激光防护(精品).ppt
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1、医用激光安全与防护主讲:技术部 汪洪源2011.05.05由于激光技术的快速发展,渗透到各个领域,生产、使用激光的安全必须高度重视。美国职业安全健康联盟(OSHA 和LIA)FDA 编写了激光安全使用手册。日本厚生省修订;激光安全辐射健康使用手册我国标准委员会和国家质量监督检验检疫总局制定了国家标准GB7247.12001激光产品的安全第1部分:设备分类、要求和用户指南安全和健康的工作场所是必要的条件,而建立一种人人遵守规范的操作程序是每一位员工应尽的职责。激光安全与防护条例制定座谈目的在接触激光的过程中,安全的研发、生产和使用激光,要求每位操作者具有良好的安全素养,来发现,估计和控制潜在的危
2、险。将综述激光操作过程可能存在的危险以及为安全使用激光所提供的保护性服务。激光介绍Laser Laser 的全称是受激辐射光放大。激光器是一种在的全称是受激辐射光放大。激光器是一种在激发之后可以产生高能量,单色,单向电磁波的激发之后可以产生高能量,单色,单向电磁波的装置。这种辐射产生的电磁波谱的覆盖范围可以装置。这种辐射产生的电磁波谱的覆盖范围可以由紫外到可见再到红外。由紫外到可见再到红外。一般可以用到的激光器一般可以用到的激光器的波长可以由的波长可以由157 157 纳米到纳米到 10.6 10.6 微米。微米。激光可以以激光可以以连续或脉冲的形式发射出来。连续或脉冲的形式发射出来。激光可以
3、对人的眼睛和皮肤造成伤害。生物伤害激光可以对人的眼睛和皮肤造成伤害。生物伤害的基本机制多数是的基本机制多数是热损伤热损伤。在使用紫外激光器时。在使用紫外激光器时对人体造成的对人体造成的光化学损伤光化学损伤同样值得注意。激光的同样值得注意。激光的强度和可能造成的伤害取决于激光的种类,波长强度和可能造成的伤害取决于激光的种类,波长和用途。和用途。Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation。能量由一个叫做受激辐射的原子过程放大到极高的程度称受激辐射光。这里的术语“辐射”经常被误解。受激辐射激光与辐射的区别E=mc2=h 粒子粒子辐辐
4、射和射和电电磁波磁波辐辐射本射本质质是相同的。物是相同的。物质质波即波即德布德布罗罗意波,同意波,同样样具有波粒二象性。具有波粒二象性。只有某些波段的只有某些波段的辐辐射射对对人体有人体有较较大大伤伤害。害。电磁光谱(下图)中的光部分内或附近。能量由电磁光谱(下图)中的光部分内或附近。能量由一个叫做受激辐射的原子过程放大到极高的程度一个叫做受激辐射的原子过程放大到极高的程度x-raycosmicultravioletVisiblelightNanometersInvisiblemicrowaveTVandFMradioAMradioargonKTP alexandrite rubyvisibl
5、e light invisible light488-514 nm532 mm694 nm1,064 nm2,940 nm10,600 nm755 nmNd:YAGEr:YAGCO2NANOMETERS400 500 600 700 1000 2900 melaninmelanindiode585-600 mm810 nm pulsed dye1,320 nm激光伤害的原理 激光产生高强度和高方向性的光束。如果对准、反射或聚焦到一个物体上,激光将部分被吸收,会使物体表面或内部温度升高,引起材料的局部变化或变形。激光对生物组织的作用紫外线激光;对生物组织进行光化学反应(白癜风、银紫外线激光;对生
