レーザーは、極紫外線から遠赤外線 (サブミリ) までの光スペクトル内でコヒーレントな電磁放射エネルギーを生成するデバイスです。 用語 レーザー 実際にはの頭字語です 放射線の誘導放出による光増幅. レーザー プロセスは 1916 年にアルバート アインシュタインによって理論的に予測されましたが、最初の成功したレーザーは 1960 年まで実証されませんでした。世帯。 ビデオディスク プレーヤーや光ファイバー通信システムなどの多くのアプリケーションでは、レーザーの放射エネルギー出力は密閉されており、ユーザーは健康上のリスクに直面することはなく、製品に埋め込まれたレーザーの存在はユーザーにはわからない場合があります。 ただし、一部の医療、産業、または研究用途では、レーザーの放射エネルギーにアクセス可能であり、目や皮膚に潜在的な危険をもたらす可能性があります。

レーザー プロセス (「レージング」とも呼ばれる) は高度にコリメートされた光放射 (つまり、紫外、可視、または赤外放射エネルギー) のビームを生成できるため、レーザーは、遭遇するほとんどの危険とはまったく異なり、かなりの距離で危険をもたらす可能性があります。職場で。 おそらく、労働者や労働安全衛生の専門家によって表明された特別な懸念につながったのは、何よりもこの特徴です。 それでも、適切なハザードコントロールを適用すれば、レーザーを安全に使用できます。 レーザーを安全に使用するための基準は世界中に存在し、ほとんどが相互に「調和」しています (ANSI 1993; IEC 1993)。 すべての規格は危険分類システムを利用しています。これは、レーザーの出力パワーまたはエネルギー、および危害を引き起こす能力に応じて、レーザー製品を 1980 つの広範な危険クラスのいずれかに分類します。 その後、危険分類に応じた安全対策が適用されます (Cleuet and Mayer 1991; Duchene, Lakey and Repacholi XNUMX)。

レーザーは個別の波長で動作し、ほとんどのレーザーは単色 (514.5 つの波長または単一色を放出) ですが、レーザーが複数の個別の波長を放出することは珍しくありません。 たとえば、アルゴンレーザーは、近紫外および可視スペクトル内でいくつかの異なる線を放出しますが、一般に、488 nm で XNUMX つの緑色の線 (波長) および/または XNUMX nm で青色の線のみを放出するように設計されています。 潜在的な健康被害を考慮する場合、出力波長を確立することが常に重要です。

すべてのレーザーには、次の XNUMX つの基本的なビルディング ブロックがあります。

1. 可能な発光波長を定義する活性媒体 (固体、液体、または気体)
2. エネルギー源（例えば、電流、ポンプランプまたは化学反応）
3. 出力カプラー (通常は XNUMX つのミラー) を備えた共振器。

研究室以外のほとんどの実用的なレーザー システムには、光ファイバーやビームをワーク ステーションに向けるためのミラーを備えた多関節アーム、溶接する材料にビームを集中させるための集束レンズなどのビーム配信システムもあります。 . レーザーでは、同一の原子または分子が、ポンプ ランプから供給されるエネルギーによって励起状態になります。 原子または分子が励起状態にある場合、光子 (光エネルギーの「粒子」) は、励起された原子または分子を刺激して、同じエネルギー (波長) の XNUMX 番目の光子を放出し、位相 (コヒーレント) および同じ状態で移動します。刺激光子としての方向。 したがって、２倍の光増幅が起こった。 カスケードで繰り返されるこの同じプロセスにより、共振空洞のミラー間で前後に反射する光ビームが発生します。 ミラーの XNUMX つが部分的に透明であるため、一部の光エネルギーが共振空洞から出て、放出されたレーザー ビームを形成します。 実際には、より安定した共振状態を生成するために XNUMX つの平行なミラーが湾曲していることがよくありますが、基本原理はすべてのレーザーに当てはまります。

数千の異なるレーザーライン (つまり、異なる活性媒体に特有の離散レーザー波長) が物理実験室で実証されていますが、日常の技術で日常的に適用されるまでに商業的に開発されたのは 20 程度にすぎません。 現在知られているレーザーラインと将来のレーザーを可能にするために、基本的に光スペクトルのすべての波長をカバーするレーザー安全ガイドラインと基準が開発され、公開されています。

レーザー危険分類

世界中の現在のレーザー安全基準は、すべてのレーザー製品を危険クラスに分類する慣行に従っています。 一般に、スキームは、1 から 4 までの 1 つの広範な危険クラスのグループに従っています。クラス 2 のレーザーは、潜在的に危険なレーザー放射を放出することができず、健康への危険をもたらすことはありません。 クラス 4 から XNUMX は、目と皮膚への危険性を高めます。 レーザーのクラスごとに安全対策が規定されているため、分類システムは便利です。 最上位のクラスには、より厳しい安全対策が必要です。

