LAZER KULLANILAN İŞYERLERİNDE Lazer Güvenliği Ve Risk Değerlendirmesi – MakinaTek Online Dergi
1.LAZERLERİN ÇALIŞMA PRENSİBİ VE LAZER ÇEŞİTLERİ
[kutusol=8950] 1.1 Çalışma Prensibi.
Lazer kelimesi aslen “LASER” olup “Light Amplification by the Stimulated Emission of Radiation” cümlesindeki kelimelerin baş haflerinden oluşan bir kelimedir. Türkçe karşılığı “uyarılmış yayılma ile ışık güçlendirilmesi” anlamındadır. Lazerler genel olarak, bir malzemenin atomlarının bir dış kaynak ile uyarılmasının ardından ortamda uyarılmış durumda bulunan atomların güçlü bir ışıma yapmasının sağlanması ilkesi ile çalışır.[kutusag=8951]
Lazer yapımındaki iki temel olay uyarılmış yayılma ve nüfus tersinimidir. Bir elektron daha düşük enerji seviyesine geçerken foton salar. Eğer uygun koşullarda elektronlar, fotonlar ile uyarılırsa daha düşük enerji seviyesine geçerken uyaran fotonla aynı faz ve yönde tekrar foton salarlar. Bir dış kaynak kullanılarak gerçekleştirilen bu “uyarılmış emisyon” olayı (Şekil 1) lazerin temel çalışma ilkesini oluşturur. Uyarılmış durumdaki atom nüfusu fazla olduğunda, foton salınımı da şiddetli olacaktır. Uyarılmamış bir atomda elektronlar temel seviyede olduğundan ve atom uyarılarak elektron nüfusu üst enerji seviyelerine taşındığından ters bir mekanizma işlemekte ve bu duruma nüfus tersinimi denmektedir.
Atomlar üst enerji seviyelerine elektron pompalama ile nüfuslandırılırlar. Lazerler oluşturulan bu nüfus terslenmesi sonucu foton yayarak çalışırlar. Etkileşim lazer kavitesi olarak da adlandırılan, katı, sıvı veya gaz halde bulunan malzeme ile doldurulmuş tüp içerisinde gerçekleşir. Kavitedeki malzemenin uyartımı, ortamdan elektrik akımı geçirilmesi, ortama kuvettli ışık verilmesi (Şekil 2) veya kimyasal bir yolla yapılabilmektedir. Uyartım sonucunda kararsız hale gelen atomlara çarpan fotonlar, daha fazla fotonun yayınlanmasına neden olur. Yeni fotonlar yansıtıcı yüzeylere çarparak daha fazla atomun uyartılmasına neden olur ve bu döngü devam eder.
Kaviteye yerleştirilmiş olan yansıtıcı aynalardan (Şekil 2) biri %100 yansıtıcı iken diğerinin yansıtıcılık oranı %98 civarındadır. Lazer çıkışı düşük yansıtıcılı ayna tarafında olur. Çıkan lazer ışını tek dalga boyu içerir ve tek renklidir. Bu özelliğe monokromatiklik adı verilir. Lazer [kutusol=8952] ışınında faz farkı yoktur, yüksek derecede yönelimlidir ve yaklaşık olarak Gaussyen bir dağılım sergiler. Kavitedeki malzemenin özeliğine göre lazer, helyum-neon lazeri, boya lazeri gibi isimler alır.
1.2 Lazer Çeşitleri ve Kullanım Alanları
Lazerler, ışınlanma şekillerine göre sürekli ve atımlı olarak sınıflandırılırken, kavitesine göre gaz, katı, sıvı lazerler olarak sınıflandırılırlar ve kavitesinde kullanılan malzemeye göre isimlendirilirler. Gelişen teknoloji ile birlikte binlerce çeşit lazer üretilmiş, farklı dalga boyları, darbe süresi, ışın niteliği, güç seçeneği elde edilmiştir. Atımlı lazerlerin üretilmesinde Q-Anahtarlama, Mod Kilitleme, Kavite Boşalması gibi yöntemler kullanılmıştır. Q-Anahtarlama en sade şekliyle aynaların hızlı bir şekilde döndürülerek yansıtıcı kısımlarının kısa bir süre devre dışı bırakılması, pompalama mekanizmasının daha yüksek şiddetli ve kesikli darbe üretmesine dayanır. Mod-Kilitleme ise lazer kavitesinde iki ayna arasında bulunan farklı frekanstaki elektromanyetik dalgaların fazlarının (modlar) sabit tutulmasıyla (mod-kilitleme) gerçekleştirilir. Bu olayın sonucunda kısa süreli periyodik darbe katarı üretilir.[kutusag=8953]
Kavite Boşalması yönteminde ise anahtara uygulanan gerilim ile ışığın polerize edilmesi sağlanırken enerji kavite içerisinde yapılandırılır, aynalardan biri değil anahtar kontrolü ile ışın çıkışı sağlanır. Lazerler günümüzde özellikle sanayi ve medikal uygulamalarda oldukça fazla kullanılmaktadır. Kullanıcı yeterliliği, güç parametreleri ve maddi kayıplar göz önüne alındığında lazer güvenliği sanayi için oldukça fazla önem arz etmektedir.
1.2.1 Sanayide kullanılan lazerler ve özellikleri
Sanayide en çok fiber, karbondioksit ve Nd: YAG lazeri kullanılmakta olup hepsi en tehlikeliler grubunda yer almaktadır. Lazerler sanayide en çok metallerde kaynak, kaplama delme, kesme ve markalama işlemleri için kullanılır (Şekil 4).
