La seguridad ocular contra los sistemas láser es fundamental, no solo en entornos industriales donde estos dispositivos de protección son utilizados de forma común, sino también en actividades médicas, estéticas, militares y recreativas.
Desde su invención en 1960, los láseres se han utilizado cada vez más en la investigación científica, la medicina, el procesamiento de materiales industriales, las telecomunicaciones y en numerosas aplicaciones de consumo. Lo que no ha cambiado a lo largo de los años es el peligro óptico extremo que presentan muchos rayos láser.
En entornos industriales, donde los láseres se utilizan en aplicaciones como corte, soldadura, marcado y medición, los trabajadores están expuestos a riesgos constantes. Sin una protección ocular adecuada, la exposición prolongada o incluso breve a la radiación láser puede causar desde irritación temporal hasta daño permanente en la retina, lo que resulta en pérdida parcial o total de la visión.
Además de los entornos industriales, la protección y seguridad ocular también es crucial en el ámbito médico/estético, militar y recreativo donde los láseres se utilizan en distintos procedimientos: quirúrgicos, oftálmicos, dermatológicos, sistemas de puntería, señalización, sistemas de defensa y/o punteros láser recreativos.
Sin una protección adecuada, cualquier persona que utilice o esté en una posición cercana a la fuente láser, está en riesgo su seguridad, pudiendo sufrir daños oculares graves. Por lo que es necesario prevenir las correspondientes lesiones accidentales y preservar la visión.
Revisamos las razones por las que la luz láser puede ser especialmente peligrosa, explicará como elegir gafas protectoras y proporcionará una actualización sobre los últimos avances en seguridad láser.
¿Por qué es peligrosa la radiación láser?
Comencemos con la pregunta básica de por qué un rayo láser puede ser tan peligroso en comparación con las fuentes de luz tradicionales.
La radiación electromagnética es emitida por toda la materia a temperaturas superiores al cero absoluto (en la escala Kelvin) y comprende desde ondas de radio con longitudes de onda superiores a 1 mm hasta rayos gamma con longitudes de onda inferiores a 1 pm.
La radiación óptica se extiende desde el ultravioleta (UV, 100-400 nm) hasta el infrarrojo (IR, 0,78 a 100 μm). La luz visible (radiación óptica visible para el ojo humano) se extiende desde 380 nm hasta 780 nm. Los láseres emiten radiación óptica en multitud de longitudes de onda en la banda espectral de 100 nm a 100 μm.
Una lámpara incandescente tradicional emite un continuo de radiación óptica desde el visible al infrarrojo cercano que irradia en todas direcciones con poca o ninguna coherencia espacial o temporal. En comparación, la luz láser suele ser monocromática, posee un alto grado de coherencia espacial y temporal y es altamente direccional. Estas diferencias hacen que un rayo láser sea increíblemente útil en una variedad de aplicaciones, pero también explican por qué la radiación láser puede ser tan peligrosa.
Consideremos una fuente extendida y muy poderosa de radiación óptica: el sol. Este emite un flujo radiante (“potencia óptica”) superior a 174 petavatios (174 x 1015 vatios), pero irradia en todas direcciones. La pequeña proporción de luz solar que llega a la Tierra produce una irradiancia de unos 700 W/m2. Cuando se ilumina a través de una abertura de 1,5 mm de diámetro, el flujo radiante se reduce aún más a aproximadamente 1 mW. En comparación, un puntero láser de potencia relativamente baja emite 5 mW dentro de un haz colimado de 1,5 mm, por lo que la irradiancia es aproximadamente la misma que la del sol.
Consideremos ahora la cantidad de luz que puede entrar al ojo humano desde una lámpara incandescente de 100W (100W de flujo radiante, no confundir con energía eléctrica) en comparación con un láser de 100W a una distancia de 1m. Para los cálculos de riesgo, asumimos que el peor caso es una pupila completamente dilatada con una apertura de 7 mm de diámetro.
La lámpara de 100 W emite luz en todas las direcciones, con el ángulo sólido subtendido desde la pupila de 7 mm a 1 m de la lámpara, lo que da como resultado un flujo radiante de aproximadamente 310 µW que ingresa al ojo. Cuando la córnea y el cristalino la enfocan, la imagen resultante de la lámpara producida en la retina tiene aproximadamente 800 μm de diámetro con una irradiancia de aproximadamente 610 W/m2. Esto es muy brillante y sería incómodo verlo, aunque sería poco probable que se dañe la retina.
El láser de 100 W tiene un diámetro de haz típico de <7 mm y, debido a la direccionalidad y coherencia de la luz, los 100 W de potencia óptica entrarían en la pupila dilatada de 7 mm. El rayo láser se enfocaría en la retina con un tamaño de punto de aproximadamente 10 µm de diámetro. La irradiancia sería de aproximadamente 1,3 x 1012 W/m2, que es mil millones de veces mayor que la de la lámpara de 100 W.
