A segurança ocular contra sistemas laser é essencial, não só em ambientes industriais onde estes dispositivos de proteção são habitualmente utilizados, mas também em atividades médicas, estéticas, militares e recreativas.
Desde a sua invenção em 1960, os lasers têm sido cada vez mais utilizados na investigação científica, na medicina, no processamento de materiais industriais, nas telecomunicações e em inúmeras aplicações de consumo. O que não mudou ao longo dos anos é o extremo risco óptico representado por muitos feixes de laser.
Em ambientes industriais, onde os lasers são utilizados em aplicações como corte, soldagem, marcação e medição, os trabalhadores estão expostos a riscos constantes. Sem proteção ocular adequada, a exposição prolongada ou mesmo breve à radiação laser pode causar desde irritação temporária até danos permanentes à retina, resultando em perda parcial ou total da visão.
Além dos ambientes industriais, a proteção e segurança ocular também são cruciais nas áreas médica/estética, militar e recreativa onde os lasers são utilizados em diferentes procedimentos: cirúrgicos, oftalmológicos, dermatológicos, sistemas de mira, sinalização, sistemas de defesa e/ou laser recreativo ponteiros.
Sem proteção adequada, qualquer pessoa que utilize ou esteja em posição próxima à fonte de laser corre risco e pode sofrer lesões oculares graves. Portanto, é necessário prevenir as lesões acidentais correspondentes e preservar a visão.
Revisamos as razões pelas quais a luz laser pode ser especialmente perigosa, explicamos como escolher óculos de proteção e fornecemos uma atualização sobre os últimos avanços em segurança do laser.
Por que a radiação laser é perigosa?
Vamos começar com a questão básica de por que um feixe de laser pode ser tão perigoso em comparação com fontes de luz tradicionais.
A radiação eletromagnética é emitida por toda a matéria em temperaturas acima do zero absoluto (na escala Kelvin) e varia desde ondas de rádio com comprimentos de onda superiores a 1 mm até raios gama com comprimentos de onda inferiores a 13h.
A radiação óptica se estende do ultravioleta (UV, 100-400 nm) ao infravermelho (IR, 0,78 a 100 μm). A luz visível (radiação óptica visível ao olho humano) estende-se de 380 nm a 780 nm. Os lasers emitem radiação óptica em vários comprimentos de onda na banda espectral de 100 nm a 100 μm.
Uma lâmpada incandescente tradicional emite um continuum de radiação óptica do visível ao infravermelho próximo que irradia em todas as direções com pouca ou nenhuma coerência espacial ou temporal. Em comparação, a luz laser é tipicamente monocromática, tem um alto grau de coerência espacial e temporal e é altamente direcional. Essas diferenças tornam o feixe de laser incrivelmente útil em diversas aplicações, mas também explicam por que a radiação laser pode ser tão perigosa.
Consideremos uma fonte difundida e muito poderosa de radiação óptica: o sol. Emite um fluxo radiante (“potência óptica”) superior a 174 petawatts (174 x 1015 watts), mas irradia em todas as direções. A pequena proporção de luz solar que atinge a Terra produz uma irradiância de cerca de 700 W/m2. Quando iluminado através de uma abertura de 1,5 mm de diâmetro, o fluxo radiante é ainda mais reduzido para aproximadamente 1 mW. Em comparação, um ponteiro laser de potência relativamente baixa emite 5 mW dentro de um feixe colimado de 1,5 mm, de modo que a irradiância é aproximadamente a mesma do sol.
Consideremos agora a quantidade de luz que pode entrar no olho humano a partir de uma lâmpada incandescente de 100W (fluxo radiante de 100W, não confundir com energia elétrica) em comparação com um laser de 100W a uma distância de 1m. Para cálculos de risco, assumimos que o pior caso é uma pupila totalmente dilatada com abertura de 7 mm de diâmetro.
A lâmpada de 100 W emite luz em todas as direções, com o ângulo sólido subtendido da pupila de 7 mm a 1 m da lâmpada, resultando em um fluxo radiante de aproximadamente 310 µW entrando no olho. Quando focada pela córnea e pelo cristalino, a imagem da lâmpada resultante produzida na retina tem aproximadamente 800 μm de diâmetro e uma irradiância de aproximadamente 610 W/m2. Isto é muito brilhante e seria desconfortável de ver, embora fosse improvável que houvesse danos na retina.
O laser de 100 W tem um diâmetro de feixe típico <7 mm e, devido à direcionalidade e coerência da luz, os 100 W de potência óptica entrariam na pupila dilatada de 7 mm. O feixe de laser seria focado na retina com um tamanho de ponto de aproximadamente 10 µm de diâmetro. A irradiância seria de aproximadamente 1,3 x 1012 W/m2, o que é um bilhão de vezes maior que a da lâmpada de 100 W.
