激光安全性很明确,或者为什么不应该看着激光束

今天的文章有点无聊,因为它提出了通常没人喜欢讨论的那些问题。 它将重点关注与结核病有关的主要,最重要的激光加工问题。 我将尝试用最少的乏味字母和数字来谈论这个令人不快但非常重要的主题,他们喜欢在各种“安全操作规则指南”中引用这些字母和数字,并本着“如果发生的情况”的精神,使用清晰易懂的示例分析主要问题。 激光本身有什么危险,所有激光都同样危险吗? 我们会明白的。

注意:由于我不是医学专家,因此本文可能包含错误和不准确之处。

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如您所知,激光器的主要特性是非常高的方向性和单色辐射,相当大的光束通量集中在非常细的光束中。 反过来,我们每个人都配备了非常灵敏的设备-眼睛。 相比之下,眼睛被设计为使用最小水平的光强度,以为其宿主提供必要的视觉信息。 已经很清楚,高度集中和强大的光束与敏感的视觉器官的组合已经分别是弱兼容的,这样的光束将是危险的。 通常,这很明显,如果您对太阳的观察时间不能超过几秒钟,则可以进入强大的激光束,这种激光束会在纸上烧孔,甚至更多。 但不是那么简单。 激光辐射的危险在很大程度上取决于其性质(脉冲或连续的),功率,波长。 同样,许多基于气体或固态/液体灯泵浦激光器的装置中,都包含处于高压下的电路和元件-变压器,无线电管,开关避雷器和晶闸管,强电电容器,这些都是造成电气危险的原因。 但是我不会专注于它们,已经有很多关于电气安全的文献,这是特斯拉制造商的痛点。 在这里,我只考虑光学元件的危险-光学元件直接携带激光辐射。

当改变激光参数时,眼睛损伤的机理也将改变,这在专门文献中有详细描述。 图中描述了激光辐射产生的效果,而不论其功率如何:

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不应将这些数据用于最终真理,这只是其中一本书的版本。 可以根据剩余参数(功率和波长)以任意比例组合所描述的效果。 严格来说,激光器的脉冲模式可以分为两种:自由生成的脉冲模式和Q开关的脉冲模式。 在第二种情况下,激光被转化为所谓的 “巨脉冲模式”是指在从工作介质泵送过程中累积的所有能量都通过短(几十纳秒)脉冲排出。 在这种情况下,脉冲功率以适度的亚焦耳能量达到数十兆瓦和数百兆瓦。 在“巨大的冲动”的影响下,损坏主要是由爆炸机制引起的,因为吸收产生的热量无法在如此短的时间内移走。 在自由生成脉冲的作用下,由于热量有时间部分地被去除并分布在吸收层的厚度中,因此根据热机制,损害会更加严重,因为脉冲由于其相对较长的持续时间(毫秒)而具有较低的峰值功率。

波长的作用尤其具有特征,因为对于不同的波长,眼介质的透明度不同。 偏离主题的是,我注意到对于X射线或γ射线,人们普遍认为生物学效应并不取决于波长,只有穿透能力会发生变化。 通常,在有关X射线辐射防护问题的专业文献中,它们仅停留在几页上,而整节内容可以专门讨论与使用激光辐射有关的安全性问题。 但是回到了对波长的影响。 在这里,我们转到同一本书的另一张桌子。 它也描述了取决于波长的损伤机理,而与功率无关。

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显然,最明显的是可见辐射的危险,因为正是这种辐射到达视网膜并被视网膜感知。 但是,如果这很明显,并不意味着它是最危险的。 事实是,可以看到可见范围的光束,在这种情况下,眼睛的眨眼反射也可以正常工作,在某些情况下,可以大大减少伤害。 尽管不能预见到来自近红外范围的光束,但它也会到达视网膜,并且没有闪烁的反射。 视网膜是眼睛最容易受损的部分,也是最令人难过的-无法再生。

因此,如果已知辐射范围和波长,实际上最后一个决定性因素仍然存在-这就是辐射功率。 由她决定您的眼睛是否完全,部分或完全不燃尽。 根据波长,如果光束是连续的,则仅此功率的大小会发生变化;如果光束是脉冲的,则仅会改变脉冲能量。

