בטיחות לייזר

בטיחות לייזר היא מניעת תאונות לייזר, במיוחד אלה הכוללות פגיעות עיניים. מכיוון שאפילו רמות נמוכות של אור לייזר עלולות לגרום לפגיעה בלתי הפיכה בעיניים, המכירה והשימוש בלייזרים נתונים תחת תקנות.

אדם החשוף לקרינת לייזר, במיוחד אם היא בלתי נראית, יכול להיות בלתי מודע לנזק שנגרם. יש לייזרים חזקים דיים כדי שאפילו החזרה מפוזרת (דיפוסיבית) שלהם ממשטח עלולה להיות מסוכנת לעיניים. קרינת לייזר גורמת נזקים לעיניים בעיקר עקב פגיעות טמפרטורה ברשתית. עליית טמפרטורה פתאומית של 10 מעלות יכולה להשמיד את קולטני האור.

אם הלייזר חזק מספיק, נזק בלתי הפיך ייגרם בחלקיק שנייה, מהר יותר מהמצמוץ. לייזרים חזקים בתחום הנראה והתת-אדום הקרוב (400-1400nm) יכולים לחדור את עדשת העין ולגרום לחימום הרשתית, קרינת לייזר באורכי גל קצרים מ-400nm או ארוכים מ-1400nm נבלעת ברובה בעדשה ובכדור העין, לכן אינה גורמת נזק לרשתית אלא לקטרקט או לכוויות.

לייזרים בתחום התת-אדום הם מסוכנים במיוחד, מכיוון שרפלקס המצמוץ הטבעי מגיב רק לאור נראה. למשל, אנשים שנחשפים לקרינת לייזר Nd:YAG שהיא בלתי נראית באורך גל 1.064 מיקרון, עלולים שלא לחוש כאב או להבחין בנזק המידי לעיניהם. צליל "פופ" או "קליק" עשוי להישמע מכדור העין, כציון היחיד להתחממות הרשתית מעל ל-38 מעלות צלזיוס, היוצר רתיחה מתפוצצת והיווצרות מידית של כתם עיוור. לייזרים בתחומי תדירות גבוהים יותר (בצבעי הירוק והכחול) עלולים לגרום לעוורון כאשר הפגיעה מתרחשת בתהליך איטי יותר. כאשר קושי בראייה מובחן רק כשעות לאחר הפגיעה, ולאחר ימים ספורים הגעה למצב עוורון מוחלט.

חשיפה מקסימלית מותרת

מידת החשיפה המקסימלית המותרת (Maximum Permissible Exposure = MPE) היא העוצמה או צפיפות האנרגיה המקסימלית (בוואטים לסמ"ר או ג'אולים לסמ"ר) של מקור אור הנחשב בטוח, כלומר שיש לו סיכוי זניח ליצירת נזק. עצמה זו נקבעה כעשירית מהעצמה שיש לה 50% סיכוי ליצירת נזק בתנאים הגרועים ביותר. ה-MPE נמדד על עדשת העין או על העור, על פי אורך גל נתון וזמן חשיפה. חישוב ה-MPE לחשיפה לעיניים לוקח בחשבון את כל הדרכים בהן האור משפיע על העין. לדוגמה, אור אולטרה-סגול עמוק יוצר נזק מצטבר, גם בעוצמות נמוכות מאוד. אור תת-אדום באורכי גל של יותר מ-1400 ננומטר נבלע בחלקים השקופים של העין לפני הגיעו לרשתית, והמשמעות היא שה-MPE לאורכי גל אלה הוא גבוה יותר מזה של אור נראה. בנוסף לאורך הגל וזמן החשיפה, ה-MPE לוקח בחשבון את הפיזור המרחבי של האור (מלייזר או מקור אחר). אלומות לייזר מקבילות באור נראה או תת-אדום קרוב הן מסוכנות במיוחד בעוצמות נמוכות בגלל שהעדשה מרכזת את האור על נקודה קטנה במיוחד על הרשתית. מקורות אור בעלי דרגת קוהרנטיות מרחבית נמוכה מאור לייזר מקביל מביאים לפיזור האור על שטח גדול יותר של הרשתית. למקורות כאלה ה-MPE הוא גדול יותר מאשר לאור לייזר מקביל. בחישוב ה-MPE נלקחים בחשבון תנאי המצב הגרוע ביותר, בהם העדשה מרכזת את האור על השטח הקטן ביותר של הרשתית והאישון פתוח במלואו. למרות שה-MPE מוגדר כשטף (אנרגיה ליחידת שטח), הוא מבוסס על האנרגיה היכולה לעבור דרך האישון הפתוח במלואו (0.39 סמ"ר) לאור נראה ותת-אדום קרוב.