クラス 1 は、「目に安全」でリスクのないグループと見なされます。 完全に密閉されたほとんどのレーザー (レーザー コンパクト ディスク レコーダーなど) はクラス 1 です。クラス 1 レーザーには安全対策は必要ありません。

クラス 2 は、ビーム出力全体が人間の目に入って網膜に焦点を合わせたとしても危険ではない非常に低い出力を放出する可視レーザーを指します。 非常に明るい光源を見ることに対する目の自然な嫌悪反応は、目に入るエネルギーが嫌悪反応内で網膜を損傷するのに不十分である場合、網膜の損傷から目を保護します。 嫌悪反応は、まばたき反射 (約 0.16 ～ 0.18 秒) と、そのような明るい光にさらされたときの眼の回転と頭の動きで構成されます。 現在の安全基準は控えめに、嫌悪反応を 0.25 秒持続するものと定義しています。 したがって、クラス 2 レーザーの出力は 1 ミリワット (mW) 以下であり、これは 0.25 秒間の許容露出限界に相当します。 クラス 2 レーザーの例としては、レーザー ポインターと一部のアライメント レーザーがあります。

一部の安全規格には、「クラス 2A」と呼ばれるクラス 2 のサブカテゴリも組み込まれています。 クラス 2A レーザーは、最大 1,000 秒 (16.7 分) 見つめても危険ではありません。 POS (スーパーマーケットのチェックアウト) および在庫スキャナーで使用されるほとんどのレーザー スキャナーは、クラス 2A です。

クラス 3 レーザーは、網膜への曝露を一時的に安全なレベルに制限するには嫌悪反応の速度が不十分であり、目の他の構造 (角膜や水晶体など) への損傷も発生する可能性があるため、目に危険をもたらします。 通常、偶発的暴露による皮膚障害は存在しません。 クラス 3 レーザーの例としては、多くの研究用レーザーや軍用レーザー距離計があります。

クラス 3 の特別なサブカテゴリは「クラス 3A」と呼ばれます (残りのクラス 3 レーザーは「クラス 3B」と呼ばれます)。 クラス 3A レーザーは、出力がクラス 1 またはクラス 2 の許容放出限界 (AEL) の XNUMX ～ XNUMX 倍であるが、出力放射照度が下位クラスの関連する職業暴露限界を超えないレーザーです。 例としては、多くのレーザーアライメントおよび測量機器があります。

クラス 4 のレーザーは、潜在的な火災の危険性、重大な皮膚の危険性、または拡散反射の危険性をもたらす可能性があります。 事実上、溶接および切断に使用されるすべての外科用レーザーおよび材料加工用レーザーは、密閉されていない場合、クラス 4 です。 平均出力が 0.5 W を超えるすべてのレーザーはクラス 4 です。高出力のクラス 3 またはクラス 4 が完全に密閉されて危険な放射エネルギーにアクセスできない場合、レーザー システム全体がクラス 1 になる可能性があります。エンクロージャーは 埋め込みレーザー.

職業被ばく制限

非電離放射線防護に関する国際委員会 (ICNIRP 1995) は、定期的に更新されるレーザー放射線の人体被ばく限度に関するガイドラインを公開しています。 いくつかの典型的なレーザーの代表的な露出限界 (EL) を表 1 に示します。 実質的にすべてのレーザー光線は、許容露出限界を超えています。 したがって、実際には、安全対策を決定するために暴露限界が日常的に使用されることはありません。 代わりに、現実的な条件下で適用される EL に基づくレーザー分類スキームが実際にこの目的に適用されます。

表 1. 一般的なレーザーの暴露限界

すべての標準/ガイドラインには、他の波長と露光時間での MPE があります。

注: MPE を mW/cm に変換するには² ～ mJ/cm²、秒単位の露光時間 t を掛けます。 たとえば、0.1 秒での He-Ne またはアルゴン MPE は 0.32 mJ/cm².

出典: ANSI 規格 Z-136.1(1993); ACGIH TLV (1995) および Duchene、Lakey、Repacholi (1991)。

レーザー安全基準

多くの国がレーザー安全基準を発行しており、そのほとんどは国際電気標準会議 (IEC) の国際基準と調和しています。 IEC 規格 825-1 (1993) は製造業者に適用されます。 ただし、ユーザー向けの限定的な安全ガイダンスも提供します。 上記のレーザー危険分類は、すべての商用レーザー製品に表示する必要があります。 クラスに適した警告ラベルは、クラス 2 から 4 のすべての製品に表示する必要があります。

安全対策

レーザー安全分類システムにより、適切な安全対策の決定が大幅に容易になります。 レーザーの安全基準と実施基準は、より高い分類ごとにますます制限的な管理手段を使用することを日常的に要求しています。

