguito ed elencati nella Tabella 1.

Ultravioletto-B e C

Ultravioletto-A

Luce visibile e infrarossi-A

Infrarossi B e Infrarossi C

In generale, la radiazione laser nella gamma dell’ultravioletto e del lontano infrarosso viene assorbita dalla cornea e dal cristallino e il suo effetto dipende dall’intensità e dalla durata dell’irradiazione. Ad alta intensità, si verifica immediatamente un'ustione termica e una radiazione debole può causare un ulteriore sviluppo della cataratta. La congiuntiva può anche essere danneggiata dal laser

irradiazione, sebbene il danno alla congiuntiva e alla cornea di solito si verifichi quando irradiato con luce di potenza maggiore rispetto al danno alla retina. Di conseguenza, poiché il danno retinico porta a conseguenze immediate più gravi, il rischio di danno corneale viene preso in considerazione solo quando si lavora con laser a lunghezze d'onda che non raggiungono la retina (essenzialmente IR lontano e UV).

Tipi di lesioni cutanee

Le lesioni cutanee causate dalle radiazioni laser sono generalmente considerate meno importanti della possibilità di danni 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 con la superficie più estesa del corpo, la pelle è maggiormente a rischio a causa delle radiazioni, ma allo stesso tempo protegge efficacemente da esse la maggior parte degli altri organi (eccetto gli 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 generalmente utilizzati per la microscopia. Le mani e la testa sono quelle parti del corpo che sono più spesso esposte all'irradiazione accidentale di un raggio laser durante la regolazione e altre operazioni con l'attrezzatura; e un raggio di intensità sufficiente può causare ustioni termiche, danni fotochimici e shock (acustici).

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, incluso indossare maniche lunghe e guanti ignifughi. In molti casi, le procedure di allineamento possono essere eseguite utilizzando laser di potenza inferiore a quella richiesta per l'esame vero e proprio.

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 (a gas, a stato solido, a coloranti, a semiconduttore), ad eccezione dei laser a semiconduttore, richiedono alta tensione e, spesso, l'utilizzo di elevata corrente per generare il raggio laser. La differenza sta solo nel luogo di applicazione dell'alta tensione: direttamente al risonatore del laser stesso, alla lampada della pompa o al laser della pompa, poiché 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 tipico dei laser pulsati, da non dimenticare quando per qualche motivo è necessario rimuovere il loro alloggiamento. Dovresti sempre ricordare che esiste il pericolo di scossa elettrica se non diversamente specificato. Molti laser richiedono alta tensione solo prima di iniziare a generare radiazioni, dopodiché funzionano a tensione normale 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 microscopi laser

Molti laser da laboratorio hanno le stesse proprietà dei laser ad alta potenza utilizzati nelle applicazioni industriali 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 operative in cui non si può assolutamente escludere la possibilità di contatto oculare con il raggio laser, è necessario indossare occhiali di sicurezza. È importante che questi occhiali blocchino la luce alla lunghezza d'onda del laser ma consentano il passaggio del resto della luce per garantire un'adeguata visibilità. La chiave è abbinare la filtrazione al laser utilizzato, poiché non esistono occhiali di sicurezza universali per tutti i laser o per tutte le lunghezze d'onda di un laser a più lunghezze d'onda. Poiché il raggio laser può entrare negli occhi da qualsiasi angolazione, diretto o riflesso dalle superfici, gli occhiali devono bloccare tutte le possibili direzioni.