Diferentes comprimentos de onda, diferentes perigos
A radiação laser ocorre em vários comprimentos de onda discretos na banda de radiação óptica, dependendo do meio de ganho utilizado, de 100 nm em UV a 100 μm em IR. Diferentes comprimentos de onda apresentam riscos diferentes para o olho humano. Em comprimentos de onda ultravioleta inferiores a 315 nm (bandas UVC e UVB), a luz é absorvida pela córnea. A radiação UVA de comprimento de onda mais longo (315-400 nm) é transmitida pela córnea, mas absorvida pelo cristalino. A luz visível entre 380 e 780 nm é transmitida através da córnea e do cristalino e atinge a área fotossensível na parte posterior do olho, a retina.
O sistema de visão humana evoluiu com vários mecanismos de segurança integrados. À medida que o nível de luz aumenta, a pupila (ou íris) fecha gradualmente a partir do seu diâmetro dilatado de 7 mm. Se for detectada uma fonte realmente brilhante, fechamos instintivamente as pálpebras; Isso é chamado de reflexo de piscar e responde em cerca de 0,25 segundos. É claro que isto requer que sejamos capazes de ver a luz, e é por isso que a radiação infravermelha próxima (NIR) pode ser tão perigosa. A luz entre 780 e 1400 nm não é detectada pela retina, mas é transmitida através da córnea e do cristalino. Portanto, o nosso reflexo de piscar não oferece proteção contra a radiação laser NIR. Em comprimentos de onda superiores a 1400 nm, a luz infravermelha é novamente absorvida pela córnea.
Protegendo seus olhos
Para proteger nossos olhos do feixe de laser, usamos óculos de proteção especializados contra laser. Eles são equipados com filtros projetados para bloquear comprimentos de onda prejudiciais do laser e ainda transmitir o máximo possível do espectro visível para que o usuário possa ver o que está fazendo e manter um bom reconhecimento de cores.
Os filtros de segurança a laser usados em óculos de proteção são feitos de plástico ou vidro e protegem de duas maneiras:
Os filtros absorventes podem ser feitos de vidro ou plástico e protegem absorvendo a radiação laser, reduzindo-a a um nível "seguro para os olhos" após a transmissão.
Os filtros reflexivos são normalmente filtros de vidro com um revestimento dielétrico aplicado que reflete a radiação laser incidente. Eles são normalmente usados como proteção contra lasers de alta potência.
O nível de proteção que os óculos de segurança a laser devem fornecer depende do comprimento de onda e da potência do laser. Quanto maior a potência, mais absorvente (ou reflexivo) deve ser o material do filtro, para reduzir a potência transmitida a níveis seguros para os olhos (equivalente a um feixe Classe I de acordo com IEC 60825). Na Europa também levamos em consideração os efeitos de aquecimento do feixe laser, pelo que também é considerada a potência ou densidade de energia (irradiância) do feixe laser, tanto para o material filtrante como para a própria armação dos óculos.
A transmissão da luz através de um material filtrante pode ser convenientemente especificada por um parâmetro denominado densidade óptica (OD, para abreviar). OD descreve o nível de atenuação da luz quando ela passa por um filtro óptico. Quanto maior o valor de OD, maior será a atenuação (e maior será a proteção). O OD aumenta com o aumento da espessura dos filtros absorventes. A densidade óptica é o logaritmo (base dez) do recíproco da transmitância. Por exemplo, um DO de 1 significa 10% de transmissão, um DO de 2 significa 1% e um DO de 3 significa 0,1% (e assim por diante).
Os óculos de segurança a laser podem ser selecionados com base no diâmetro externo de acordo com o padrão americano ANSI Z.136.1. Na Europa, EN 207 e EN 208 exigem que os óculos de proteção contra laser sejam selecionados com base na capacidade dos óculos de reter seu diâmetro externo por pelo menos 5 segundos ou 50 pulsos quando expostos à radiação laser direta com a potência ou densidade de energia especificada.
Regras e regulamentos
Na Europa, existem uma série de directivas e normas relacionadas com a segurança do laser e dos EPI que (com efeito) definem requisitos essenciais legalmente aplicáveis que os produtos devem cumprir para serem comercializados no mercado único. Para o equipamento laser em si, estaremos familiarizados com a Diretiva de Conformidade Eletromagnética, a Diretiva de Baixa Tensão e a Diretiva de Máquinas. Para óculos de segurança para laser, a diretiva aplicável é a Diretiva de Equipamentos de Proteção Individual (EPI), 89/686/EEC, que entrou em vigor pela primeira vez em 1989.