6、物组织进行光化学反应(白癜风、银血病、血卟淋、近视眼的治疗)。血病、血卟淋、近视眼的治疗)。可见、近红外线激光;可进入对生物组织进行爆破、凝可见、近红外线激光;可进入对生物组织进行爆破、凝聚、照射、刺激。(色素去除、内外照射、表面赘生物聚、照射、刺激。(色素去除、内外照射、表面赘生物去除)去除)红外线激光;对生物组织进行焊接、切割,打孔、碳化、红外线激光;对生物组织进行焊接、切割,打孔、碳化、气化(表面赘生物切除、组织打孔、组织焊接)气化(表面赘生物切除、组织打孔、组织焊接)激光伤害 使用激光对人可能造成的伤害分以下几类激光对眼睛和皮肤有潜在的损害人体对特定的激光输出是脆弱的,在特人体对特定的
7、激光输出是脆弱的,在特定的环境里,暴露在激光面前会导致眼定的环境里,暴露在激光面前会导致眼睛和皮肤的损伤。一般来讲,人的眼睛睛和皮肤的损伤。一般来讲,人的眼睛比人的皮肤更脆弱。不像皮肤,角膜比人的皮肤更脆弱。不像皮肤,角膜(眼球透明的外前表面)没有死细胞的(眼球透明的外前表面)没有死细胞的外表层保护。在光谱的远紫外或远红外外表层保护。在光谱的远紫外或远红外区域,眼睛的透镜体容易受到损伤。然区域,眼睛的透镜体容易受到损伤。然而,最关注的是在视网膜光谱损害区域,而,最关注的是在视网膜光谱损害区域,大约大约400nm400nm(紫光)到(紫光)到1400nm1400nm(近红(近红外),并包括了光谱
8、的整个可见光部分。外),并包括了光谱的整个可见光部分。对人眼的伤害 严重暴露在激光下可能会造成对角膜和视网膜严重暴露在激光下可能会造成对角膜和视网膜的伤害,伤害的位置和范围取决于激光的波长的伤害,伤害的位置和范围取决于激光的波长和级别。长期接触可能造成白内障或者视网膜和级别。长期接触可能造成白内障或者视网膜损伤,严重暴露在高级别激光下也会造成同样损伤,严重暴露在高级别激光下也会造成同样的结果。佩带合适的激光防护眼镜或者其他工的结果。佩带合适的激光防护眼镜或者其他工程防护手段可以很容易的预防激光对眼睛的损程防护手段可以很容易的预防激光对眼睛的损伤。伤。激光波长对眼睛的损害近紫外激光对眼球的辐射可
9、见光到近红外对眼球的辐射远紫外激光对眼球的辐射毫瓦量级的激光对眼睛的损害视网膜危害区的准直光束进入眼睛照射在视网膜后会以视网膜危害区的准直光束进入眼睛照射在视网膜后会以100,000 100,000 倍聚集。倍聚集。因此,一束可见的因此,一束可见的1 1 毫瓦毫瓦/平方厘米的激光将造成平方厘米的激光将造成100100瓦瓦/平平方厘米照射到视网膜,这是足以引起损伤的功率密度(照度)方厘米照射到视网膜,这是足以引起损伤的功率密度(照度)。眼睛的保护和最大可允许曝光 眼睛的保护和最大可允许曝眼睛的保护和最大可允许曝光激光辐射可引起眼睛的角光激光辐射可引起眼睛的角膜、晶状体、视网膜的损伤,膜、晶状体、
10、视网膜的损伤,损伤的程度主要依赖于光的损伤的程度主要依赖于光的波长和眼睛介质对能量的吸波长和眼睛介质对能量的吸收性质。激光引起的生物损收性质。激光引起的生物损伤是通过在很小的区域积累伤是通过在很小的区域积累热能或者光化学过程所造成热能或者光化学过程所造成的。红外,紫外和可见光的的。红外,紫外和可见光的激光辐射都能够损伤到眼睛。激光辐射都能够损伤到眼睛。视网膜的损伤 可见和红外可见和红外 A A(光谱范(光谱范围是围是 400-760nm 400-760nm 和和 760-1400nm760-1400nm)可见可见和红外和红外 A A 波段穿透角膜波段穿透角膜在视网膜的很小的区域在视网膜的很小的