Riso. 4. Segnali di pericolo laser

Il laser allo zaffiro al titanio (comunemente indicato come laser Ti: zaffiro) è un esempio versatile di laser a transizione vibrazionale a stato solido 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, è impossibile fornire un unico insieme di linee guida di sicurezza per essi. 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 allo zaffiro al titanio è generalmente 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 essi. Poiché la lunghezza d'onda della radiazione cambia, è necessario indossare occhiali di sicurezza. L'utente deve assicurarsi che qualsiasi dispositivo di blocco del raggio laser corrisponda alla lunghezza d'onda emessa. Un breve impulso potente quando si opera in modalità impulso può causare danni irreparabili alla vista, quindi è necessario prendere tutte le precauzioni per garantire che il raggio colpisca 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. indossato corrispondente lunghezza d'onda. 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 con tubi flash, l'alta tensione applicata ad essi può rimanere come carica del condensatore dopo lo spegnimento del sistema. Questo deve essere ricordato per evitare scosse elettriche durante la manutenzione. La radiazione nel vicino infrarosso emessa da questi tipi di laser può essere particolarmente pericolosa perché, sebbene il raggio sia invisibile o appena percettibile all'estremità della gamma intorno ai 700 nanometri, una grande quantità di luce infrarossa viene focalizzata sulla retina.

Il drogaggio di vari materiali a stato solido con cromo si è rivelato molto promettente per lo sviluppo di nuovi laser vibronici sintonizzabili (utilizzando transizioni vibrazionali). Man mano che diventano più comuni, è necessario prendere in considerazione le precauzioni di sicurezza specifiche per ciascun tipo di questi laser. Il fluoruro di alluminio-litio-stronzio drogato con cromo (Cr:LiSAF) si è dimostrato promettente come mezzo laser pompato a diodi e viene utilizzato al posto dei laser Ti:zaffiro in alcune applicazioni di microscopia multifotone. 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 nuovi, tieni 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 laser 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 come 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. È necessario utilizzare occhiali protettivi 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 radiazione è generalmente di potenza inferiore, in parte perché emettono a molte lunghezze d'onda nello spettro visibile che sono ampiamente distribuite in tutto lo spettro. L'ampia distribuzione delle onde emesse nello spettro pone un problema nella realizzazione degli occhiali di protezione poiché, pur 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 necessaria particolare attenzione per evitare l'esposizione degli occhi alle radiazioni multifrequenza. I laser argon-krypton sono diventati popolari nella microscopia a fluorescenza, osservando campioni con più fluorofori e richiedendo un'emissione stabile a più lunghezze d'onda; Qualsiasi radiazione proveniente da questo intervallo dovrebbe essere esclusa dal raggiungere la retina. Inoltre, questi laser a scarica di gas emettono luce ultravioletta, che viene ben assorbita dalla lente; e poiché gli effetti della radiazione continua in questo intervallo sono poco studiati, è necessario indossare occhiali protettivi che assorbano la radiazione ultravioletta. Il laser agli ioni di kripton emette lunghezze d'onda multiple nella regione del vicino infrarosso e la sua radiazione è praticamente invisibile, il che può rappresentare un grave pericolo per la retina, nonostante l'apparente bassa potenza del raggio luminoso. L'alta tensione necessaria per innescare la scarica laser e le correnti relativamente elevate necessarie per generare la radiazione ad onda continua presentano un pericolo di scossa elettrica.

