NTP 261: Láseres: riesgos en su utilización

1 A o: 19 . NTP 261: L seres: riesgos en su utilizaci n Risques deriv s de l'utilisation des rayons l ser Risks from laser use Las NTP son gu as de buenas pr cticas. Sus indicaciones no son obligatorias salvo que est n recogidas en una disposici n normativa vigente. A efectos de valorar la pertinencia de las recomendaciones contenidas en una NTP concreta es conveniente tener en cuenta su fecha de edici n. Redactora: M Jos Rup rez Calvo Doctora en Ciencias Qu micas CENTRO NACIONAL DE NUEVAS TECNOLOG AS. Introducci n La gran variedad de l seres que se fabrican en la actualidad, y sus diferentes caracter sticas de emisi n en funci n del tipo de aplicaci n, hace en ocasiones dif cil, identificar la existencia de un potencial riesgo laboral y la adopci n de las medidas preventivas m s apropiadas. Esta nota t cnica tiene por objeto definir brevemente las caracter sticas m s importantes de los l seres, introduciendo al lector en los posibles riesgos que pueden derivarse de su utilizaci n y c mo identificarlos sin recurrir a medidas de exposici n.

2 Definici n Los l seres son dispositivos que producen y amplifican un haz de radiaci n electromagn tica en el intervalo de longitudes de onda de 200 nanometros a 1 mil metro, como resultado de una emisi n estimulada controlada. El haz de radiaci n obtenido de esta forma tiene tres propiedades que lo diferencian de la radiaci n obtenida de fuentes convencionales. Es monocrom tico (de una longitud de onda concreta), es coherente (todas las ondas electromagn ticas coinciden en fase) y se emite en una direcci n determinada (con muy peque a divergencia angular, de forma que la dispersi n del haz no es significativa respecto a su longitud). Elementos de un haz l ser Un l ser se compone b sicamente de tres elementos: sistema de bombeo, medio activo y cavidad ptica. El sistema de bombeo es el encargado de suministrar energ a al medio activo, donde se va a producir la radiaci n, esta radiaci n se amplificar por reflexiones sucesivas en los espejos de la cavidad ptica. Combinando las distintas variaciones de estos tres elementos, se han desarrollado l seres de muy diferentes caracter sticas que permiten su utilizaci n en m ltiples aplicaciones.

3 En la figura 1 se expone el esquema de una l ser He-Ne. Fig. 1: Esquema de un l ser He-Ne Caracter sticas de un haz l ser Un haz l ser estar perfectamente definido si conocemos su: Longitud de onda de emisi n. Duraci n de la emisi n. Potencia o energ a del haz. Di metro del haz. Divergencia. La capacidad de un l ser para producir un riesgo vendr determinada principalmente por los tres primeros factores: longitud de onda, duraci n o tiempo de exposici n y potencia o energ a del haz. Longitud de onda Seg n su definici n un haz l ser puede emitirse en la regi n visible del espectro (400-700 nm), en la regi n ultravioleta (200-400 nm) o en la regi n infrarroja (700-106 nm), siendo obviamente invisible en los dos ltimos casos. La longitud de onda ( ) de la radiaci n emitida por un l ser depende de la composici n qu mica del medio activo o medio "laseante". Dependiendo del tipo de compuesto utilizado se producir n una o varias l neas de emisi n a longitudes de onda concretas. Los l seres cuyo medio activo es un colorante son una excepci n ya que en ellos se puede variar la de salida dentro de un cierto intervalo.

4 Se dice entonces que son l seres sintonizables. Duraci n La salida del haz l ser, puede ser de dos formas: onda continua (t > 0,25 s), o Impulsos o tren de impulsos (t < 0,25 s), dependiendo de la forma en que el sistema de bombeo aporta la energ a al medio activo. Potencia o energ a La potencia de salida de los l seres var a mucho de unos tipos de l ser a otros. Los l seres continuos se caracterizan por su potencia m xima de salida (medida en watios), mientras que los l seres de impulsos se caracterizan por su energ a total por pulso (medida en julios), debi ndose conocer adem s la potencia pico, la duraci n del pulso y la frecuencia de repetici n del pulso. Existen varias t cnicas para provocar pulsos muy cortos (ns a ps) obteniendo potencias de pico muy altas, (se puede llegar hasta los MW o GW) destacando entre ellas Q-Switch y Mode locking. NOTA: Para describir un l ser, generalmente se cita el medio activo seguido de la duraci n del pulso y de su potencia m xima de salida o de su energ a total/pulso.

5 Por ejemplo un l ser He-Ne CW de 5 mW ser un l ser cuyo medio activo es He-Ne, que emite radiaci n visible de forma continua con una potencia media de 5 mW. Otro ejemplo: un l ser Nd-YAG 150 mJ/10 ns, es un l ser cuyo medio activo es un granate de ytrio y aluminio dopado con neodimio, que emite pulsos de radiaci n IR de 150 mJ con una duraci n de cada pulso de 10 nanosegundos. Efectos biol gicos Los rganos que pueden resultar da ados en una exposici n a radiaci n l ser son los ojos y la piel. La gravedad de la lesi n depender de la longitud de onda del l ser y del nivel de exposici n alcanzado, que es funci n de la potencia o energ a del l ser y del tiempo de exposici n. En los ojos, el tipo de lesi n producida var a con la longitud de onda de la radiaci n: La radiaci n visible (400-700 nm) y la de infrarrojo-A (700-1400 nm) pueden atravesar los diferentes tejidos que componen el ojo (c rnea, humor acuoso, cristalino, humor v treo) y alcanzar la retina, produciendo en ella una lesi n t rmica o fotoqu mica.