11、区域内(黄斑处)聚焦。这内(黄斑处)聚焦。这一过程极一过程极 大的增强了大的增强了光能量密度,增加了伤光能量密度,增加了伤害的可能性。视网膜上害的可能性。视网膜上局域化的加热并伴随对局域化的加热并伴随对光的吸光的吸 收将会导致视收将会导致视网膜上的损伤。网膜上的损伤。波长一定波长范围激光对眼睛视网膜的损害在这个光谱区内,直射的在这个光谱区内,直射的激光可在视网膜上聚焦为激光可在视网膜上聚焦为一个很细小的斑点。如图一个很细小的斑点。如图 所示。所示。晶状体的损伤紫外UV-A(光谱范围是 315-400nm)波长在这一波段的光主要被晶状体所吸收。对晶状体造成损伤,不管是光化学损伤,还 是热损伤,都
12、会破环晶状体各组织层之间的精确关系。这将导致散射区域的增加造成白内障。在通常情况下,晶状体将随着年龄而老化。暴露于紫外 A 波段将加速这种老化并可能导致老花眼(晶状体失去调节或者聚焦的能力)UV-BC对眼角膜的损伤紫外紫外 UV-B UV-B 和紫外和紫外UV-CUV-C(光谱范围是(光谱范围是 100-100-315nm315nm)眼睛的角膜对紫外辐射也是不透明的。)眼睛的角膜对紫外辐射也是不透明的。当有红外辐射时,光束的能量被眼睛表面吸收当有红外辐射时,光束的能量被眼睛表面吸收并对角膜有损伤。过度的紫外暴露会导致光角并对角膜有损伤。过度的紫外暴露会导致光角膜炎(像电焊弧造成的),昼盲,红眼
13、,流泪膜炎(像电焊弧造成的),昼盲,红眼,流泪等。在光化学损伤的症状出现之前,会有等。在光化学损伤的症状出现之前,会有 6-12 6-12 个小时的潜伏期。个小时的潜伏期。角膜的损伤红外红外 B B 和红外和红外 C C(光谱(光谱范围是范围是 1.4 1.4 到到 100 m 100 m)眼睛的角膜对红外辐射眼睛的角膜对红外辐射是不透明的。光束的能是不透明的。光束的能量被眼睛表面吸收并对量被眼睛表面吸收并对角膜有热损伤。过度暴角膜有热损伤。过度暴露在红外光下会导致眼露在红外光下会导致眼睛模糊或者造成角膜表睛模糊或者造成角膜表面的不规则。面的不规则。角膜和视网膜损伤其它对眼睛的伤害类型在角膜危
14、险和视网膜危险其它对眼睛的伤害类型在角膜危险和视网膜危险光谱区之间有两个过渡区。它们分别位于光谱区之间有两个过渡区。它们分别位于 UV-A UV-A 和可见波段、和可见波段、IR-A IR-A 和和 IR-B IR-B 之间的频段上。在这之间的频段上。在这两个频段上,角膜和视网膜都可能会遭到伤害。两个频段上,角膜和视网膜都可能会遭到伤害。这种威胁的一个例子是这种威胁的一个例子是 ND:YAG ND:YAG 近红外波段激光近红外波段激光器。这个波段的光尽管看不见,但能被人眼聚焦。器。这个波段的光尽管看不见,但能被人眼聚焦。因此,虽然光束自身并不能看见,但却能以和可因此,虽然光束自身并不能看见,但