I laser elio-neon sono ampiamente utilizzati in applicazioni quali scanner per supermercati e apparecchiature di imaging e controllo. Con una potenza di pochi milliwatt o meno, presentano lo stesso rischio di danni della luce solare diretta. Se guardi accidentalmente il raggio a bassa potenza di un laser He-Ne, non avrà alcun effetto dannoso sugli occhi; Ma la radiazione altamente coerente di questo laser viene focalizzata sulla retina in un punto molto piccolo e quindi, con un'irradiazione prolungata, può causare danni irreparabili. La linea di emissione principale del laser He-Ne è di 632 nanometri, ma sono possibili altre lunghezze d'onda dal verde all'infrarosso. Le versioni più potenti del laser HeNe 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 del raggio con gli occhi, ad eccezione di uno sguardo momentaneo al raggio, e seguire anche le regole di sicurezza elettrica quando si lavora con fonti di alimentazione 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 soffre maggiormente le radiazioni nella regione blu, la cui sensibilità in questa gamma, anche a bassi livelli di irradiazione, è maggiore rispetto alle radiazioni con lunghezza d'onda maggiore nella regione visibile. Pertanto, anche con una bassa potenza di uscita del laser He-Cd, è necessario seguire rigorose procedure di sicurezza. Solo una piccola parte della luce ultravioletta con una lunghezza d'onda di 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 prevenire lesioni. L’ultima versione del laser He-Cd presenta una sfida più difficile a questo riguardo, poiché il laser emette contemporaneamente luce rossa, verde e blu. Qualsiasi tentativo di filtrare simultaneamente tutte e tre le lunghezze d'onda provoca il blocco di una parte dello spettro visibile tale che l'utente non può più eseguire le attività necessarie mentre indossa gli occhiali di sicurezza. Se vengono filtrate solo due linee di emissione, rimane il rischio di esposizione a una terza, quindi è necessaria la stretta aderenza alle 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 di microscopia e spettroscopia. Sono spesso utilizzati in alcune tecniche di imaging e imaging per pompare molecole di colorante per eccitare linee aggiuntive di lunghezza d'onda maggiore. I laser all'azoto sono in grado di generare radiazioni ad alta potenza a velocità di ripetizione degli impulsi estremamente elevate. Quando 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 dalla radiazione quasi ultravioletta, 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 questo tipo di laser 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 completa assenza di carica.

I laser a stato solido più comuni si basano sull'introduzione di neodimio ionizzato come impurità nei livelli del cristallo ospite (doping). Il materiale per il cristallo principale del neodimio è molto spesso il granato di ittrio e alluminio, 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 diverse potenze 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 del loro ampio utilizzo e del grado di pericolo che comportano, i laser al neodimio hanno probabilmente danneggiato più persone rispetto ad altre categorie di laser.

I laser al neodimio-ittrio-alluminio (Nd:YAG) producono radiazioni nel vicino infrarosso con una lunghezza d'onda di 1064 nanometri, che possono causare gravi danni alla retina perché è invisibile e potrebbe essere danneggiata dai 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 di sicurezza che assorbono gli infrarossi ma trasmettono la luce visibile possono essere un'opzione adatta, tranne nelle applicazioni in cui sono coinvolte armoniche di ordine superiore. Il raddoppio della frequenza produce una seconda armonica a 532 nanometri (luce verde visibile) che viaggia anche verso la retina e, se viene utilizzata questa linea di emissione, è necessario un ulteriore filtraggio per attenuare la luce verde. La triplicazione e la quadruplicazione della frequenza sono comunemente utilizzate nei laser Nd:YAG per produrre la terza e la quarta armonica a 355 e 266 nanometri, che presentano diversi rischi di danni. In questi casi è opportuno utilizzare occhiali di sicurezza per filtrare le radiazioni ultraviolette ed eventualmente una protezione per la pelle per evitare 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 dei laser più comuni

È in corso una notevole quantità di ricerche alla ricerca di un cristallo di base alternativo per il drogaggio del neodimio. Poiché compaiono nei laser industriali, è necessario prestare particolare attenzione alla loro manipolazione sicura. L'introduzione di dispositivi che garantiscono il funzionamento sicuro dei nuovi laser non sempre va di pari passo con l'emergere di nuovi modelli laser. Oggi, l’alternativa più comune al granato di ittrio e alluminio è il fluoruro di ittrio e litio (denominato YLF) e i laser Nd: YLF sia pulsati che a onda continua sono già disponibili in commercio. Sebbene simili per 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 creano filtri protettivi, come negli occhiali di sicurezza, dato il loro assorbimento della luce sull'armonica fondamentale e sulle armoniche di ordine superiore.

