Kĩ Thuật An Toàn Khi Sử Dụng Nguồn Sáng Laser

Các laser công suất cao có thể tự bị phá hủy, các tinh thể, các gương và các chi tiết quang chịu bức xạ laser có mật độ công suất cao dễ bị hỏng.. • Xung laser công suất cao của laser gâ

Chương 3

KĨ THUẬT AN TOÀN KHI SỬ DỤNG

NGUỒN SÁNG LASER 3.1 Các chi tiết đặc biệt dùng trong kĩ thuật laser.

Các laser công suất cao có thể tự bị phá hủy, các tinh

thể, các gương và các chi tiết quang chịu bức xạ laser có

mật độ công suất cao dễ bị hỏng

Vì tuổi thọ các laser có ý nghĩa kinh tế lớn nên cần chú ý cách vận hành và bảo dưỡng.

• Xung laser công suất cao của laser gây nên hỏng hóc thanh hoạt chất, gương và các chi tiết quang nhất Khi bức xạ xung dài ít bị phá hủy hơn

• Sự phá hủy các vật liệu quang xảy ra với các giá trị ngưỡng công suất Khi lớn hơn ngưỡng ,phá hủy do sự đốt nóng làm chảy và cháy bay hơi

Các nguyên nhân gây nên sự phá hỏng vật liệu:

• Sự không đồng nhất của các xung laser

• Sự tồn tại các phần tử hấp thụ trong vật liệu

• Hiện tượng tự tiêu tụ

• Sự tự tiêu tụ: sóng laser làm thay đổi chiết suất vật liệu các chùm tia laser tự thu hẹp đường kính.

• Sự đánh thủng vật liệu:

-do điện tử của vật liệu bị sóng điện từ trường cuả laser kích thích

chuyển lên mức năng lượng cao và gây lên sự đánh thủng.

- Ngưỡng đánh thủng do khuyết tật, vết xước bề mặt thấp hơn trong lòng vật liệu do nó nảy sinh sự tập trung sóng điện từ trường tại các điểm đó.

và hệ số phản xạ cao, bảo đảm hệ số phẩm chất của buông cộng hưởng cao và chịu được mật độ năng lượng bức xạ lớn thời gian làm việc dài:

• Nguyên lý hoạt động dựa trên hiệu ứng giao thoa

• Cấu tạo: Gồm rất nhiều lớp điện môi trong suốt có

hệ số khúc xạ n1 và n2 với chiều dày quang học bằng một phần tư bước sóng bức xạ:

Các chất liệu để chế tạo gương laser nhiều lớp:

Vật liệu Chiết xuất(=0,7µ) Vùng phổ truyền ) Vùng phổ truyền

qua(µ) Vùng phổ truyền m)

Thông số quan trọng của gương: mật độ công suất tới hạn mà gương chịu được

Loại gương Số lớp hạn(Mw/cm2)Công suất tới (µ) Vùng phổ truyền m)

• Trong laser công suất cao ngoài lớp điện môi người

ta còn sử dụng dạng các tấm có chiết suất cao như saphia được đánh bóng và mài song song Sự phản

xạ do hiệu ứng giao thoa xảy ra Hệ số phản xạ được tính bằng biểu thức:

Số tấm

Hệ số phản xạ

• Các bề mặt cần phải “tuyệt đối sạch”, các bụi bẩn trên gương đầu thanh hoạt chất, van, tấm phản xạ

có trong buồng cộng hưởng có thể gây nên sự đốt cháy gây phá hủy bề mặt.

• Ví dụ: Chi tiết quang trong laser khí CO2 nếu sạch

• Với các chi tiết quang có lớp phủ phản xạ hoặc

truyền qua các phẩn tử hấp thụ trên bề mặt các lớp gây lên sự phá hủy cho nên cần làm sạch các lớp

phủ

• Về phương pháp làm sạch các lớp phủ:

làm lớp phủ giảm phản xạ trong các vùng sóng tử ngoại, nhìn thấy và phổ hồng ngoại gần.

• Vật liệu cứng vừa: ZnS, F2Th…ùng trong gương

ngoại, kém bền trong nước và hơi nước.

• Vật liệu mềm: ít dùng vì hoa tan trong nước và kém bền về cơ học

• Với vật liệu cứng làm sạch bằng các dung môi và lau bằng vái mềm và sạch

• Với vật liệu cứng vừa: dùng các dung dịch như

• Vật liệu mềm hiện nay không sử dụng, song với laser cũ thì nên chỉ dụng khí N2 khô thổi làm sạch.