6 Debido a que la c rnea act a como una lente convergente, cuando el ojo est focalizando un haz l ser la lesi n se producir en la f vea o m cula, deteriorando la funci n visual a veces de forma irreversible. Si no se est focalizando el haz l ser, tendremos una lesi n perif rica en la retina que puede llegar a pasar inadvertida, detect ndose en una revisi n oftalmol gica. La radiaci n ultravioleta-A (315-400 nm) es absorbida en un alto porcentaje por el cristalino, siendo la lesi n predominante las cataratas. Las radiaciones UV-B (280 a 315 nm), UV-C (200 a 280 nm), IR-B ( a m) e IR-C ( m a 1 mm), son detenidas y absorbidas mayoritariamente por la c rnea, produci ndose respectivamente fotoqueratitis (UV) o quemadura corneal (IR). En la figura 2 se puede ver una secci n simplificada del ojo humano en el que se indican sus elementos m s importantes. Fig. 2: Secci n de un ojo humano En el caso de la piel, la profundidad de penetraci n de un haz l ser variar tambi n con la longitud de onda, pero la reacci n normal cuando hay una sobreexposici n ser una quemadura m s o menos profunda, que con el tiempo puede regenerar (v ase figura 3.)

7 Fig. 3: Penetraci n de la radiaci n ptica en la piel a diferentes longitudes de onda En la Tabla 1 se puede ver un resumen de la variaci n de los efectos biol gicos para las diferentes bandas espectrales. Otros factores de riesgo Existen otros factores distintos a la propia radiaci n l ser, que pueden ser inherentes a la utilizaci n de ciertos l seres, y dependen del tipo de l ser utilizado, los materiales empleados y el proceso realizado. Entre ellos se puede citar: Contaminaci n atmosf rica Producida por el material vaporizado por el l ser, gases procedentes de sistemas l ser con circulaci n de gas de subproductos de reacciones (p. ej. Br2, Cl2, CNH, F2), o gases o vapores procedentes de agentes criog nicos. riesgos de radiaci n colateral Puede haber un riesgo potencial producido por la radiaci n UV, o por la radiaci n Visible y de IR pr ximo, asociados a los sistemas de bombeo, (p. ej. l mparas de destello), cuya radiancia puede ser suficiente para producir un da o por exposici n cr nica.

8 riesgos el ctricos La mayor a de los l seres que utilizan altas tensiones (>1 kV) y los l seres pulsados, son especialmente peligrosos por la energ a acumulada en las bater as de condensadores. La seguridad el ctrica de los l seres est recogida en la norma CEI 820. Refrigerantes criog nicos Los l quidos criog nicos, pueden causar quemaduras y su manipulaci n exige precauciones especiales. Otros riesgos Tales como explosi n de una bater a de condensadores o de un sistema de bombeo ptico durante el funcionamiento de algunos sistemas l ser de gran potencia. Tambi n pueden producirse part culas volantes durante las operaciones de corte, perforado y soldadura y reacciones explosivas de los reactivos de un l ser qu mico o de otros gases usados dentro del laboratorio. Unidades de medida de una exposici n a radiaci n l ser Como el efecto biol gico de una radiaci n incidente sobre un tejido depende de la energ a absorbida por unidad de superficie absorbente, la exposici n a radiaci n l ser "directa" se medir en t rminos de irradiancia (l seres continuos) o de exposici n radiante (l seres de impulsos).

9 Cuando la visi n de la fuente no es puntual, o se trata de una visi n de reflexi n difusa de un haz, hay que tener en cuenta adem s la radiaci n por unidad de ngulo s lido de emisi n (sr), utiliz ndose entonces la radiancia (l seres continuos) o la radiancia integrada (l seres de impulsos). Estas unidades est n definidas por la norma CEI-825-84 como sigue: Irradiancia Flujo radiante por unidad de superficie receptora. Se representa por E y se mide en W/cm2. Exposici n radiante Representa la energ a total incidente por unidad de superficie receptora. Se mide en J/cm2. Se utiliza para medir la cantidad de energ a que llega a un receptor cuando la fuente es pulsada. Radiancia Potencia radiante de una superficie emisora de radiaci n por unidad de superficie y por unidad de ngulo s lido. S mbolo: L; Unidades: W sr -1 m-2. Radiancia integrada Es la integral de la radiancia durante un tiempo de exposici n determinado, expresada como energ a radiante por unidad de rea de la superficie emisora y por unidad de ngulo s lido de emisi n.

10 Unidades: J m-2 sr-1. Clasificaci n de los l seres Los l seres no forman un solo grupo al cual se apliquen l mites de seguridad comunes, ya que los riesgos que se derivan de su uso var an notablemente. Ello es debido a los amplios intervalos posibles para la longitud de onda, la potencia o energ a y las caracter sticas de emisi n continua o de impulsos de un haz l ser. Una forma de simplificar el problema es agruparlos en una clasificaci n seg n su grado de peligrosidad, y de ello se han encargado los diversos organismos relacionados con la seguridad l ser, entre ellos el CEI (Comit Electr nico Internacional), el ANSI (American National Standard Institute) y el BRH (Bureau of Radiological Health); aunque estas clasificaciones no coinciden en su totalidad, son bastantes similares. Exponemos aqu de forma resumida la clasificaci n de la norma CE1-825-1984, que agrupa los l seres en 4 clases generales, especificando para cada uno de ellos los l mites de emisi n accesibles (LEAs) o niveles de emisi n accesible m ximos permitidos dentro de una clase determinada.