תקנות

גופי תקינה, חוקים ותקנות ממשלתיות שונות מגדירים את סיווגי התקני הלייזר בהתאם לסכנותיהם, וכן את אמצעי הבטיחות הנדרשים ממי שעלול להיחשף ללייזרים אלה.

באיחוד האירופי:

EN207 מגדיר אמצעי הגנה על העיניים.
EN208 מגדיר דרישות למשקפי הגנה לשימוש בזמן כיול אלומת הלייזר. אלה מעבירים חלק מאור הלייזר, ומאפשרים למכייל לראות את מקום האלומה, ואינם מגנים באופן מושלם מפני פגיעה ישירה של אור הלייזר.
EN60825 מגדיר צפיפויות אופטיות במצבים קיצוניים.

בארצות הברית, כל ההדרכות בנושא הגנות על העיניים ובטיחות לייזר כללית, ניתנות באוסף התקנים ANSI Z136 והם:

ANSI Z136.1 - שימוש בטוח בלייזרים.
ANSI Z136.2 - שימוש בטוח בלייזרים בתקשורת סיבאופטית. מערכות העושות שימוש בדיודות לייזר וLED.
ANSI Z136.3 - בטיחות שימוש בלייזרים במערכות רפואיות.
ANSI Z136.5 - בטיחות שימוש בלייזרים במוסדות חינוך.
ANSI Z136.6 - בטיחות שימוש בלייזרים בתנאי חוץ.

סוכנות המזון והתרופות הפדרלית בארצות הברית דורשת שכל הלייזרים מסוג 3B ו-4 הנמכרים בארצות הברית יהיו בעלי 5 אמצעי בטיחות:

לחצן הפעלה
מפסק בטיחות
נורית ציון
חוסם פתח יציאת הקרן
השהייה בהפעלה (בדרך כלל 2-3 שניות)

לייזרים המהווים חלק מציוד אחר (למשל ממערכת DVD) פטורים מדרישה זו, אם אור הלייזר אינו יוצא מן המכשיר החוצה. כמה לייזרים נייחים לא מכילים מפסק בטיחות או השהיית הפעלה, אך מצוידים בלחצן חירום או מתג

סיווג: 1. בדרך כלל לא מסוכן 2. מסכן את העין רק אם זמן החשיפה גדול מ 0.25 שניות 3b. מסוכן לעין אך לא לעור 3R. יש סיכון באלומה ישירה 4. מסוכן לעין, לעור. עלול להצית ולגרום לשריפה

אמצעי בטיחות

קיימים מספר אמצעי בטיחות בהפעלת לייזרים בעצמות הגבוהות יותר כגון דרג 4.

מערכות אינטרלוק - מפסקי ביטחון המחוברים לדלתות או מכסים שפתיחתם תפעיל תריס מגן החוסם ומפסיק את פעולת הלזירה. מערכות הגנה אופטית - כגון משקפי מגן וילונות מגן וזכוכיות מגן - שתפקידם סינון הקרן האקראית הניתזת לכיוונים לא צפויים, לרמות בלתי מזיקות. מפסקי אתחול - מערכות לייזר מדרג 4 חייבים להיות מופעלים על ידי מפתח הניתן לשליפה ומונע הפעלה לא מאושרת. נורות ושילוט אזהרה - נורות אזהרה ושילוט המפרט את דרג הלייזר ומזהיר מפני הסכנה הקיימת ודרגתה, חלק מהשלטים הללו אף מוארים כאשר הלייזר בפעולה. פירוט תקנות בטיחות בשימוש בלייזר חייבות להימצא במקום בולט לעיין מחוץ לחדר הלייזר ובתוכו. מפעילי הלייזר חייבים לעבור הדרכת בטיחות בשימוש בלייזר טרם תחילת השימוש וריענון תקופתי תוך כדי תקופת השימוש בלייזר. בדיקות עיניים תקופתיות הבודקות בין השאר גם את שדה הראייה חייבות להתבצע אצל הצוות החשוף לקרינת הלייזר.

