SEGURIDAD EN EL TRABAJO CON LASERES

Protección ocular contra radiaciones láser

El número de lesiones oculares y cutáneas, causadas por radiaciones accidentales de láser, está aumentando debido al creciente uso de láseres en aplicaciones industriales, quirúrgicas y científicas

El funcionamiento del láser queda descrito por su propio nombre. El término LASER está formado por las iniciales de L ight A mplification by S timulated E mission of R adiation, es decir una amplificación de la luz por emisión estimulada de radiación. Los láseres pueden emitir radiación desde la región ultravioleta hasta la región de infrarrojos lejanos, dependiendo del tipo de láser y de la función para la cual está diseñado.

Para comprender el funcionamiento de un equipo láser y las consecuencias en términos de daños oculares que la radiación pueda tener para los operarios, es preciso conocer el espectro electromagnético.

El espectro electromagnético

La luz se puede definir como radiación electromagnética, una forma de energía radiante. Hay varios tipos de ondas electromagnéticas, incluyendo los rayos ultravioleta, rayos infrarrojos, ondas de radio y rayos-X. Sólo percibimos una pequeña parte del espectro, la que llamamos luz visible. Cada tipo de radiación tiene su longitud de onda característica. La longitud de onda quiere decir la distancia, en la dirección de propagación de una onda electromagnética periódica, entre dos puntos consecutivos con la misma fase en un instante de tiempo. El símbolo que la designa usualmente es . La longitud de onda se expresa en metros. Las divisiones decimales del metro más utilizadas son:

· el micrómetro1 µm = 10-6 m

· el nanómetro1 nm = 10-9 m

Aquí consideramos el nanómetro como unidad de medida, que por tanto corresponde a una milmillonésima de metro.

La figura muestra la región de luz visible y las tres regiones en que la energía de ultravioleta, luz azul e infrarrojos pueden causar daño al ojo humano.

La radiación ultravioleta es la banda de radiación óptica que presenta las longitudes de onda más cortas. Está dividida en varias partes:

La banda de radiación óptica visible por el ojo humano es el intervalo de longitudes de onda comprendidas entre 380 nm y 780 nm. La radiación de la parte perjudicial de la luz azul se encuentra en la banda espectral visible. Su intervalo de longitudes de onda está comprendido entre 400 nm y 480 nm.

La radiación infrarroja es la radiación óptica cuyas longitudes de onda son superiores a las de la radiación visible. Para la radiación infrarroja, la banda entre 780 nm y 1 mm, se divide generalmente en:

Cómo funciona el láser

El láser se basa en un medio activo líquido, sólido o gaseoso, que emite luz cuando es excitado por una fuente de energía. Esta fuente de excitación puede ser una reacción química, eléctrica u óptica, incluyendo el bombeo por otro láser.

Un láser de gas funciona de la siguiente manera:

El interior del láser consiste en un tubo de vidrio lleno de gas excitado por una corriente eléctrica que lo atraviesa. El tubo de gas tiene un espejo en cada extremo.

1. La corriente eléctrica excita los átomos del gas que pasan a emitir fotones, energía luminosa.

2. Algunos de los fotones emitidos chocan con otros átomos excitados que como respuesta emiten fotones idénticos. (Emisión estimulada de radiación.)

3. Cuando un fotón choca con un átomo excitado produce otro fotón idéntico, ambos fotones pueden a su vez chocar con otros átomos excitados y volver a producir más fotones que a su vez chocarán con otros átomos, y así sucesivamente. (Amplificación)

4. Parte de los fotones chocan con los espejos y se reflejan hacia el interior del gas, donde continúan la amplificación y la emisión estimulada.

5. El espejo situado en el extremo donde se emite el haz de láser es semirreflectante para así dejar pasar parte de la luz; siempre que refleje hacia el interior un número de fotones suficientes para mantener la amplificación.

6. Sólo los fotones que se mueven paralelamente al eje del tubo chocan con los espejos y se amplifican produciendo así un haz de luz láser monocromática y coherente.

Un láser es un equipo que produce un haz extremadamente intenso. La radiación óptica de un láser es generalmente unidireccional, monocromática y coherente.