I laser a diodi semiconduttori sono una tecnologia relativamente nuova che si sta diffondendo rapidamente in una varietà di varianti. Le caratteristiche prestazionali dei laser a diodi dipendono da molti fattori, tra cui le proprietà elettriche del semiconduttore, la tecnologia di crescita utilizzata per produrlo e i droganti utilizzati. La lunghezza d'onda della radiazione emessa dal mezzo laser dipende dalla larghezza di banda del gap di banda (energia) e da altre caratteristiche determinate dalla struttura del semiconduttore. Lo sviluppo continuo 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 basano su strati attivi di una miscela 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 a meno che la radiazione non sia 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 a meno che il raggio laser non venga puntato direttamente verso gli occhi per un lungo periodo di tempo. I raggi laser a diodi non collimati e i raggi luminosi che escono dalla fibra ottica hanno un ampio angolo di divergenza, che fornisce un ulteriore grado di sicurezza. È necessario utilizzare occhiali di sicurezza in caso di esposizione a radiazioni ad alta potenza, a meno che tutta la radiazione non sia completamente diretta o contenuta all'interno della fibra ottica. Quando si allineano strumenti ottici nel 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, quindi generalmente non rappresentano un rischio 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 gli sviluppi continui in nuovi materiali e tecnologie stanno espandendo il loro raggio di emissione 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 degli altri laser che emettono nella stessa portata e con la stessa potenza. Come accennato in precedenza, un fattore che, in alcuni casi, riduce il potenziale pericolo 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 radiante del semiconduttore. Tuttavia, se l'applicazione richiede l'uso di ottiche di focalizzazione aggiuntive o di qualche tipo di metodo di collimazione, questo fattore viene annullato. I laser a diodi indio-gallio-arsenico-fosforo (InGaAlP) emettono a 635 nanometri con una potenza milliwatt, quindi i loro requisiti di sicurezza sono simili a quelli dei laser elio-neon della stessa potenza. Alcune versioni di laser che utilizzano miscele di diodi simili emettono a 660 o 670 nanometri e, sebbene la risposta 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, quindi l'uso di occhiali protettivi è sconsigliato. consigliato. È necessario garantire che queste particolari lunghezze d'onda siano filtrate, poiché gli occhiali di sicurezza realizzati per assorbire lunghezze d'onda maggiori 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 alle radiazioni a 750 nanometri (probabilmente debole percezione della luce rossa) e della completa mancanza di sensibilità alle lunghezze d'onda più lunghe, questi laser presentano un rischio maggiore di lesioni agli occhi rispetto a quelli che operano nel campo visibile. I laser a diodi che operano in questo intervallo possono generare radiazioni di potenza significativamente più elevata (fino a diversi watt nella 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 indio-gallio-arsenico (InGaAs) emettono anche a lunghe lunghezze d'onda, quindi sono necessari occhiali protettivi che assorbono la linea da 980 nanometri, sempre per eliminare la possibilità di esposizione accidentale a radiazioni invisibili.

In sintesi, i rischi principali quando si lavora con i laser sono la possibilità di danni agli occhi e alla pelle dovuti al contatto con il raggio laser, nonché il pericolo di scosse elettriche a causa delle 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 di sicurezza. Quando si scelgono occhiali di sicurezza o altri filtri, quattro fattori sono importanti: lunghezza d'onda del laser, natura della radiazione (pulsata o continua), tipo di mezzo laser (gas, semiconduttore, ecc.) e potenza di uscita del laser.

Esistono ulteriori rischi non legati alle radiazioni, alcuni dei quali sono specifici della microscopia stessa e altri sono piuttosto rari. In molte applicazioni industriali, i laser vengono utilizzati per il taglio e la saldatura. Le alte temperature che si sviluppano durante tali operazioni possono contribuire all'emersione di vari fumi e vapori nocivi, che devono essere rimossi dall'area di lavoro. Ciò non si applica ai laser utilizzati nella microscopia ottica, ma è necessario osservare e seguire le precauzioni generali di sicurezza. Nei sistemi pompati da lampade flash, esiste il pericolo che la lampada esploda quando viene pompata alta pressione. L'alloggiamento dell'apparecchio deve essere progettato in modo tale da contenere tutti i frammenti della lampada in caso di 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). Possono verificarsi ustioni se questi gas entrano in contatto con la pelle. Se all'interno viene rilasciata una quantità significativa di gas, questi sostituiscono l'aria nella stanza e possono 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 generalmente rimossi per l'installazione, l'allineamento e la manutenzione del laser. Alcuni sistemi laser (Classe IV o 4, in particolare) rappresentano un potenziale pericolo di incendio.

