激光安全知識 -激光之電磁輻射危險性
上傳時(shí)間:2014-05-23
激光之電磁輻射危險性
以氦氖激光(Helium-neon laser)為例,放電及碰撞使其中的游離電子、氦原子與氖原子獲得能量,因而都成為電磁輻射的來(lái)源,其中一部份是可以放大的激光輻射,輸出后成為激光;其余則稱(chēng)為附加輻射(Collateral radiation)。
1、激光的危險性
激光光的高強度,使它與生體組織產(chǎn)生極劇烈的光化學(xué)(Photochemical)、光熱(Photothermal)、光動(dòng)力(Photodynamic)、光剝離(Photodisruption)、光波電磁場(chǎng)等交互作用,而造成嚴重的傷害。周?chē)钠鞑?,尤其是可燃、可爆物,也?huì )因而引起災害。高度同調性造成的干涉,使相長(cháng)干涉(Constructive interference) 處的光更強,因此會(huì )導致更高的危害。
a、對于眼睛的危險性
人眼的角膜(Cornea)與結膜(Conjunctiva)沒(méi)有受到如一般皮膚角質(zhì)層的保護,最容易受到光束及其他環(huán)境因素的侵襲。激光光的強度很高,以致眼瞼的反射動(dòng)作產(chǎn)生保護作用之前,就造成傷害了。
眼睛所受的傷害與波長(cháng)有關(guān):可見(jiàn)光(Visible light)與紅外線(xiàn)(Infrared)中的IR-A影響視網(wǎng)膜;紫外線(xiàn)(Ultraviolet)中的UV-B、UV-C及紅外線(xiàn)的IR- B、IR-C影響角膜);可見(jiàn)光和短波紅外線(xiàn)(Near infrared;IR-A)會(huì )穿過(guò)清澈的眼中物質(zhì),而被視網(wǎng)膜吸收,所以若光束太強,就會(huì )傷害視網(wǎng)膜。激光光的高準直性(Collimation),使光線(xiàn)能會(huì )聚于一個(gè)很小的點(diǎn),在視網(wǎng)膜上約為10至20μm (比頭發(fā)還細)。因此,400nm到1400nm之間的激光,對視網(wǎng)膜具有特別高的危險性,這個(gè)波段稱(chēng)為視網(wǎng)膜危險區(Retinal hazard region)。
由于熱流和震波(Shock wave)的影響,環(huán)繞成像區的組織也可能受損,而對視覺(jué)功能造成更嚴重的后果。因為視網(wǎng)膜神經(jīng)組織的修復能力甚低,這種傷害一般而言都是永久性的。
視網(wǎng)膜危險區之外的電磁波,包括紫外線(xiàn)和長(cháng)波紅外線(xiàn)(Far infrared),則可能使眼睛的前方部分受傷。有些波段會(huì )傷害水晶體(Lens),295nm至320nm以及1μm至2μm的輻射尤其嚴重。波段相當廣的紫外線(xiàn),以及波長(cháng)大于1400nm的紅外線(xiàn),可能傷害角膜。只傷及角膜表皮時(shí),一兩天內就能修復,而使視力完全恢復。如果角膜的較深層部位發(fā)生顯著(zhù)傷害,會(huì )造成角膜瘢痕(Corneal scar),而導致永久失明。
紅外線(xiàn)的組織穿透深度(Penetration depth)方面,1,440 nm(如某些半導體激光)、1,540 nm(如鉺-玻璃激光)、2,100 nm(如鈥-雅克激光)均大于10,600 nm(二氧化碳激光),所以前三者造成永久性傷害的危險性比較高[1]。308 nm的氯化氙(XeCl)激光束,會(huì )使水晶體立即產(chǎn)生白內障(Cataract),所以還具有額外的危險性。氬離子(Argon)、氪離子(Krypton)、KTP倍頻(Double frequency)、銅蒸汽(Copper vapor)、金蒸汽(Gold vapor)、氦氖(Heliun-Neon)、釹-雅克(Nd:YAG)等激光,對于視網(wǎng)膜都具有潛在危險性。鉺-雅克(Er:YAG)、鉺-氟化釔鋰(Er:YLF)、鈥-雅克(Ho:YAG)、氟化氫(HF)、二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)等激光,則對角膜有危險性
b、對于皮膚的危險性
皮膚受傷害的原因,可能是光化學(xué)反應(主要在紫外線(xiàn)波段),或熱效應 (主要在紅外線(xiàn)區)。例如紅斑(曬斑) (Erythema)是表皮受傷所致,有時(shí)真皮也有某種程度的傷害,而這些傷害源于光化學(xué)引起的反應。如果了解其危險性,針對準分子(Excimer)的紫外線(xiàn)激光所需的保護皮膚措施,就容易規劃及執行??梢?jiàn)光與紅外線(xiàn)激光束的照射,可能造成一級、二級和三級灼傷。能引起嚴重熱灼傷的輻照度,也可能引燃紡織品,燒毀塑料制品 傷害的嚴重程度,決定于照射時(shí)間的長(cháng)度,以及激光光的透入深度。一般說(shuō)來(lái),若照射時(shí)間持續1秒鐘或更久,疼痛反應會(huì )引起閃避動(dòng)作,使受照部位離開(kāi)光束,因而曝照時(shí)間會(huì )只有1秒鐘或更短。如果照射時(shí)間很短,10.6μm的高功率激光束不會(huì )造成深部組織的灼傷,因為這個(gè)波長(cháng)的穿透深度很淺(約為20μm),事實(shí)上不會(huì )透過(guò)正常表皮角質(zhì)層的厚度。二氧化碳激光對于表皮的傷害,是由于從角質(zhì)層至更深處的熱傳導。但是,受到1064nm釹―雅克短脈波照射時(shí),因為它能穿過(guò)數mm而進(jìn)入組織內,所以剛超過(guò)灼傷閾值的曝照量,就足以造成深而嚴重的灼傷。鈥- 激光(2.1μm)、KTP倍頻激光(二倍頻的釹―雅克,532nm)或氬激光(488 及514.5nm)造成的灼傷深度,介于二氧化碳與釹―雅克之間聚焦后的手術(shù)激光光點(diǎn),或光纖尖端密集的輻照度,是用來(lái)將組織汽化或剝離的,所以對于焦點(diǎn)附近的皮膚極具危險性。反射后的激光束可能引燃衣物,造成皮膚的傷害和悲劇性的后果。使皮膚受傷的實(shí)際閾值,通常是數個(gè)J/cm2之譜,而這個(gè)程度的曝照量,不至于發(fā)生在手術(shù)激光的焦點(diǎn)外。
2、附加輻射(Collateral radiation)的危險性
激光的激發(fā)裝置所產(chǎn)生未經(jīng)放大的電磁輻射,會(huì )由激光裝置的激光光出口(孔徑)(Aperture)或機殼的縫隙逸出。由于其中可能有游離輻射,如紫外線(xiàn)或X 射線(xiàn),所以可能引起傷害,尤其是長(cháng)期曝照之后的危險性更高。注意機殼的緊密程度,避免長(cháng)期靠近可能有附加輻射之處,可以大幅減少發(fā)生這類(lèi)危險的機會(huì )。