通过辐射功率将激光分为目前存在的危险等级。 让我们仔细看看Sam的Laser FAQ网站。 为方便起见,给出了由laserforum.ru Gall论坛的主持人提供的英语俄语翻译。 谁在图片中发现错误,谁都很好。

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因此,危险等级。

报价:

•I类激光产品
没有已知的生物威胁。 辐射不会被人看到,并且激光系统具有互锁装置,不允许在打开状态下打开激光器。 (大型激光打印机,例如DEC LPS-40,在10mW氦氖激光器上运行,这些激光器是IIIb类激光器,但是打印机具有联锁装置以排除与打开的激光束的任何接触,因此尽管激光器本身也不会对生物学造成危害属于IIIb类,同样适用于CD / DVD /蓝光播放器和小型激光打印机,因为它们属于I类激光产品。

•II类激光产品
输出功率高达1 mW。 此类激光不被视为光学危险设备,因为眼睛反射可防止发生任何损坏。 (例如,当明亮的光线进入眼睛时,眼睑会自动闪烁或一个人转过头以使明亮的光线消失。这称为反射动作或反应时间。II类激光不会在此时间内对眼睛造成伤害。没有人会希望看着它较长的时间。)必须在激光设备上放置警告标志(黄色)。 没有已知的皮肤危害和火灾隐患。

•IIIa类激光产品
输出功率从1 mW到5 mW。 在某些情况下,此类激光会导致部分失明以及其他眼睛损伤。 包含IIIb类激光器的产品必须具有激光指示器,以指示激光器何时工作。 他们还必须有一个“危险”标志,以及一个标明连接到激光器和/或设备的激光器出口的标志。 应该以钥匙锁的形式安装电源开关,以防止未经授权的使用。 没有已知的皮肤和火灾隐患。

•IIIb类激光产品
输出功率从5 mW到500 mW。 此类激光绝对被视为对视力的威胁,尤其是在高功率下,这会导致眼睛受伤。 此类激光器必须具有带锁的钥匙,以防止未经授权的使用,存在激光辐射的指示器,通电后3至5秒钟的开启延迟,以便操作员可以离开光束路径,以及机械快门可以在使用过程中阻挡光束。 皮肤可以在高水平的输出功率下燃烧,某些材料的短期方向可能导致起火。 (我看到一个250 mW的氩激光器在曝光不到2秒的时间内点燃了一张红纸!)必须在激光器上放置红色的危险标志和出口标志。

•IV类激光产品
输出功率> 500 mW。 此类激光可能会伤害眼睛并造成伤害。 接触时会点燃和点燃可燃物质,包括燃烧皮肤和燃烧衣服。 此类激光产品必须具有:
用钥匙锁以防止未经授权的使用,以防止在拆下盖板的情况下使用系统的锁,辐射指示器指示激光器正在工作,机械百叶窗挡住光束,并固定有红色“ DANGER”标志和出口标志激光。
反射光束应被视为与原始光束一样危险。 (再说一次,我看到一个1000瓦的CO2激光在钢材上烧了一个洞,所以想像一下它会如何作用!)

报价的结尾。

注意:是的,我的激光器主要属于第四类危险,并且不包含许多硬件保护措施,因为仅由我来处理。 因此,请您不要评论为什么我的激光器上没有锁开关或盖有互锁的问题。 这些要求主要适用于市售工厂。

可以这么说,现在让我们清楚地看到激光辐射对眼睛的伤害。 我已经提到过,在寻找新的激光器及其组件时,我会访问各种组织。 一次我参观了当地眼科中心的激光科。 在与专家沟通的过程中,我问他们的实践中是否遇到过激光辐射造成的伤害。 答案使我感到惊讶。 事实是,经过20多年的实践,直接受到的激光伤害很少。 对于我的问题,例如,如果现在每个孩子都拥有50到2000 mW的激光指示器,他们只是回答说没有人被指示器灼伤。 但是,许多人患有日光,非激光视网膜灼伤。 有人给我看过有关最严重的激光创伤的文档-激光测距仪的镜面反射脉冲对脉络膜中央窝造成严重损害,激光测距仪是在以Q开关模式工作的脉冲钕激光器(Nd:YAG)上制造的。 根据各种估计,脉冲能量为20至100 mJ,脉冲持续时间约为20 ns。 正是由于Q开关,损伤变得如此严重-因为在辐射的焦点处发生了光学击穿,这导致了水击,进而导致了中央视网膜破裂和后者的水肿以及血色素沉着(玻璃体出血)。 我被允许在完全匿名的情况下扫描文档。 使用光学相干断层扫描,您可以在一个截面中的各个平面上观察视网膜。 在寻求医疗帮助时,这看起来像是割伤了。 您可以看到带有“弯曲”边缘的清晰“孔”(实际上,它正在膨胀)。