- Unidireccional significa que la energía o potencia de la radiación alcanza un objetivo a la vez con muy poca o sin ninguna divergencia, sobre largas distancias.

- Luz monocromática quiere decir radiación en el espectro que sólo contiene un pequeño rango de longitudes de onda. También puede estar caracterizada por una única longitud de onda. Las líneas espectrales de una radiación lineal en una banda estrecha pueden ser consideradas monocromáticas.

- Coherente es cuando las radiaciones emitidas mantienen una diferencia de fase constante.

Si comparamos el efecto de un láser visible de 100 W con una bombilla de 100 W observamos que en el caso del láser, los 100 W son emitidos en fase en un único haz que puede alcanzar un lugar determinado a larga distancia, mientras que con la bombilla, los 100 W son emitidos desfasados y en todas las direcciones, por lo que sólo una pequeña fracción de la potencia alcanza un punto específico. Esa pequeña fracción contiene luz de todo el espectro visible, mientras que el láser suele tener una única longitud de onda. El láser de 100 W focalizado es capaz de cortar materiales como plásticos y cuero.

Existen láseres muy diversos dependiendo de la aplicación para la cual están diseñados. Hay láseres desde muy baja potencia para leer códigos de barras en supermercados, los utilizados en los lectores de Compact Disc, CD-ROM para ordenadores, punteros láser para la presentación de transparencias o diapositivas durante conferencias, hasta láseres de muy alta potencia para cortar acero, taladrar cerámica y soldar carrocerías. Para cada trabajo hay un láser, la potencia y la longitud de onda deben ser las adecuadas para el trabajo a realizar.

La radiación monocromática altamente coherente emitida por un láser puede, mediante sistemas ópticos adecuados, colimarse para formar un haz dirigido muy estrecho, o bien concentrarse sobre una región muy pequeña, acumulando sobre la misma una energía muy elevada. En estas propiedades se basa la utilización de láseres pulsantes para cortar, fundir o vaporizar pequeños volúmenes de cualquier material; la fácil dirigibilidad del láser permite una gran precisión en estas operaciones, lo que unido a la ventaja de poder operar sin necesidad de vacío, le confiere un papel relevante en el campo metalúrgico. El láser se utiliza en la industria para cortar, taladrar, soldar y grabar en materiales muy diversos desde papeles, plásticos o telas hasta acero o diamante. Cortar y taladrar son las dos aplicaciones industriales más frecuentes del láser. Como no es más que una luz muy intensa, no se embota ni se atasca, como las sierras y brocas mecánicas.

En el mismo sentido constituye un instrumento utilísimo en medicina y cirugía, donde el rayo puede utilizarse para realizar " Operaciones Quirúrgicas". Se ha usado con éxito en oncología y oftalmología , ginecología, dermatología, odontología y cirugía. El calor que produce el láser cierra los vasos sanguíneos evitando así las hemorragias. En todas estas aplicaciones se hace imprescindible la utilización de protectores oculares para bloquear toda la radiación perjudicial, permitiendo a los quirúrgicos, enfermeras y otro personal en quirófano, ver perfectamente los tejidos, venas y otros órganos vitales.

La utilización del láser junto con las fibras ópticas, ha revolucionado las telecomunicaciones, permitiendo enviar por una fibra miles de conversaciones simultáneas

Las aplicaciones del láser son innumerables, pudiendo citar entre otras, el alineamiento, medida y control, procesado de materiales, aplicaciones en artes gráficas, comunicaciones, procesado de la información, Holografía e Interferometría, espectroscopia, medida de distancias, visión nocturna, medida de contaminación, separación de isótopos, fusión, otras aplicaciones militares y espectáculos como el cine, discotecas y conciertos de música.

Resumiendo, los láseres pueden ser desde muy baja a muy alta potencia dependiendo de la aplicación y pueden emitir radiación desde la región ultravioleta hasta la región de infrarrojos lejanos. La energía de estas radiaciones pueden causar lesiones oculares y cutáneas.