• 3.2 Kỹ thuật an toàn đối với người khi làm việc

với laser

• Việc sử dụng laser gắn liền với những nguy cơ mất an toàn Trước hết là sự gây tổn thương cho mắt và tia laser có công suất cao gây lên những vết bỏng da

• Đặc biệt là sự tác động của tia laser là tức thời và qua không khí nên dễ xảy ra khi bất cẩn và không để ý, hơn nữa do tia laser có thể được tiêu tụ với vết rất nhỏ có cường độ năng lượng rất lớn nên đặc biệt nguy hiểm

C¸c d¹ng ph¸t cña Laser

• Ph¸t liªn tôc ( CW -continuous Wave)

Continuous Output (CW) Pulsed Output (P)

watt (W) - Unit of power or radiant flux (1 watt = 1 joule per second).

Joule (J) - A unit of energy 

Energy (Q) The capacity for doing work. Energy content is commonly used to characterize the output  from pulsed lasers and is generally expressed in Joules (J).

Irradiance (E) - Power per unit area, expressed in watts per square centimeter.

• 3.2.1 Các tác động vật lý.

• Nguy hiểm nhất của tia laser là với võng mạc- điểm nhạy cảm nhất của mắt, thủy tinh thể và sau đó là da Võng mạc nhạy cảm nhất với laser ở bước sóng nhìn thấy 0,4 μm < λ< m < λ< 0,7 μm < λ< m và vùng gần hồng ngoại 0,7μm < λ< m < λ< 1,4 μm < λ< m

• Laser ở vùng cực tím λ< 0,4 μm < λ< m không nhạy cảm với võng mạc song dễ gây tổn thương tới thủy tinh thể Thủy tinh thể

có thể bị tác động bởi laser ở các bước sóng bất kỳ

• Hình 3.1 Đặc trưng phổ của mắt người

Nd Rubi

HeNe Ar++

0,2

1500 nm 1000

Pho truyen qua cua mat

Pho hap thu cua vong mac

Buoc song 

• Sự tác động lên võng mạc sẽ lớn hơn rất nhiều so với khi ta quan sát ở ngoài vì vết hội tụ ở võng mạc có thể đạt tới 20

μm < λ< m

• Độ tăng tỉ lệ công suất tỉ lệ (dp/dr)2 với dp là đường kính pu-pin mắt và dr là đường kính hội tụ lên mõng mạc

• Ví dụ: dp ≈ 5 mm, dr ≈ 20 10-3mm thì mật độ công suất lên

6.104 lần so với mật độ công suất khi vào mắt Mắt là nơi nguy hiểm nhất ngay cả khi các bộ phận khác chưa đạt đến

độ nguy hiểm

Hinh 4.1 Mật độ công suất nguồn trải rộng và nguồn điểm tại võng mạc

• 3.2.1.2 Tác dụng lên mặt da

A

do phan xa 1

• 3.2.1.3 Mối nguy về điện

• Trong số các loại laser thiết thực chủ yếu, như laser khí,

laser chất rắn, laser chất nhuộm, và laser chất bán dẫn, trừ các loại laser bán dẫn ra thì tất cả đều yêu cầu hiệu điện thế cao, và thường là dòng điện cao, để tạo ra chùm tia

• Cho dù là điện thế cao được áp trực tiếp vào môi trường

laser chính hay vào đèn bơm hoặc laser bơm, thì nó vẫn có mặt tại một số điểm trong hệ thống

• 3.3 Các tiêu chuẩn qui định an toàn khi làm

việc với laser theo ANSI Standard (Z136.1)

• Yêu cầu cơ bản là không để tia laser có công suất lớn hơn ngưỡng cho phép tác dụng lên da và mắt với độ dài sóng và thời gian tác dụng gây nên tổn thương

• Các biện pháp:

• - Ngăn cản bằng vật chắn

• - Đảm bảo sự kiểm tra khống chế, loại trừ tia laser tác động khi lắp ráp hiệu chỉnh không bằng tia laser

• -Biện pháp ngăn cản chủ yếu ở phân xưởng với công nhân

• -Biện pháp kiểm tra khống chế dùng các thiệt bị đo và các

kĩ sư và chuyên gia lành nghề

• -Phổ biến nhất với mắt là dùng kính bảo vệ được đặc trưng

• Tiêu chuẩn ANSI ( American National Standarts

• Xây dựng mức cho phép cực đại của bức xạ laser

• Phân loại laser tương ứng với các mức nguy hiểm

• Xác định các biện pháp an toàn thực tế đối với mỗi mức

• Một đặc điểm quan trọng của ANSI: Phân cấp laser theo

mức độ nguy hiểm về khả năng gây ra các tổn thương sinh học với nhãn cảnh báo về bức xạ, hình 3.5