実際には、潜在的に危険なレーザー放射にアクセスできないように、レーザーとビーム経路を完全に囲むことが常により望ましいです。 つまり、クラス 1 のレーザー製品のみを職場で使用すれば、安全な使用が保証されます。 しかし、多くの場合、これは実際的ではなく、安全な使用と危険防止対策に関する作業員のトレーニングが必要です。

レーザーを人の目に向けないという明白なルール以外に、クラス 2 レーザー製品に必要な管理手段はありません。 より高いクラスのレーザーでは、安全対策が明らかに必要です。

クラス 3 または 4 のレーザーを完全に密閉することができない場合は、ビーム エンクロージャー (チューブなど)、バッフル、および光学カバーを使用することで、ほとんどの場合、危険な眼への曝露のリスクを実質的に排除できます。

クラス 3 および 4 のレーザーを収容することができない場合は、侵入が制御されたレーザー管理区域を確立する必要があり、一般に、レーザー ビームの公称危険ゾーン (NHZ) 内でレーザー アイ プロテクターの使用が義務付けられています。 コリメートされたレーザービームが使用されるほとんどの研究所では、NHZ は制御された実験室領域全体を網羅していますが、集束ビームアプリケーションの場合、NHZ は驚くほど限られており、部屋全体を網羅していない場合があります。

許可されていないレーザー ユーザーによる誤用や危険な行為を防ぐために、市販されているすべてのレーザー製品に見られるキー コントロールを使用する必要があります。

人がレーザーにアクセスできる場合は、レーザーを使用していないときにキーを保護する必要があります。

深刻な眼の損傷の可能性が非常に高いため、レーザーの位置合わせと初期設定中は特別な注意が必要です。 レーザー作業者は、レーザーのセットアップと位置合わせを行う前に、安全な慣行について訓練を受ける必要があります。

レーザー保護メガネは、職業上の暴露限界が確立された後に開発され、特定の用途で波長と暴露時間の関数として必要となる光学濃度 (または OD、減衰係数の対数尺度) を提供するために仕様が作成されました。レーザー。 ヨーロッパにはレーザーによる目の保護に関する特定の規格が存在しますが、米国では ANSI Z136.1 および ANSI Z136.3 という名称で米国規格協会によってさらなるガイドラインが提供されています。

トレーニング

実験室と産業の両方の状況でレーザー事故を調査すると、共通の要素が浮かび上がります。それは、適切なトレーニングの欠如です。 レーザー安全トレーニングは、各従業員が作業するレーザー操作に適切かつ十分なものでなければなりません。 トレーニングは、レーザーの種類と作業者に割り当てられたタスクに固有のものである必要があります。

医療監視

レーザー作業者の医学的監視の要件は、地域の産業医学規制に従って国ごとに異なります。 かつて、レーザーが研究所に限定され、その生物学的影響についてほとんど知られていなかったとき、各レーザー作業者は定期的に眼底 (網膜) 写真による徹底的な一般的な眼科検査を受けて、目の状態を監視するのが非常に一般的でした。 . しかし、1970 年代初頭までに、臨床所見はほとんどの場合陰性であったため、この慣行は疑問視され、そのような検査では主観的に検出可能な急性損傷のみを特定できることが明らかになりました。 これにより、1975 年にアイルランドのドン リーリーで開催されたレーザーに関する WHO タスク グループが、そのような関与する監視プログラムに反対することを勧告し、視覚機能の検査を強調するようになりました。 それ以来、ほとんどの国の労働衛生団体は、健康診断の要件を継続的に削減してきました。 今日、完全な眼科的検査は、レーザーによる眼の損傷または過度の露出が疑われる場合にのみ普遍的に必要とされ、配置前の視覚的スクリーニングが一般的に必要です. 国によっては、追加の検査が必要になる場合があります。

レーザー測定

一部の職場の危険とは異なり、通常、レーザー放射の危険レベルの職場監視のために測定を実行する必要はありません。 ほとんどのレーザー ビームのビーム寸法は非常に限定されており、ビーム経路が変化する可能性があり、レーザー放射計の難しさと費用がかかるため、現在の安全基準では、職場での測定 (監視) ではなく、危険クラスに基づく制御手段が強調されています。 測定は、レーザーの安全基準と適切な危険分類への準拠を保証するために、メーカーが実施する必要があります。 実際、レーザー危険分類の当初の正当化の XNUMX つは、危険評価のための適切な測定を実行することの大きな困難に関連していました。

結論

レーザーは職場では比較的新しいものですが、レーザーの安全性に関するプログラムと同様に、急速に普及しています。 レーザーを安全に使用するための鍵は、最初に可能であればレーザー放射エネルギーを閉じ込めることですが、それが不可能な場合は、適切な制御手段を設定し、レーザーを扱うすべての担当者を訓練することです。

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