Los láseres suelen recibir el nombre del medio activo utilizado para generar la emisión, como argón, rubí y helio-neón. El nombre suele ser abreviado conforme al símbolo químico, como He-Ne en vez de helio-neón. El color de un haz de láser depende de las características del medio emisor. Por ejemplo el haz de argón es verde azulado y el haz de rubí es rojo.

Tipos de láser

Los medios activos más utilizados para la generación de emisión láser pueden ser deestado sólido, gas, semiconductor y colorante.

Láser de estado sólido
Los láseres de estado sólido están construidos con cristales sólidos como el neodimio, rubí o titanio-zafiro que se excitan con luz intensa. Un láser de titanio-zafiro emite luz sintonizable desde 690 nm a 1.100 nm. Láseres de este tipo se utilizan en la industria, medicina y aplicaciones científicas.

Láser de gas
En los láseres de este tipo el haz es producido en un gas o una mezcla de gases, como argón o helio-neón, que se excitan con una corriente eléctrica. El láser He-Ne es de helio y neón que en su versión más corriente, emite una luz roja de longitud de onda igual a 632,8 nm. Este tipo de láser es de baja potencia y se utiliza con frecuencia en centros de enseñanza. El láser de argón, es de media potencia y se emplea mucho en medicina y aplicaciones científicas.

Láser de semiconductor
Son láseres diminutos construidos con materiales sólidos denominados semiconductores. Emiten un haz fino cuando se excitan por una corriente eléctrica. Un ejemplo es el láser de Arseniuro de Galio, que emite luz IR de longitud de onda entorno a 800 nm. Este tipo de láseres se emplea sobre todos en equipos e instrumentos electrónicos y en sistemas de telecomunicaciones.

Láser de colorante
El medio activo en este tipo de láser es un colorante líquido, por ejemplo Rodamina. Se excitan normalmente con un láser de argón o lámparas de flash. El colorante absorbe la luz láser de excitación produciendo fluorescencia en un abanico de luz muy amplio cuya emisión láser se selecciona mediante la utilización de prismas u otros elementos ópticos. El rango de longitudes de onda es desde 400 nm hasta 1.000 nm. Se emplea en aplicaciones médicas y científicas.

Dependiendo del tiempo de funcionamiento se distinguen dos clases de láser: Láser continuo y Láser pulsado. Desde el punto de vista de los efectos, tanto físicos como biológicos, es imposible trazar una línea de separación precisa entre ambas clases. El láser continuo es capaz de emitir radiación de forma continua mientras en láser pulsado libera su energía en forma de pulsos. La diferencia entre ambos es el tiempo de duración de la emisión láser. De acuerdo con la Norma Europea EN 60825, la duración mínima de la emisión, para ser considerado continuo, es de 0,25 s, que es la duración del reflejo palpebral. (El reflejo palpebral es una característica del ojo humano consistente en el cubrimiento del ojo por el párpado en 0,25 s como consecuencia de un estímulo luminoso suficientemente intenso.)

La potencia de pico de un láser continuo es igual a su potencia media, mientras que en un láser pulsado, su potencia de pico es igual al cociente entre su potencia media y el producto de la anchura de pulso por la frecuencia de repetición. La potencia de pico, asi como la energia del pulso (Potencia de pico en vatios por anchura de pulso en segundos), son los parámetros más importantes desde el punto de vista de seguridad láser.

Clasificación de láseres (EN 60825)

Los productos láser se agrupan en cuatro clases generales para las que se especifican los límites de emisión admisibles (LEAs).

Cómo afecta la radiación al ojo humano

El cuadro muestra las distintas radiaciones con sus respectivos intervalos de longitud de onda y las lesiones que pueden causar al ojo humano.