15、却能以和可见光同样的方式对视网膜造成伤害。见光同样的方式对视网膜造成伤害。眼睛允许曝射量最大允许曝射量(最大允许曝射量(MPEMPE)在考虑了视网膜损伤阈在考虑了视网膜损伤阈值和晶状体对光的聚焦这两个因素的基础上,美值和晶状体对光的聚焦这两个因素的基础上,美国国家标准学会(国国家标准学会(ANSIANSI)推荐了最大允许曝射极)推荐了最大允许曝射极限(限(ANSI Z136.1-1993ANSI Z136.1-1993)。)。对于可见光,对于可见光,MPE MPE 的值是在的值是在 7mm7mm的瞳孔直径的瞳孔直径(这被认为是虹膜的最大张开直径)基础上得出(这被认为是虹膜的最大张开直径)基础上
16、得出的。的。因此,在实际操作中始终保持曝射水平远低于因此,在实际操作中始终保持曝射水平远低于 MPE MPE 值是一种良好的习惯。值是一种良好的习惯。护目镜的选择护目镜护目镜 ANSI Z136.1-1993 ANSI Z136.1-1993 要求预备护目镜并且要求预备护目镜并且在激光辐射或与激光有关操作会造成威胁的情况在激光辐射或与激光有关操作会造成威胁的情况下佩戴护目镜。通过护目镜的使用下佩戴护目镜。通过护目镜的使用它能够减弱它能够减弱激光的强度,同时使足够的背景光(安全可见的激光的强度,同时使足够的背景光(安全可见的水平)通过(照明透射),眼睛能够得到对激光水平)通过(照明透射),眼睛能
17、够得到对激光辐射的保护。辐射的保护。理想的护目镜能在对背景光进行最大的透射的同理想的护目镜能在对背景光进行最大的透射的同时,对激光进行最大的削弱。没有单独的一种透时,对激光进行最大的削弱。没有单独的一种透镜材料是对所有的波长或对所有的辐射照射都适镜材料是对所有的波长或对所有的辐射照射都适用的。因此,在选择护目镜时,必须对工作参数、用的。因此,在选择护目镜时,必须对工作参数、MPE MPE 值和工作波长等等进行细致的考虑。值和工作波长等等进行细致的考虑。厂商必须提供可靠的防护镜辐射保护项目(辐射保护项目(Radiation Protection ProgramRadiation Protecti
18、on Program)会在激光器的登记注册过程中推荐合适的激光安会在激光器的登记注册过程中推荐合适的激光安全保护目镜。激光安全保护目镜生产商的名单可全保护目镜。激光安全保护目镜生产商的名单可以在以在“产品说明书中找到产品说明书中找到”。使用可见波段激光使用可见波段激光工作的人们在调试过程中经常不愿意佩戴护目镜,工作的人们在调试过程中经常不愿意佩戴护目镜,因为佩戴目镜会令得他们看不见光束。激光调试因为佩戴目镜会令得他们看不见光束。激光调试专用护目镜适用于这种情况专用护目镜适用于这种情况,在激光功率逐渐减少在激光功率逐渐减少的调试过程中的调试过程中,它能够提供适当保护它能够提供适当保护,同时使得光
19、同时使得光束的外形可见。对某一特定的激光器,对应合适束的外形可见。对某一特定的激光器,对应合适的护目镜信息可以在购买时从生产商那里获得。的护目镜信息可以在购买时从生产商那里获得。正确的使用防护目镜有关如何正确、适当地保护眼睛的进一步的信息可从辐射保护项目那里获取。其中值得推荐的是 RPP 项目,它对所有的护目镜进行了评测。对激光工作者来说,正确地佩戴合适的防护目镜是极其重要的。例如,只有那些专门为适合特定的镜片而设计的护目镜框架才可以和该镜片配合佩戴。其它的护目镜框架和该镜片配合佩戴时,并不能对眼睛提供全面的保护。对眼睛损伤总结汇总表光谱区光谱区波长波长受到威胁的主要组织受到威胁的主要组织Ul