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更多关闭:

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在不同的飞机上:

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从提供给我的文件的文本中得知,治疗过程持续了10天,在此期间决定了视网膜脱离的手术问题。 提议将肺气积血(PRP)作为消除可能的脱离并缩小间隙的有效措施。 保守治疗旨在解决水肿和预防炎症过程。 在观察过程中,还拍摄了几张眼底照片,并且在过程结束时决定不需要进行手术,因为间隙自行闭合并且长满了疤痕组织。

眼底照片按时间顺序排列。

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在相同的文件堆中,是处理后的光学相干断层扫描的另一份打印输出。

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如您所见,击穿通道消失了,作为中央窝的地方的边缘呈现出更加平滑的形状。 受伤时,视力表要视情况而定。 Sivtseva为0%,治疗结束后达到30%的改善。 我的问题是,从主观上看,他们给我看了另一张图片,清楚地表明了什么是“中央暗点”。 这是一个盲点,只有一部分图像从该盲点掉落。 大脑能够用周围背景的颜色为它“着色”,但是看不到图像的细节,因为看不到它们-该位置的光敏细胞被破坏了。 对于本文,图片来自Google。 他们还向我解释说,在有第二只健康的眼睛的情况下,这个盲点不会影响生活质量。

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后来,我设法发掘了另一张具有比较性临床数据的表格,该表格根据激光的类型及其操作模式讨论了激光伤害的结果。 如您所见,最不利的结果是由于在Q开关模式下操作的激光器造成的伤害,因为视网膜受到爆炸机构的损害,而在自由运行模式下的激光脉冲只会导致热灼伤,在某种程度上是可逆的,而不是寻找更大的辐射能量 严格来说,损伤的定位比激光参数起更大的作用;对中央窝的损伤在所有情况下都是不可逆的。

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这是眼底照片的另一个例子,眼底照片是由染料激光脉冲引起的激光视网膜灼伤。 染料激光器在脉冲持续时间和能量方面可与脉冲调Q激光器媲美。

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现在,让我们看看这是如何在动力学中发生的。 Yun Sothory使用廉价的网络摄像头作为实验受害者,并使用由自制的氮气激光器泵浦的自制染料溶液激光器作为实验受害者,进行了“如果您看着激光,将会发生什么”的实验。 视频中的结果。 尽管她拥有完全无生命的橡硅“视网膜”,但事实并非如此。 眼睛会发生什么很明显。



这是一个损坏的相机矩阵的另一个示例-在舞台激光表演期间,在1:06时,一行燃烧的像素出现在顶部。 顺便说一句,激光表演的安全性是一个单独的,非常全面的话题,关于这一点,在CIS和西方国家,很多副本都被打碎了。 激光发射器提供给光学系统的用于破坏和扫掠光束的功率有时会达到数十瓦。



现在让我们研究这个问题,所有的激光器是否同样危险?
可以毫无疑问地得出结论,最危险的是在可见光和近红外,特别是后者的短脉冲持续时间内以脉冲模式工作的激光器。 确实是。 但是,这些规则通常是为那些压力较小的人用无聊的语言写的,它声明所有的激光无一例外都是危险的,任何激光必须紧紧地封闭,塞在地下,并且不允许任何人进入。 由于一切都应在合理范围内,因此在此需要进行一些保留。 并非所有激光都同样危险。 有些危险性更高;有些危险性更低。 然后是我强硬的恕我直言,但事实并非如此。 也就是说,它的事实是,可以使用任何波长的激光(除近红外光之外)使用任何防护设备,而无需使用保护设备;如果它以连续或准连续模式工作,则其平均功率不超过10-20毫瓦,并且如果您不凝视进入光束。 而且, 如果您想凝视,则可能会有射线进入您的眼睛,例如,当您目视调整光学系统时,绝对功率上限为0.5-1 mW,如危险等级2的描述中所述。 您可以通过观察功率为1 mW的小型氦氖灯或二极管激光器的光束1-2秒来满足您的好奇心,并且可以理解,这与看着太阳非常不愉快。 但这是我的亲身经历。 我仍然建议您不要在所有激光应用中都忽略眼睛保护。 除了高功率的4类激光器外,铜蒸气激光器也是因为它的能量密度很低,这是因为光束很宽。 因此,例如, 对于我的5 W激光器 ,光束的功率密度为16 mW \ mm2。 假设意外照射到眼睛,只要瞳孔的直径在3 mm左右,其损伤将与完全普通的100 mW激光指示器的损伤相当。 但这只是我的假设,我不建议任何人进行实践检查。使用这种激光时,必须保护眼睛。