Daños a los ojos de las radiaciones

La figura indica los efectos de las radiaciones sobre el ojo. La córnea es afectada por radiación ultravioleta - principalmente UV lejanos así como por IR medios. El cristalino se ve dañado por los efectos de UV cercanos y por los infrarrojos, principalmente medios. Otros tipos de radiaciones peligrosas no son absorbidos por la córnea o el cristalino, sino que se focalizan directamente en la retina. Este puede ser el caso de la luz visible (daño foto-químico) así como IR cercano. La retina tiene una capacidad muy limitada de cicatrización, incluso niveles bajos de energía pueden dañarla irreversiblemente. La radiación infrarroja puede actuar en conjunción con luz azul aumentando la posibilidad de daño foto-químico sobre la retina. Cuando el nivel de radiación es muy alto, si la temperatura de la córnea y el cristalino aumenta y su refrigeración mediante los vasos sanguíneos no es suficiente, los rayos infrarrojos pueden aumentar la posibilidad de daño de estos órganos por los rayos ultravioletas. Las enfermedades oftálmicas más comunes debido a estas radiaciones son queratitis, conjuntivitis y cataratas.

La queratitis es una inflamación de la córnea caracterizada por infiltración con matidez de la superficie y disminución de la transparencia. Sus síntomas son dolor, lagrimeo, fotofobia y disminución de la visión. Se distinguen tres variedades: superficial, profunda y úlcera de córnea. La conjuntivitis se produce cuando se inflama la conjuntiva, una delicada membrana que tapiza los párpados y cubre la porción anterior del globo ocular. Sus síntomas son el enrojecimiento por inyección vascular, molestias, secreciones diversas y fotofobia. Fotofobia significa "horror a la luz". Se trata de una sensación ocular desagradable que se experimenta bajo el efecto de la luz. Puede manifestarse en caso de cualquiera de las enfermedades oftálmicas externas como queratitis y conjuntivitis. Las cataratas se producen cuando el cristalino se vuelve opaco a causa de un proceso degenerativo de su tejido constitutivo. Se caracteriza por la aparición de una opacidad blanca o grisácea y por la disminución de visión o visión de puntos y manchas negras. En casos extremos puede conducir a la pérdida completa de visión.

Protección individual contra la radiación láser

Protectores oculares contra radiación láser deben ser utilizados por toda persona que permanezca en zonas donde se emplee un equipo láser. Los protectores han de ser adaptados al sistema de láser en uso. La no utilización de gafas de protección o la selección de unas gafas de protección inapropiadas para la aplicación específica puede causar una lesión ocular. Las gafas nunca deben utilizarse para la observación directa del haz láser.

La Norma Europea EN 207 se aplica a los filtros y protectores de los ojos utilizados contra la radiación láser en la banda espectral comprendida entre los 180 nm y 1 mm. Los filtros según esta norma permiten una atenuación de esta radiación de acuerdo con los valores especificados para los láseres de clase III y IV.

La Norma EN 208 se refiere a gafas de protección para los trabajos de ajuste de los láseres y los sistemas láser, en los que la radiación peligrosa producida en la banda espectral visible está comprendida entre los 400 nm y 700 nm. Los filtros, según esta norma, permiten una atenuación de esta radiación hasta los valores especificados para los láseres de clase II.

Protectores oculares contra sistemas láser deben aportar el grado de protección apropiado en la longitud específica de onda, con el fin de optimar la protección y transmitancia de luz necesaria para que el usuario pueda realizar su trabajo de manera segura y eficaz. La acción filtrante es la capacidad de un filtro óptico para atenuar la radiación óptica en un intervalo determinado de longitudes de onda.

Existen diversas condiciones de ensayo según que el tipo de láser sea continuo ó pulsado. Todos los filtros de protección láser deben ensayarse según la condición de ensayo para láser continuo. Si debe garantizarse una protección complementaria contra láseres pulsantes, los filtros y gafas de protección láser deberán ensayarse según las condiciones de ensayo de pulsado.

En la tabla se indica el factor espectral máximo de transmisión para las diferentes grados de protección. Estos valores no deberán ser sobrepasados por los filtros y protectores de los ojos ante una radiación láser de la (las) longitud(es) de onda para las(s) que garantizan protección. El factor de transmisión espectral de un filtro (para la longitud de onda) es la razón entre el flujo energético transmitido y el flujo incidente. (EN 207) .

Para determinar el filtro apropiado hay que responder a las siguientes preguntas.

¿Cual es la longitud de onda del sistema de láser?

¿Qué potencia ó energía produce el sistema?

¿Es necesario ver una parte del haz reflejado para la aplicación?