20、travioletCUltravioletC100-280100-280纳米纳米角膜角膜UltravioletCUltravioletC280-315280-315纳米纳米角膜角膜UltravioletCUltravioletC315-400315-400纳米纳米晶状体晶状体可见光可见光400-760400-760纳米纳米视网膜视网膜InfraredAInfraredA700-1400700-1400纳米纳米视网膜视网膜InfraredAInfraredA1.4-3.01.4-3.0微米微米角膜角膜InfraredAInfraredA3.0-10003.0-1000微米微米角膜角膜皮肤曝射和最
21、大允许曝射量 大能量激光对皮肤的剧烈曝射会引起皮肤的灼大能量激光对皮肤的剧烈曝射会引起皮肤的灼伤。这些灼伤与热灼伤或者太阳辐射灼伤类似。伤。这些灼伤与热灼伤或者太阳辐射灼伤类似。入射的辐射光转化成热,由于皮肤组织的热传入射的辐射光转化成热,由于皮肤组织的热传导能力差,这些热量不能足够快地散发出去。导能力差,这些热量不能足够快地散发出去。随之而来的局部温度的升高引起组织蛋白质的随之而来的局部温度的升高引起组织蛋白质的改性。皮肤受到伤害的程度取决与激光的波长、改性。皮肤受到伤害的程度取决与激光的波长、照射的时间和皮肤色素沉着程度等因素。照射的时间和皮肤色素沉着程度等因素。某些特定的紫外波长(某些特
22、定的紫外波长(290-320nm290-320nm)甚至会导)甚至会导致皮肤癌。致皮肤癌。皮肤伤害一般来说,皮肤比眼更能耐受大量的激光辐射。由可见光一般来说,皮肤比眼更能耐受大量的激光辐射。由可见光(300nm300nm700nm700nm)和红外()和红外(700nm700nm4000nm4000nm)光谱范)光谱范围的激光辐射,可使皮肤出现轻度红斑,继而发展成水泡。围的激光辐射,可使皮肤出现轻度红斑,继而发展成水泡。在极短脉冲、高峰值大功率激光辐照后,表面吸收力较强在极短脉冲、高峰值大功率激光辐照后,表面吸收力较强的组织可出现碳化,而不出现红斑。的组织可出现碳化,而不出现红斑。极强的辐射可
23、造成皮肤的色素沉着、溃疡、瘢痕形成和皮极强的辐射可造成皮肤的色素沉着、溃疡、瘢痕形成和皮下组织的损伤。但激光辐射的潜在效应或累积效应还未被下组织的损伤。但激光辐射的潜在效应或累积效应还未被普遍地发现。然而一些边缘的研究表明,在特殊条件下,普遍地发现。然而一些边缘的研究表明,在特殊条件下,人体组织的小区域可能对反复的局部照射敏感,从而改变人体组织的小区域可能对反复的局部照射敏感,从而改变了最轻反应的照射剂量,因此在低剂量照射时组织的反应了最轻反应的照射剂量,因此在低剂量照射时组织的反应非常严重。非常严重。图图1 1组织吸收激光能量。组织吸收激光能量。图图2 2所吸收能量传导到周围的装置上使其区域
24、逐渐扩大。所吸收能量传导到周围的装置上使其区域逐渐扩大。图图3 3长脉冲或连续激光所导致的热界面的扩大使损伤区域逐渐扩大。长脉冲或连续激光所导致的热界面的扩大使损伤区域逐渐扩大。图图4 4短脉冲高峰值功率激光导致细胞崩解、组织爆裂的损伤。短脉冲高峰值功率激光导致细胞崩解、组织爆裂的损伤。GB7247.1-2001电学危害 在激光使用的过程中遇到最多的电学伤害是电击。高压系统是激光系在激光使用的过程中遇到最多的电学伤害是电击。高压系统是激光系统中潜在的致命的危险。统中潜在的致命的危险。用电威胁用电威胁 在美国已经发生数起与激光有关的用电事故造成人员电死的事例。这在美国已经发生数起与激光有关的用电
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