Hình 3.5 Nhãn cảnh báo phóng xạ

• Cấp I ( Class I): là các laser với mức công suất bức xạ

không gây nên một mức độ nguy hiểm nào đã biết

• Cấp IA : là laser thiết kế riêng cho các ứng dụng không thể

chiếu vào mắt người như máy in, quét …có công suất nhỏ hơn 4mW

• Cấp IIA: là các laser liên tục công suất thấp ở vùng khả

kiến Bức xạ trên laser cấp I nhưng nhỏ hơn 1mW Phản

ứng trước độ chói của ánh sáng laser sẽ bảo vệ con người Gây nên tổn thương khi nhìn với thời gian dài

• Cấp IIB: Laser có công suất tức thời ( với laser liên tục từ

1-5m W), mà bức xạ của nó sẽ gây thương tổn nhìn trực tiếp trong chùm tia Đa số các laser trình chiếu là thuộc loại IIB

• Cấp IIIA: Các laser không gây nên tổn thương

khi nhìn trong tời gian ngắn , song sẽ gây nên tổn thương nếu có thấu kính quang hội tụ

• Cấp IIIB : Gồm phần lớn các nguồn laser hiện đại

có khả năng gây nguy hiểm khi nhìn trực tiếp

• Cấp IV: Các laser công suất cao, liên tục trên

500mW, xung 10J/s hoặc phản xạ phân tán Gây tổn thương khi nhìn trựctiếp và cả khi tán xạ, gây nên bỏng da Cần thiết phải kiểm soát được dễ

dàng đối với laser cấp IV

• Bảng phân loại một số laser thông dụng theo ANSI.

Laser  (m) Loại I Loại II Loại III Loại IV

Lưu ý: - Các laser ở bảng là ngưỡng của xung 1 tần số.

- Khi là laser có tần số xung cao ngưỡng chọn sẽ phải thấp hơn bảng

Các biện pháp an toàn ứng với chuẩn ANSI

Tên gọi cấp Loại laser Biện pháp bảo hiểm

I Các laser không nguy hiểm Không cần thiết

II Các laser công suất nhỏ ở vùng nhìn thấy Theo các chỉ dẫn in

trên laser III Laser công suất trung bình 11 biện pháp: Bảo vệ mắt, làm việc trong buồng đặc biệt,

hạn chế đường đi tia, các chỉ

dẫn cụ thể và học các thao tác

IIIa Các laser liên tục <1 ÷ 5 mW Không cần đủ 11 biện pháp

• Dấu hiệu cảnh báo mức độ nguy hiểm của ANSI

Dấu hiệu cảnh báo của ANSI trong thời gian sửa chữa:

• Nền trắng với biểu tượng laser màu đỏ, với nền màu

xanh nước biển và chữ màu đen

Ph¶n x¹ g ¬ng

Ph¶n x¹ ph©n

-Bảo vệ mắt

-Che kín đ ờng đi của chùm tia laser

-Bảo vệ mắt theo mức độ nguy hiểm khi làm việc thực tế

-Dùng kính, mặt nạ

Bảo vệ với các nguy hiểm liên quan

-Tác dụng hoá học: găng tay, lọc khói

-Tác dụng điện: che kín, cách điện

-Tác dụng với mắt và da: mang kính, kiểm tra

Đo kiểm tra:

-Đo giá trị lớn nhất cho phép

-Vùng nguy hiểm chung cần thiết đối

với laser cấp 3b và 4

Đo kiểm tra vơi cấp 4

-Điều khiển khoá từ xa

Điều khiển ngắt chùm sẵn sàng, ngăn ngừ

§o kiÓm tra v¬i cÊp 4

-§iÒu khiÓn kho¸ tõ xa

§iÒu khiÓn ng¾t chïm s½n sµng, ng¨n ngõa tiÕp xóc víi bóc x¹ laser ngay c¶ khi kh«ng sö dông

§o kiÓm tra vïng Laser

§o kiÓm tra- d¸n nh·n thiÕt bÞ

TÊt c¶ c¸c lo¹i laser trõ Class 1 cÇn ® îc d¸n nh·n riªng

Vá b¶o vÖ kh«ng ® îc më khi bá kho¸, cÇn chØ thÞ nguy c¬ t¸c h¹i cña laser