Promieniowanie Jonizujące.

         Definicja.

Promieniowanie jonizujące to promieniowanie elektromagnetyczne np.: rentgenowskie lub gamma oraz promieniowanie korpuskularne np.: promieniowanie a i b zdolne do wywołania jonizacji w substancji przez która przechodzi.

Promieniowanie jonizujące występuje tylko i wyłącznie w obecności źródła promieniowania np.: izotopu promieniotwórczego lub lampy rentgenowskiej.

Jonizacja – zjawisko polegające na odrywaniu elektronów z atomu w miejsce elektrycznie obojętnych atomów powstają pary jonów: jony dodatnie i uwolnione elektrony czyli tzw. jony ujemne.

Podział promieniowania jonizującego.

- promieniowanie alfa (a) polega na emitowaniu przez jądro atomowe cząsteczek a składających się z 2 protonów i 2 neutronów. Cząstki a charakteryzują się dużą zdolnością jonizacji, co powoduje znaczny wpływ na żywy organizm. Zasięg oraz przenikliwość promieni a jest bardzo mały, gdyż jest silnie pochłaniane przez materię. Zatrzymuje je kartka papieru lub kilkucentymetrowa warstwa powietrza.

- promieniowanie beta (b) polega na emisji cząstek z jądra atomowego elektronów lub pozytonów. Zdolność do jonizacji cząstek b jest mniejsza niż cząstek a ale jest bardziej przenikliwe i przechodzi bez trudu przez papier, ale zatrzyma je folia aluminiowa natomiast w powietrzu ma o wiele większy zasięg niż promieniowanie α nawet do 10 m.

- promieniowanie gamma (g) jest promieniowaniem elektromagnetycznym emitowanym przez wzbudzone jądro atomu podczas zmiany stanu energetycznego. Długość fali promieniowania gamma wynosi od 1,0 do 0,01 A, gdzie (1 A angstrom = 10^{-8 cm). Jest to najbardziej przenikliwy rodzaj promieniowania, chociaż jego własności jonizujące są najmniejsze. Nie stanowi dla tego rodzaju promieniowania przeszkoda w postaci papieru, folii aluminiowej czy nawet ciało ludzkie. Zatrzymuje je kilkunastocentymetrowa warstwa ołowiu lub kilkudziesięciocentymetrowa warstwa betonu.}

- promieniowanie rentgenowskie (X) to promieniowanie elektromagnetyczne o małej długości fali od 20 do 0,05 A. Powstaje w lampach rentgenowskich przez bombardowanie tarczy metalowej zwanej antykatodą strumieniem prędkich elektronów. Elektrony te są przyspieszane w polu elektrycznym o odpowiedniej różnicy potencjałów rzędu 200 kV.

Metody minimalizacji zagrożeń przy pracy z laserami oraz popełniane błędy przez pracowników.

Podstawowymi metodami minimalizacji zagrożeń przy pracy z laserami jest stosowanie indywidualnych ochron przed promieniowaniem laserowym.

Laserowe ochronne osłony oczu stosowane muszą być szczególnie przez pracowników obsługujących lasery klasy 3B i 4 odpowiednio dobrane w zależności od typu lasera. Osłona taka jak okulary powinna mieć etykiety z informacją, do jakiego typu lasera ona służy. Nie powinny mieć miejsca sytuacje, że pracownik mimo przeprowadzonych wcześniej szkoleń przez wykwalifikowanych inspektorów bhp ds. laserów świadomie zaniedbuje stosowanie ochron indywidualnych sugerując się miedzy innymi tym, że lasery klas niższych są mniej szkodliwe. Niestety w wielu przypadkach pracownicy ze względów ekonomicznych pracodawców nie są wyposażani w powyższe osłony oczu.

Chcąc zminimalizować zagrożenie od strony odparowanych materiałów gazy powstające podczas laserowej obróbki niektórych materiałów np. cięciu tworzyw sztucznych mogą być toksyczne i dlatego muszą być odsysane z miejsca obróbki za pomocą instalacji odciągowej. Podczas zabiegów chirurgicznych dym powstający wskutek termicznego niszczenia tkanki zawiera: parę wodną, CO₂, toksyczne związki chemiczne oraz nieuszkodzone bakterie i wirusy, także HIV.