¿Cual es la anchura del pulso y la frecuencia de repetición?

¿Cual es el diámetro del haz? (para calcular la irradiancia media de la radiación láser)

¿Qué tipo de riesgos de radiación secundario están involucrados? (pe. corte de metal y soldadura)

¿Qué tipo de protector es necesario, por ejemplo gafas panorámicas a usar sobre gafas correctoras?

¿Hay otras consideraciones a tener en cuenta cuando el láser está funcionando?

Una vez determinado el filtro apropiado es importante asegurar que las gafas a elegir estén certificadas por la CE, asegurando así una mínima garantía de calidad. (R.D. 1407/1992)

Características gafas de protección contra la radiación láser

Como Equipo de Protección Individual, las gafas de protección contra radiaciones láser han de cumplir unas características generales. Entre ellas cabe destacar las siguientes:

• Las gafas no están previstas para proteger más que en caso de una exposición accidental
• El factor espectral de transmisión para las longitudes de onda láser no debe sobrepasar al factor espectral máximo de transmisión correspondiente al grado de protección indicado.
• El factor medio de transmisión en el visible de los filtros de protección láser debería ser el 20% como mínimo. Si resulta inferior, el fabricante ha de advertirlo en las instrucciones de uso y la iluminación del puesto de trabajo deberá aumentarse..
• Los filtros de protección láser no deben presentar defectos de masa ni superficie que puedan alterar su aptitud de uso, tales como burbujas, rayas, agujeros, marcas del molde y otros defectos debido a la fabricación
• Los filtros montados en las monturas no deben ser amovibles. Las monturas deben fabricarse de tal modo que impidan una penetración lateral accidental de la radiación láser
• Las monturas y los filtros no deben inflamarse, ni quedar incandescentes
• Las gafas deben permitir, en las direcciones horizontales y verticales, un campo de visión libre de 40º (ángulo lleno) como mínimo.
• De acuerdo con la Norma Europea EN 207, el marcado de las gafas de protección láser incluirá los parámetros más importantes relativos al tipo de laser, nivel de atenuación óptica y resistencia mecánica.

Ejemplo de marcado

- Tipos de láser
- Longitud(es) de onda o banda espectral en nm para la(s) que el filtro garantiza protección
- Grado de protección
- Identificación del fabricante
- Marca de certificación CE
- Código de resistencia mecánica

En unas gafas de protección de calidad óptima, los absorbentes desarrollados para los filtros son integrados en polímeros como aditivos disueltos de manera homogénea, para absorber eficazmente la energía láser que pueda causar lesiones oculares. La energía láser es absorbida a un nivel molecular y convertida en calor que luego se disipa sin riesgo alguno. No hay riesgos de reflexión nocivos creados por los filtros y no importa el ángulo de incidencia en que el haz alcanza al filtro, no hay pérdida de protección porque la energía láser es totalmente absorbida por el filtro. Gracias a que la protección está integrada en todo el filtro, arañazos en el superficie no afectan a la protección. Los filtros llevan una capa de recubrimiento superficial por ambos lados para proteger contra arañazos asegurando así una larga duración.

El material idóneo para las lentes es policarbonato ya que ofrece poco peso y buena resistencia contra impactos. Siendo de policarbonato no se astillarán durante o después de una exposición a un haz láser, o por una caída accidental. Los protectores laterales han de tener el mismo grado de protección que el filtro y es importante que las gafas proporcionen un amplio campo de visión. El confort es otro aspecto fundamental a tener en cuenta a la hora de seleccionar unas gafas de protección. Deben ser de peso ligero y proporcionar una ventilación óptima.

Existen gafas de protección de policarbonato que llevan incorporado un sistema de alerta audiovisual. (AVAS, Audio Visual Alert System) Si un filtro es alcanzado directamente o por un haz reflejado, este sistema alerta al usuario que el filtro está siendo impactado por el haz. Con este sistema, cuando un haz de un láser de alta potencia alcanza el filtro, suena un avisador acústico seguido por un oscurecimiento visual del filtro en el punto del contacto con el haz. Esto alerta al usuario de que debe abandonar la trayectoria del mismo.