Diferentes longitudes de onda, diferentes peligros
La radiación láser se produce en numerosas longitudes de onda discretas en la banda de radiación óptica dependiendo del medio de ganancia utilizado, desde 100 nm en UV hasta 100 μm en IR. Las diferentes longitudes de onda presentan diferentes riesgos para el ojo humano. En longitudes de onda ultravioleta inferiores a 315 nm (bandas UVC y UVB), la luz se absorbe en la córnea. La radiación UVA de longitud de onda más larga (315-400 nm) se transmite por la córnea pero se absorbe en el cristalino. La luz visible entre 380 y 780 nm se transmite tanto por la córnea como por el cristalino y llega al área fotosensible en la parte posterior del ojo, la retina.
El sistema de visión humana ha evolucionado con varios mecanismos de seguridad incorporados. A medida que aumenta el nivel de luz, la pupila (o iris) se cierra gradualmente desde su diámetro dilatado de 7 mm. Si se detecta una fuente realmente brillante, instintivamente cerramos los párpados; esto se llama reflejo de parpadeo y responde en aproximadamente 0,25 segundos. Por supuesto, esto requiere que podamos ver la luz, y es por eso que la radiación infrarroja cercana (NIR) puede ser tan peligrosa. La retina no detecta la luz entre 780 y 1400 nm, pero se transmite a través de la córnea y el cristalino. Por lo tanto, nuestro reflejo de parpadeo no ofrece protección alguna contra la radiación láser NIR. En longitudes de onda superiores a 1400 nm, la luz IR vuelve a ser absorbida por la córnea.
Protegiendo tus ojos
Para proteger nuestros ojos de un rayo láser, utilizamos gafas de protección láser especializadas. Estos están equipados con filtros que están diseñados para bloquear las longitudes de onda dañinas del láser y aún así transmitir la mayor cantidad posible del espectro visible para que el usuario pueda ver lo que está haciendo y conservar un buen reconocimiento del color.
Los filtros de seguridad láser empleados en gafas protectoras están hechos de plástico o vidrio y protegen de dos maneras:
Los filtros absorbentes pueden estar hechos de vidrio o plástico y protegen absorbiendo la radiación láser, reduciéndola a un nivel "seguro para los ojos" tras la transmisión.
Los filtros reflectantes suelen ser filtros de vidrio con un revestimiento dieléctrico aplicado que refleja la radiación láser incidente. Por lo general, se utilizan como protección contra láseres de mayor potencia.
El nivel de protección que deben proporcionar las gafas de seguridad para láser depende de la longitud de onda y la potencia del láser. Cuanto mayor sea la potencia, más absorbente (o reflectante) debe ser el material del filtro, para reducir la potencia transmitida a niveles seguros para los ojos (equivalente a un haz de Clase I según IEC 60825). En Europa también tenemos en cuenta los efectos de calentamiento del rayo láser, por lo que también se considera la potencia o densidad de energía (irradiancia) del rayo láser, tanto para el material del filtro como para la propia montura de las gafas.
La transmisión de luz a través de un material filtrante se puede especificar convenientemente mediante un parámetro llamado densidad óptica (OD para abreviar). OD describe el nivel de atenuación de la luz cuando pasa a través de un filtro óptico. Cuanto mayor sea el valor de OD, mayor será la atenuación (y mayor la protección). La DO aumenta al aumentar el espesor de los filtros absorbentes. La densidad óptica es el logaritmo (en base diez) del recíproco de la transmitancia. Por ejemplo, una DO de 1 significa 10% de transmisión, una DO de 2 significa 1% y una DO de 3 significa 0,1% (y así sucesivamente).
Las gafas de seguridad para láser se pueden seleccionar en función del diámetro exterior según la norma estadounidense ANSI Z.136.1. En Europa, EN 207 y EN 208 exigen que las gafas de protección láser se seleccionen en función de la capacidad de las gafas para retener su diámetro exterior durante al menos 5 segundos o 50 pulsos cuando se exponen a radiación láser directa de la potencia o densidad de energía especificada.
Reglas y regulaciones
En Europa existen una serie de directivas y normas relacionadas con la seguridad del láser y los EPI que (de hecho) definen requisitos esenciales legalmente exigibles que los productos deben cumplir para poder comercializarse en el mercado único. Para los equipos láser en sí, estaremos familiarizados con la Directiva de conformidad electromagnética, la Directiva de baja tensión y la Directiva de máquinas. Para las gafas de seguridad láser, la directiva aplicable ha sido la Directiva sobre equipos de protección personal (PPE), 89/686/EEC, que entró en vigor por primera vez en 1989.