A Diretiva EPI de 2018
A partir de 21 de abril de 2018, a diretiva EPI original foi substituída pelo regulamento da UE 2016/425. Algumas das diferenças são substanciais e terão um impacto significativo tanto para quem compra produtos de segurança laser como para quem os fabrica e/ou distribui no mercado europeu. O regulamento da UE 2016/425 exige agora que:
Os fornecedores de óculos de segurança para laser devem fornecer uma Declaração de Conformidade com cada pedido.
O fabricante (ou seu revendedor ou distribuidor) agora é responsável por vender o produto correto para a aplicação do cliente.
A data de produção deve ser marcada no produto.
O prazo de validade do produto deve ser indicado nas instruções de uso.
O prazo de validade do produto também deve ser indicado nas instruções de uso.
Tendo em conta, em primeiro lugar, a exigência de que o vendedor deve garantir que os óculos de proteção contra laser são adequados à sua finalidade, isso transfere a responsabilidade (e obrigação) de garantir que o produto correto seja escolhido do cliente para o vendedor.
Dados os riscos potenciais para a visão decorrentes do uso de óculos errados, isto deve ser visto como uma mudança positiva. Em vez de um cliente pouco instruído comprar os óculos que prefere, ou simplesmente os mais baratos, o vendedor deve agora consultar o cliente para determinar os parâmetros de laser relevantes que regem a escolha dos óculos apropriados e depois oferecê-los. o cliente.
Enquanto no passado um cliente poderia ter pesquisado e encomendado “óculos de segurança para laser de CO2” genéricos, por exemplo, agora o fornecedor só deve oferecer óculos que sejam considerados adequados para a potência e o comprimento de onda do laser que o cliente está usando.
A marcação do prazo de validade e da vida operacional passou a ser obrigatória também em todos os EPI. Embora o tempo não seja definido por nenhum padrão específico, a maioria dos fabricantes optou por uma vida útil de armazenamento de 6 anos e uma vida operacional de 2 anos. Isso não significa que após 6 anos de armazenamento ou 2 anos de uso, os EPI devam ser descartados; Se tiverem sido mantidos em boas condições, o fabricante poderá verificá-los e recertificá-los por mais 6 anos de armazenamento ou 2 anos de uso.
Sem avisos
Conforme mencionado, a diretiva europeia sobre EPI que foi introduzida em abril de 2018 estabelece que os fornecedores e/ou vendedores são agora responsáveis por selecionar óculos com os níveis de proteção exigidos para a aplicação do cliente. Como tal, os fornecedores irão agora procurar informações sobre as especificações do laser do cliente, mais especificamente o comprimento de onda do laser, a potência média, a energia do impulso, o comprimento do impulso, a taxa de repetição do impulso e o diâmetro do feixe. A partir destes dados, o fornecedor calculará a densidade de potência e (para um laser pulsado) a exposição radiante e, portanto, o número da escala de proteção necessária de acordo com a EN 207. Em seguida, selecionará modelos de óculos que forneçam pelo menos esse nível de proteção e oferecerão eles para o cliente.
Os regulamentos de EPI e a norma de segurança laser EN 207 ajudam todos os utilizadores de laser, mesmo aqueles que não estão familiarizados com os lasers e os perigos que podem representar, a estarem suficientemente protegidos e a minimizarem o risco de lesões.
Em conclusão
A potência concentrada fornecida por um laser é uma das chaves da sua utilidade, mas, ao mesmo tempo, esta mesma intensidade representa um perigo real para o olho humano. Se as medidas de engenharia não permitirem um feixe completamente fechado, qualquer pessoa que entre na sala de laser deverá estar equipada (e usar) óculos de segurança adequados para laser.
Historicamente, os óculos de segurança para laser foram especificados com uma especificação simples de densidade óptica (DO) em comprimentos de onda do laser. Embora este ainda seja o caso fora da Europa, aqui a estabilidade dos vidros contra o feixe laser direto também deve ser levada em consideração.
Além disso, a Diretiva de Equipamentos de Proteção Individual da UE de 2018 torna responsabilidade do fornecedor de óculos de segurança para laser determinar os produtos adequados, levando em consideração as especificações de laser exclusivas do cliente.
Em resumo, a proteção ocular contra sistemas a laser é essencial em vários contextos para prevenir lesões oculares graves. Devem ser tomadas medidas preventivas, como a utilização de óculos ou protetores especificamente concebidos para filtrar a radiação laser, para garantir a segurança dos trabalhadores, pacientes, pessoal médico, etc.; que operam em ambientes onde os lasers estão presentes.