Esistono diverse classificazioni dei pericoli dei laser, che però sono molto simili. Di seguito è riportata la classificazione internazionale più comune.

● Classe 1: Laser e sistemi laser di potenza molto bassa che non sono in grado di produrre livelli di radiazioni dannosi per l'occhio umano. Le radiazioni dei sistemi di classe 1 non rappresentano alcun pericolo anche se osservate direttamente a lungo. In molti paesi la classe 1 comprende anche dispositivi laser con laser di potenza maggiore che dispongono di una protezione affidabile contro il raggio che fuoriesce dall'alloggiamento.

● Classe 2: laser visibili a bassa potenza che possono causare danni all'occhio umano se osservati direttamente direttamente nel laser per un lungo periodo di tempo. Questi laser non devono essere utilizzati a livello della testa. I laser con radiazioni invisibili non possono essere classificati come laser di classe 2. Tipicamente, la classe 2 comprende laser visibili con potenze 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 e sistemi laser che emettono radiazioni visibili, che di solito non rappresentano un pericolo se il laser viene osservato ad occhio nudo solo per un breve periodo (di solito a causa del riflesso dell'ammiccamento dell'occhio). I laser possono essere pericolosi se osservati attraverso strumenti ottici (binocoli, telescopi). Tipicamente limitato a 5 milliwatt. In molti paesi, i dispositivi di classi superiori 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 rappresentano un pericolo quando si guarda direttamente il laser. Lo stesso vale per la riflessione speculare di un raggio laser. Un 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 e sistemi laser ad alta potenza 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 misure di sicurezza necessarie. In pratica, gli standard e i codici di sicurezza laser richiedono in genere controlli più rigorosi per ciascuna classe superiore di laser.

La prima regola della sicurezza laser:

NON GUARDARE MAI IL RAGGIO LASER CON GLI OCCHI IN NESSUNA CIRCOSTANZA!

Se si riesce a evitare che il raggio laser e i suoi riflessi penetrino negli occhi, si possono evitare lesioni dolorose e possibilmente accecanti.

Infatti, è sempre più desiderabile racchiudere completamente il laser e il percorso del raggio per impedire l'esposizione di radiazioni laser potenzialmente pericolose. 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 richiede che i lavoratori siano addestrati all’uso sicuro dei laser e alle misure di controllo dei rischi.

Oltre all'ovvia regola di non puntare il laser verso gli occhi di una persona, non sono richiesti altri controlli per i dispositivi laser di Classe 2. Per i laser di classi superiori sono indubbiamente necessarie 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 barriere ottiche può, nella maggior parte dei casi, virtualmente eliminare il rischio di esposizione pericolosa agli occhi.

Quando non è possibile ostruire un laser di Classe 3 o 4, è necessario creare un'area controllata dal laser con un ingresso controllato. È obbligatorio l'uso di protezioni oculari anti-laser all'interno della zona di rischio nominale (NHZ) del raggio laser. Sebbene nella maggior parte dei laboratori di ricerca che utilizzano raggi laser collimatori l'NHZ includa l'intero laboratorio monitorato, 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 disporre di occhiali che proteggano dalle radiazioni laser. Anche per un laser da 15 mW sono necessari occhiali protettivi, poiché 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 un'attenuazione di 1000 volte e 6 significa un'attenuazione di un milione. La densità ottica corretta per un laser visibile è tale che dopo gli occhiali un colpo diretto del laser lascia una potenza corrispondente alla classe II (massimo intorno a 1 mW). Per gli invisibili, più sono, meglio è.

Gli occhiali domestici del marchio ZN-22 S3-S22 proteggono dai laser rossi e da alcuni laser infrarossi. Sono simili agli occhiali da saldatore, ma hanno lenti blu.