如果我们再次转到本文开头所显示的损伤与波长的关系表,似乎对于辐射在可见光和近红外范围之外的激光器,由于辐射不会到达视网膜,因此保护是不必要的,因为眼科介质在一定长度上是不透明的短于400 nm且长于3微米的电磁波。这是部分正确的。实际上,视网膜不会受到影响,因为泪膜会吸收波长大于3微米的辐射,并且在低功率/能量下这并不危险。这就是为什么像激光测距仪这样的低功率激光源只能转换为约3微米的波长(er激光器)的原因。另一方面,如果功率足够,则存在烧伤角膜的严重风险。当暴露于高功率紫外线辐射时,损坏主要是由光化学机理引起的,并在远红外情况下-热。但是需要的功率更多,比可见光范围内的激光器要大几个数量级。从形象上讲,可以将激光与不同类型的蛇进行比较,其中有毒的蛇可以一口咬死,而蟒蛇则可以用很长的时间和粗暴的力杀死,直到受害者窒息为止。来自可见光和远红外范围的激光器可以与蟒蛇精确地比较,因为它们的功率是相同的“蛮力”,特别是对于在10.6微米波长下发射成百上千瓦的CO2激光器。这是使用CO2激光烧伤角膜的示例。用一小口咬和一条蟒蛇杀死,用野蛮的力量杀死又长又乏味,直到受害者窒息而死。来自可见光和远红外范围的激光器可以与蟒蛇精确地比较,因为它们的功率是相同的“蛮力”,尤其是对于在10.6微米波长下发射成百上千瓦的CO2激光器。这是使用CO2激光烧伤角膜的示例。用一小口咬和一条蟒蛇杀死,用野蛮的力量杀死又长又乏味,直到受害者窒息而死。来自可见光和远红外范围的激光器可以与蟒蛇精确地比较,因为它们的功率是相同的“蛮力”,特别是对于在10.6微米波长下发射成百上千瓦的CO2激光器。这是使用CO2激光烧伤角膜的示例。

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解决了“谁应该受到责备”的问题,现在我们转向“该做什么”的问题。或者,在使用激光辐射时应选择什么防护措施。防止激光辐射的主要措施主要是光束路径的栅栏,光路末端的吸收体会限制光束路径的传播。如果无法整理围栏,则需要眼镜。两种保护措施相辅相成,效果更好。然而,也许除了这种以外,不存在通用安全眼镜。因此,在选择眼镜之前,您需要确切地知道要处理哪些激光。

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所有安全眼镜的设计都可以防止激光发出特定波长的光线,对于优质眼镜,每个波长的光密度始终要归一化。光学密度是眼镜的衰减系数;在英语标准中,它称为OD-X,其中X是表示衰减阶数的数字。因此,例如,OD-6表示玻璃将辐射衰减6个数量级,即,将辐射衰减6个数量级。在给定波长下为1,000,000次。衰减1000次将指定为OD-3等。好的眼镜总是有关于它们的说明,说明了它们保护的辐射波长以及每种波长的OD。同样,优质眼镜始终采用密闭设计,紧贴脸部,以使辐射产生的眩光不会绕过滤镜,从而无法通过眼镜下方。这是真正的好点的例子。举个例子我使用的苏联ZND-4-72-SZS22-OS23-1。这是尝试制造或多或少设计成可与常见类型的激光器一起工作的通用眼镜的一个示例。为此,它们具有两种类型的过滤器。眼镜由柔软的橡胶制成,非常适合面部,并具有使用说明。