W związku z tym należy odsysać wytwarzane dymy i pary przy czym instalacja odsysająca powinna być szczelna i wyposażona w odpowiednie filtry. W handlu są już dostępne urządzenia wyposażone w filtry pochłaniającymi 99.9999 % cząstek o wielkości 0,1 μm w tym HIV. Toksyczne gazy stosowane w niektórych laserach takie jak chlor lub fluor należy je usuwać z lasera w sposób bezpieczny dla ludzi.

Minimalizując zagrożenie pożarowe i wybuchowe należy pamiętać, że występuje ono podczas pracy z laserami o dużej mocy gdzie możliwe jest zapalenie się tkanin, zasłon a w medycynie dotyczy to także pracy w obecności palnych środków anestetycznych oraz ich połączenia z tlenem lub tlenkiem azotu. W tym przypadku należy zachować ostrożność przy stosowaniu wiązki laserowej w pobliżu palnych środków opatrunkowych,  nie wolno używać tlenu lub innych palnych gazów do nadmuchu w miejscu operacji np. do chłodzenia końcówek światłowodów. Nie wolno zapominać o tym, że udział tlenu w mieszaninach gazowych stosowanych przy pracy z laserem nie może przekraczać 50 %. Należy również zwrócić uwagę na przesyłanie wiązki promieniowania laserowego przez światłowód umieszczony w endoskopie wykonanym z materiału nieodpornego na wysoką temperaturę co może spowodować stopienie endoskopu, jeżeli wiązka zostanie skierowana na powierzchnię wewnętrzną endoskopu. W tym przypadku światłowód musi wystawać z endoskopu.

Do podstawowych metod minimalizacji zagrożeń można jeszcze dołączyć wyposażenie pracowników w specjalną odzież ochronną a w przypadku przekroczenia MDE dla skóry pracownikom obsługujących lasery klasy 4 musi być wykonana z materiału odpornego na płomień i nagrzewanie. Powyższe metody należy wesprzeć jeszcze o szkolenia przeprowadzane przez wykwalifikowane osoby jak i stały nadzór medyczny, szczególnie dla osób obsługujących lasery klasy 3 i 4. Nadzór medyczny musi być prowadzony za pomocą profilaktyki medycznej w postaci badań okresowych.

Zagrożenia przy pracy z laserem.

Biorąc pod uwagę kilka składowych promieniowania laserowego takich jak wysoka spójność, monochromatyczność, kierunkowość rozchodzenia się wiązki możliwość uzyskania bardzo dużych gęstości mocy wiązki laserowej, które przekraczają o wiele rzędów wielkości gęstości mocy osiąganych w konwencjonalnych źródłach należy zdawać sobie sprawę, że laser jest urządzeniem bardzo niebezpiecznym.

Rozpatrując zagrożenie, które wynika z promieniowania powyżej wartości MDE oraz od zastosowanego typu lasera mogą powstać takie zagrożenia jak:

- zagrożenia narządu wzroku w zakresie działania fal o długości 400 nm < λ <1400 nm tym zakresie następuje uszkodzenie siatkówki, bo promieniowanie laserowe po wniknięciu do oka jest ogniskowane na siatkówce,

- promieniowanie z zakresu poniżej 400 nm i powyżej 1400 nm powoduje uszkodzenie rogówki ale promieniowanie laserowe nie wnika do wnętrza oka,

- zagrożenia dla skóry powodujące zwęglenie, oparzenie lub rumień oraz działanie rakotwórcze w wyniku absorpcji promieniowania nadfioletowego przez DNA,

- zanieczyszczenie atmosfery pochodzące od par i gazów, gdzie odparowany materiał napromieniowanych obiektów oraz produkty reakcji powstające przy cięciu, drążeniu lub spawaniu laserowym. Te materiały mogą zawierać azbest, tlenek węgla, dwutlenek węgla, ozon, ołów, rtęć i inne metale i materiał biologiczny,

- zagrożenie pożarem i wybuchem występują podczas pracy z laserami o dużej mocy w obecności palnych środków anestetycznych oraz ich połączenia z tlenem lub tlenkiem azotu,

- nieumiejętne posługiwanie się światłowodem może spowodować jego uszkodzenie lub   złamanie światłowodu i niekontrolowaną emisję promieniowania laserowego,

- promieniowanie towarzyszące nadfioletowe, które jest związane z lampami błyskowymi i rurami wyładowczymi laserów o pracy ciągłej, szczególnie w przypadku stosowania rurek lub zwierciadeł przepuszczających nadfiolet np.: wykonanych z kwarcu.