La Directiva EPI de 2018
A partir del 21 de abril de 2018, la directiva original sobre EPI fue reemplazada por el reglamento de la UE 2016/425. Algunas de las diferencias son sustanciales y tendrán un impacto significativo tanto en quienes compran productos de seguridad láser como en quienes los fabrican y/o distribuyen en el mercado europeo. El reglamento de la UE 2016/425 ahora exige que:
Los proveedores de gafas de seguridad para láser deben proporcionar una Declaración de conformidad con cada pedido.
El fabricante (o su revendedor o distribuidor) ahora es responsable de vender el producto correcto para la aplicación del cliente.
La fecha de producción debe estar marcada en el producto.
La vida útil del producto debe indicarse en las instrucciones de uso.
La vida útil del producto también debe indicarse en las instrucciones de uso.
Teniendo en cuenta primero el requisito de que el vendedor debe garantizar que las gafas de protección láser sean adecuadas para su propósito, esto transfiere la responsabilidad (y la obligación) de garantizar que se elija el producto correcto del cliente al vendedor.
Dados los riesgos potenciales para la vista que surgen por el uso de gafas incorrectas, esto debe verse como un cambio positivo. En lugar de que un cliente con poca formación compre las gafas que prefiere, o las que simplemente son las más baratas, el vendedor ahora debe consultar con el cliente para determinar los parámetros láser relevantes que rigen la elección de las gafas adecuadas y luego ofrecérselos. el cliente.
Mientras que en el pasado un cliente podía haber buscado y pedido “gafas de seguridad para láser de CO2” genéricas, por ejemplo, ahora el proveedor sólo debe ofrecer gafas que se consideren adecuadas para la potencia y longitud de onda del láser que está utilizando el cliente.
La marca de la vida útil de almacenamiento y de la vida útil operativa ahora también es obligatoria en todos los EPI. Si bien el tiempo no está definido por ningún estándar en particular, la mayoría de los fabricantes han optado por una vida útil de almacenamiento de 6 años y una vida útil operativa de 2 años. Esto no significa que después de 6 años de almacenamiento o 2 años de uso, el EPI deba desecharse; Si se han conservado en buenas condiciones, el fabricante puede comprobarlos y volver a certificarlos para un almacenamiento adicional de 6 años o 2 años de uso.
Sin advertencias
Como se mencionó, la directiva europea sobre EPI que se introdujo en abril de 2018 establece que los proveedores y/o vendedores ahora son responsables de seleccionar gafas con los niveles de protección requeridos para la aplicación del cliente. Como tal, los proveedores ahora buscarán información sobre las especificaciones del láser del cliente, más específicamente la longitud de onda del láser, la potencia promedio, la energía del pulso, la longitud del pulso, la frecuencia de repetición del pulso y el diámetro del haz accesible. A partir de estos datos, el proveedor calculará la densidad de potencia y (para un láser pulsado) la exposición radiante y, por tanto, el número de escala de protección requerido según EN 207. Luego seleccionarán modelos de gafas que proporcionen al menos ese nivel de protección y los ofrecerán a el cliente.
Las normativas sobre EPI y la norma de seguridad láser EN 207 ayudan a todos los usuarios de láser, incluso aquellos que no están familiarizados con los láseres y los peligros que pueden representar, a estar suficientemente protegidos y minimizar el riesgo de lesiones.
En conclusión
La potencia concentrada entregada por un láser es una de las claves de su utilidad, pero al mismo tiempo, esta misma intensidad presenta un peligro real para el ojo humano. Si las medidas de ingeniería no permiten un haz completamente cerrado, cualquier persona que ingrese a la sala de láser debe estar equipada con (y usar) gafas de seguridad láser adecuadas.
Históricamente, las gafas de seguridad para láser se especificaban con una especificación simple de densidad óptica (OD) en las longitudes de onda del láser. Si bien esto sigue siendo así fuera de Europa, aquí también hay que tener en cuenta la estabilidad de las gafas frente al rayo láser directo.
Además, la Directiva de equipos de protección personal de la UE de 2018 hace que sea responsabilidad del proveedor de gafas de seguridad láser determinar los productos adecuados, teniendo en cuenta las especificaciones láser únicas del cliente.
En resumen, la protección ocular contra los sistemas láser es esencial en una variedad de contextos para prevenir lesiones oculares graves. Se deben tomar medidas preventivas, como el uso de gafas o protectores diseñados específicamente para filtrar la radiación láser, para garantizar la seguridad de los trabajadores, pacientes, personal médico, etc.; que operan en entornos donde los láseres están presentes.