סמני לייזר

בשנים האחרונות הופנתה תשומת לב גדלה והולכת לסיכונים של האביזרים הנקראים סמני לייזר או עטי לייזר. מכירת סמנים אלה מוגבלת לדרג 3A (עד 5mW) או דרג 2 (עד 1mW), על פי התקנות המקומיות. בארצות הברית למשל, דרג 3A הוא המקסימלי המותר, ללא אביזרי בטיחות נוספים, ובאוסטרליה ובריטניה הדרג המקסימלי הוא דרג 2. למרות זאת, בגלל חוסר אכיפה מספקת, סמנים מדרג 3A נמכרים גם במדינות שאינן מתירות אותם. החוקרים ואן נוררן וחבריו (1998) לא מצאו דוגמה אחת בספרות הרפואית של לייזר מדרג 2 שגרם לנזק בקליפת הראייה. במחקר של מיינסטר וחבריו (2003) הודגם מקרה אחד של ילדה בת 11 שלראייתה נגרם נזק זמני, לאחר שהחזיקה סמן של 5mW קרוב לעינה והסתכלה אל תוך הקרן למשך 10 שניות. היא סבלה מסקוטומה (כתם עיוור) שנרפא לחלוטין לאחר 3 חודשים. במחקר של לוטרולה והאליסיי (1999) מתואר מקרה דומה, גבר בן 34 שהסתכל אל תוך הקרן של לייזר אדום מדרג 3A בין 30 ל-60 שניות, כשהוא גורם לכתם עיוור מרכזי זמני ואובדן שדה ראייה. ראייתו החלימה לחלוטין לאחר יומיים. בדיקה מדוקדקת של הרשתית מצאה שינוי קל בצבע הגומה המרכזית.

לכן נראה שחשיפה קצרה של 0.25 שניות לסמני הלייזר המצויים בעצמה מתחת ל-5mW לא מהווה סכנה לבריאות העין. מצד שני, יש סכנה לפציעה אם אדם מסתכל בכוונה לתוך הקרן של לייזר מדרג 3A לכמה שניות או יותר בטווח קרוב. גם אם יש נזק, הראייה תחלים לחלוטין ברוב המקרים. אי-נוחות המורגשת מעבר לכך יכולה להיות פסיכולוגית יותר מאשר פיזית. בסמני לייזר ירוק החשיפה המותרת קצרה יותר, ובלייזרים בעלי עצמה גבוהה יותר צפוי נזק בלתי הפיך באופן מיידי. מסקנות אלה חייבות אימות עם הבחנות תאורטיות שנוסחו לאחרונה הקושרות תרופות מסוימות עם לייזרים באורכי גל מסוימים כסיבה לרגישות מוגברת.

מעבר לשאלה של פגיעה פיזית בעין מסמן לייזר, תופעות בלתי רצויות אחרות אפשריות. ביניהן נמצא עיוורון הבזק קצר טווח אם הקרן חודרת לעין בזמן חשכה, למשל בעת נהיגת לילה. מכאן יכול להיגרם חוסר שליטה זמני על הרכב. לייזרים המכוונים למטוסים הם סכנה תעופתית. שוטר המבחין בכתם אדום על חזהו יכול להסיק שצלף מסמן אותו כמטרה, ולנקוט פעולה אלימה. בנוסף לכך, רפלקס הרתיעה הנגרם בחלק מהמקרים למי שנחשף באופן פתאומי ללייזר מסוג זה גרם בכמה מקרים מדווחים לפציעה עצמית או לאבדן שליטה. מסיבות אלה ודומות להן, מנהל המזון והתרופות האמריקאי המליץ שסמני לייזר לא ייחשבו לצעצועים ולא יהיו בשימוש של קטינים ללא השגחה צמודה של מבוגר.

לייזרים ובטיחות טיסה

מאז נובמבר 2004 אירעו מעל 2,800 אירועים בהם כוון אור לייזר למטוסים בארצות הברית. הנושא הגיע לחקירה של הקונגרס. חשיפה ללייזרים ידניים נראית בלתי מזיקה לאור קוצר זמן החשיפה, המרחקים הגדולים ורוחב האלומה המגיע לכמה מטרים. למרות זאת חשיפה ללייזר יכולה ליצור מצבים מסוכנים כמו עיוורון הבזק. אם מצב זה קורה בזמן קריטי לפעילות המטוס, המטוס יימצא בסכנה. בנוסף לכך ל-18%-35% מהאוכלוסייה יש "עיטוש אופטי", תופעה גנטית הגורמת לאנשים להתעטש כשהם נחשפים להבזק אור פתאומי.