- promieniowanie towarzyszące widzialne i podczerwone emitowane z lamp błyskowych i z pomp optycznych a, także wtórne promieniowanie z napromieniowanych obiektów, może osiągać tak znaczną luminację energetyczną, że tworzy potencjalne zagrożenia.

- promieniowanie wysokiej częstotliwości lub rentgenowskie może wystąpić przy niewłaściwie osłoniętych podzespołach obwodów np. lampy elektronowe pracujące z napięciem wyższym niż 5 kV.

- zagrożenie elektryczne wynikające z zastosowania napięć powyżej 1 kV ze względu na energię zgromadzoną w bateriach kondensatorów,

- chłodziwa kriogeniczne przy, których może dojść do poparzenia i przy których wymaga się szczególnej ostrożności przy obchodzeniu się z nimi.

MDE czyli Maksymalna Dopuszczalna Ekspozycja.

W przypadku promieniowania laserowego określa się MDE - maksymalną dopuszczalną ekspozycje czyli poziom promieniowania laserowego, na który w normalnych warunkach mogą być eksponowane osoby bez doznania szkodliwych skutków. Wartość MDE reprezentują maksymalny poziom, na który oko lub skóra mogą być eksponowane bez natychmiastowego uszkodzenia lub ewentualnie po dłuższym czasie.

Wartości MDE zależą od:

- długości fali promieniowania laserowego,

- czasu trwania impulsu laserowego lub czasu ekspozycji,

- rodzaju tkanki narażonej na obrażenie,

- charakteru widma w przypadku gdy tkanka jest eksponowana promieniowaniem o więcej niż jednej długości fali,

- kąta widzenia źródła, który określa wielkość obrazu na siatkówce w zakresie długości fal  400nm < λ < 1400nm.

Biorąc pod uwagę powyższe promieniowanie laserowe należy pamiętać o dodatkowym warunku. Uwzględniając długość fali zawartej w przedziale od 400 do 1410 nm wygląda on tak, że maksymalna dozwolona ekspozycja na dowolny pojedynczy impuls w ciągu impulsów (MDE_imp) nie powinna przekraczać wartości MDE miarodajnej dla pojedynczego impulsu, pomnożonej przez liczbę impulsów (N) działających na oczy lub na skórę, podniesioną do potęgi minus ¼.

MDE_imp = MDE (N) ^-1/4 

Dla długości fali krótszej niż 400 nm czas wynosi 10^-9 sekundy a dla długości fali dłuższej niż 1400 nm czas wynosi 10 sekund.

Klasy Laserów.

Klasa 1 – do tej klasy należą urządzenia, które nie pozwalają na dostęp ludzi do promieniowania laserowego przewyższającego granice emisji dostępnej dla klasy 1 w przypadku stosowanych długości fali i okresów trwania emisji. Lasery takie są bezpieczne w racjonalnie przewidywalnych warunkach pracy.

Klasa 1M – są to lasery emitujące promieniowanie w zakresie długości fal od 302,5 nm do 4000 nm, których działanie jest bezpieczne w racjonalnych warunkach, ale może być niebezpieczne podczas patrzenia w wiązkę przez przyrządy optyczne.

Klasa 2 – w tej klasie każde urządzenie pozwala na dostęp ludzi do promieniowania laserowego przewyższającego granice emisji dostępnej dla klasy 1, ale nie przewyższającego granic emisji dostępnej dla klasy 2, w zakresie długości fal od 400 nm do 700 nm.

Powyższe urządzenie natomiast nie pozwala na dostęp ludzi do promieniowania laserowego przewyższającego granice emisji dostępnej dla klasy 1 w przypadku każdej innej długości fali.

Podczas pracy przy tych laserach ochrona oka jest zapewniona w sposób naturalny poprzez instynktowne reakcje obronne, między innymi przez odruch mrugania.

Klasa 2M – są to lasery emitujące promieniowanie w zakresie długości fal od 700 nm. Przy tej klasie laserów ochrona oka jest zapewniona w sposób naturalny przez instynktowne reakcje obronne, ale działanie tych urządzeń może być niebezpieczne podczas patrzenia w wiązkę przez przyrządy optyczne.

Klasa 3R – są to lasery emitujące promieniowanie w zakresie długości fal od 302,5 nm do 10⁶ nm, dla których bezpośrednie patrzenie w wiązkę jest potencjalnie niebezpieczne.

Klasa 3B – lasery te są niebezpieczne podczas bezpośredniej ekspozycji promieniowania natomiast patrzenie na odbicia rozproszone jest zwykle bezpieczne.