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蓝色滤光片旨在防止波长为0.69微米和1.06微米的激光器(红宝石和钕激光器)工作。在这些波长下,可以保证OD-6密度。相同的滤光片可提供针对630到680 nm波长范围(氦氖,k激光器)和1.2-1.4μm范围内的辐射的防护,OD-3被声明为OD-3。橙色滤光片可保护OD-6免受400至530 nm(蓝色和绿色激光)波长的影响,而OD-3则可保护1.2-1.4μm的波长范围。仅橙色滤光片不能提供任何抵抗红色激光辐射的防护-它们需要蓝色滤光片。为方便起见,使蓝色滤镜倾斜。

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在使用所有强大的激光器时,我始终会使用此类眼镜,并且只要您按照说明进行操作,它们就可以保证受到保护。不幸的是,它们在黄色激光方面存在差距,即它们不提供有保证的保护说明,因此不具有完全的多功能性。这些眼镜有一种现代的类似物可供出售,但由于没有橙色滤镜,因此用途广泛。

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这是另一个好外国制造的眼镜的例子。它们具有不会遮挡视线的实心矩形玻璃,并且在该玻璃的情况下,在玻璃上投射了带有波长和OD参数的文本。

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现在,我们将不再看BAD眼镜的示例,我不建议这样做。这就是中国塑料渣在速卖通上以1-2-10美元出售的全部。这些眼镜既不完全适合脸部,也不具有在不同波长下具有声明的光密度的说明,也没有证书。它们是用相当精致的塑料制成的。您准备好将眼睛的安全托付给一些为一盘饭工作的无名中国人吗?我还没准备好不要购买如下所示的中国渣。

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唯一的例外是二氧化碳激光器。一般来说,它们的辐射是“热”的-波长太长,甚至不能穿过简单的透明玻璃和简单的透明塑料。上面显示的良性玻璃也适用于防止CO2激光。此处显示的BAD玻璃还可以提供足够的保护,以防止散射的CO2激光辐射,仅此而已。我仍然建议使用玻璃,因为这种激光的直接光束会简单地燃烧塑料。

另外,我想详细介绍激光技术系统制造商所采用的安全措施。原则上,如果我们的激光机上装有CO2激光器,则在低功率(例如50瓦)以下时,不需要完全覆盖加工范围的保护。普通玻璃或塑料制成的围栏也足够。原则上,即使是在功率为几千瓦的CO2激光器的激光机上,也始终无法满足防止散射辐射的要求,因为它不会带来很大的危险,因为这种辐射是热的,当您看着电炉子的敞开的螺旋形时会简单地视为热通量。红外加热器。感觉不舒服-您可以离开。完全可以接受带有二氧化碳激光器的机器的保护。但是在使用广泛使用的光纤激光器的安装中,这是严格禁止的!光纤激光器的工作波长约为1μm,如上所述,它很容易到达视网膜,在几瓦特的功率水平下,散射的辐射对眼睛非常危险,对于此类激光器安装,必须对工作区域进行围栏防护,这是必须的!这是正确完成此操作的示例。这些切割机的整个工作区域都覆盖有玻璃,玻璃不会透射散射的辐射。!!这是正确完成此操作的示例。这些切割机的整个工作区域都覆盖有玻璃,玻璃不会透射散射的辐射。!!这是正确完成此操作的示例。这些切割机的整个工作区域都覆盖有玻璃,玻璃不会透射散射的辐射。

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激光标记,雕刻机也必须具有闭合视野,因为它们是在Q切换模式下运行的光纤激光器或钕激光器,对眼睛非常危险。有关如何正确的一个示例。

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现在,清晰地了解了中国人与我们的健康之间的关系。为了达到这样的性能,您需要用棍子殴打头部,写出数百万美元的罚款,并剥夺了制造这些机器的权利。毕竟,购买者在没有保护工作区域的情况下看到了这样的机器,因此决定不需要它,因为制造商尚未安装它。在工作期间,所有散射和反射的辐射,尤其是在金属上雕刻时,都会直接飞入他的眼睛。除非他当然戴上眼镜。而且我不确定他会不会穿它们。而且,如果他在这样的机器上工作时受到视网膜损害,那么他将有权对制造商提起诉讼,并假设赢得了大笔金钱就很容易赢得诉讼。

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因此,请勿购买中国炉渣,使用正确的防护设备,也不要让您的眼睛直视光束!

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1. . . , 1977
2. www.repairfaq.org/sam/laserfaq.htm
3. www.laserkids.sourceforge.net

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN431630/


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