Klasa 4 – lasery z tej klasy pozwalają na dostęp ludzi do promieniowania laserowego przewyższającego granice emisji dostępnej dla klasy 3B. Lasery  te są także zdolne do wytwarzania niebezpiecznych odbić rozproszonych, które mogą powodować obrażenia skóry a także wywołać zagrożenie pożarowe. Stosowanie ich wymaga zastosowania maksymalnej ostrożności.

 

Promieniowanie Laserowe

Promieniowanie Laserowe - Definicja.

            Termin LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) oznacza wzmocnienie światła stymulowanego przez emisję promieniowania. Przy użyciu lasera uzyskuje się promieniowanie monochromatyczne o długości fali widzialnych w zakresie podczerwieni i fioletu. Pełny zakres promieniowania laserowego określa się w granicach długości fal od 180 nm do 1 mm. Laser zbudowany jest z medium wzmacnianego i rezonatora.

Podział laserów.

Ze względu na rodzaj wzmacnianego medium rozróżnia się lasery:

- gazowe,

- cieczowe,

- na ciele stałym,

- molekularne,

- półprzewodnikowe.

Rozpatrując sposób i rodzaje przejść elektronów między poziomami ośrodka laserującego mówimy o laserach np. trójpoziomowych lub czteropoziomowych. Różnorodność możliwych emitowanych długości fal dzieli lasery na urządzenia emitujące promieniowanie widzialne, nadfioletowe, podczerwone, mikrofalowe lub rentgenowskie.

Ze względu na rodzaj pracy lasery dzielimy na:

- laser pracy ciągłej (D),

- lasery impulsowe (I),

Lasery półprzewodnikowe mają stosunkowo niską spójność, za to są bardzo małych rozmiarów i można je modulować sygnałami o częstotliwościach do 1010 Hz.

Lasery gazowe mają dużą spójność emitowanego promieniowania, wysoką stabilność i częstotliwość. Moce wyjściowe laserów argonowych są rzędu dziesiątków watów, laserów CO₂ rzędu kilowatów przy pracy ciągłej.

Lasery stałe między innymi neodymowe mogą pracować w sposób ciągły ze stosunkowo dużą mocą wyjściową, lecz mają niską spójność emitowanego promieniowania.

         Zastosowanie laserów.

Biorąc pod uwagę kilka zalet promieniowania laserowego takich jak wysoka spójność, monochromatyczność, kierunkowość rozchodzenia się wiązki możliwość uzyskania bardzo dużych gęstości mocy wiązki laserowej, które przekraczają o wiele rzędów wielkości gęstości mocy osiąganych w konwencjonalnych źródłach można dojść do stwierdzenia, że lasery mają bardzo duże zastosowanie w dziedzinach techniki i medycyny.

Najczęściej urządzenia laserowe stosowane w przemyśle wykorzystywane są w procesach technologicznych takich jak spawanie, cięcie, wiercenie. Można je również wykorzystać jako przyrządy pomiarowe do wyznaczenia prostej linii, pomiaru odległości oraz przechowywania i odczytu danych.

W medycynie natomiast lasery wykorzystywane są między innymi w tak zwanej mikrochirurgii, chirurgii w postaci skalpeli, w okulistyce do przyklejania siatkówki oka jako urządzenie spawające.

W informatyce i telekomunikacji lasery wykorzystuje się do w systemach naprowadzania i śledzenia obiektów, w światłowodach jako medium przenoszące informacje wewnątrz światłowodu oraz w głowicach odczytujących i zapisujących w napędach optycznych CD i DVD.

Oddziaływanie promieniowania laserowego na człowieka.

Oddziaływanie promieniowania laserowego na organizm ludzki jest zależne od:

- długości fali promieniowania miedzy 180 nm a 1 mm,

- czasu i rodzaju ekspozycji czyli czasu trwania impulsu, ciągu lub serii impulsów albo promieniowania ciągłego padającego na ciało ludzkie,

- rodzaju eksponowanej tkanki,

- wielkości napromieniowania (H) czyli ilości energii promieniowania w danym punkcie padającej na element powierzchni wyrażonej w J/m²,  

- energetycznej zintegrowanej luminacji.

Ponieważ promieniowanie laserowe o tej samej mocy, ale o różnych długościach fal może wywołać różne skutki w materiale biologicznym człowieka, lasery podzielono na klasy informujące o skali zagrożeń związanych z jego użytkowaniem.