A. Fiber lazerler
Metaller tarafından soğurulur,
Dalga boyu 1 mikron (kızılaltı bölge) civarındadır,
kW mertebesinde güce sahiptir,
Ekonomik, uzun ömürlüdür,
Markalama, kesme, kazıma amaçlı kullanılır.
B. Karbondioksit lazerleri
Endüstride özellikle 2-12 kW’a kadar güç gerektiren uygulamalarda kullanılır,
Plastik, ağaç, kuvars, seramik ve cam işlemede tercih edilmektedir,
Dalga boyu 10.6 mikron civarındadır,
40KW mertebesinde güce sahiptir,
Kesme, delme, kaynak amaçlı kullanılır,
[kutusol=8954] C. Nd: YAG lazer (Neodyum katkılı Yitriyum-
Dalga boyu 1.06μm’dir,
1ms ile 50 ms arasında değişen lazer atımları üretebilir,
Optik fiber kullanılarak istenilen noktaya taşınır,
Seramiklerde de kullanılabilir.
1.2.2. Dünyada lazer kullanımı
2015 verilerine göre dünya genelinde lazerlere yaklaşık 10 Milyar dolarlık bir harcama yapılmaktadır.
Bu harcamaların yaklaşık 4 Milyar dolarlık büyük bir kısmı malzeme işlemeye (sanayi uygulamalarına) yapılmaktadır (Şekil 4). Sanayi uygulamalarında lazer kullanımı ve harcamaları her geçen yıl artmaktadır.
2. LAZER GÜVENLİĞİ
Lazer güvenliğinin temeli ilk defa 1973’li yıllarda American National Standard Institute’ün, Lazerlerin Güvenli Kullanım Standartlarını (ANSI Z136.1) yayınlaması ile atılmıştır. Daha sonra lazer kullanımı ve güvenliği konusunda Uluslararası Elektroteknik Birliği (The International Electrotechnical Commission) IEC 825 standardı getirmiştir. Şu an dünyada ANSI Z131 ve IEC 825 standartlı kullanılmakta olup ülkemizde böyle bir çalışma henüz yapılmamıştır. Fakat dünya çapında lazer standartlarının düzenlenmesi sonucunda çalışma güvenliğinin sağlanması amacıyla lazerler çeşitli tehlike sınıflarına ayrılmıştır.
[kutusol=8955] 2.1 Lazerlerin tehlike sınıflandırması
İş sözleşmesinin işverene yüklediği temel edimlerden birisi de işçiyi gözetme borcudur. İş güvenliği önlemlerin alınması gözetme borcuna dahildir. Lazerle çalışmalarda gerekli iş güvenliği önlemleri alınmadığında, iş kaybı yaşanabilmekte, işçiye ödenen tazminatlar ile birlikte işveren açısından büyük maddi zararlar doğmakta, ayrıca işçi güvenliği ve sağlığı tehlikeye atılabilmektedir. Lazer cihazları üzerindeki tehlike işaretleri (şekil 6) ve standardizasyonun önemli bir getirisi olan tehlike sınıfları düzenlemesi lazer güvenliğinin sağlanmasında yol gösterici olmaktadır. [kutusag=8956]
Sınıf 1 (Class 1): Normal çalışma koşullarında zarar verici ışın yaymayan ve kapalı sistemler içinde de kullanılan lazerlerdir. Ör: Lazer yazıcı
Sınıf 1M (Class 1M): Işınlara optik aletlerle (teleskop, büyüteç vb.) bakılmadığı sürece normal çalışma koşullarında zarar verici ışın yaymayan lazerlerdir.
Sınıf 2 (Class 2): Görülebilir dalga boyunda (400-700 nm) ışın yayan 1mW gücündeki lazerlerdir. Uzun süre direkt ışına maruz kalınmadığı sürece göz refleksi (0.25 s) potansiyel zararlardan gözü korur. Ör: Helyum-Neon, Lazer pointer (Düşük Güçlü Lazer)
Sınıf 2M (Class 2M): Görülebilir dalga boyunda (400-700 nm) ışın yayan 1mW’den düşük güce sahip lazerlerdir. Çıplak gözle bakıldığında göz refleksi potansiyel zararlardan gözü korur ancak optik aletlerle (teleskop, büyüteç vb.) bakıldığında göze zararlı olabilir. (Düşük Güçlü Lazer)
Sınıf 3R (Class 3R): 1,0- 5,0 mW gücündeki lazerlerdir. Normal şartlarda hasara sebebiyet verme olasılığı düşüktür ancak direkt ve düzgün yansımalar doğrudan göze geldiğinde zararlı olabilir. Yangın tehlikesi yoktur. (Orta Güçlü Lazer)
Sınıf 3A (Class 3A): Görünür bölgede ışınım yapar. Optik gereçlerle odaklanmadığı sürece 2. Sınıf lazerler gibi göz reflekslerinin aktif olmasından dolayı, zararsızdır.
Sınıf 3B (Class 3B): 5 – 500 mW arası orta güce sahip lazerlerdir. Doğrudan ışın demetine veya düzgün yansımalara maruz kalındığında zararlıdır. Dağınık yansıma oluşturmazlar. (Orta Güçlü Lazer)
Sınıf 4 (Class 4): 500 mW üzeri güce sahip lazerlerdir. Işın demetlerinin direkt veya dağınık yansımaları göze ve deriye zarar verir. Potansiyel yangın tehlikesi vardır. (Yüksek Güçlü lazer)
2.2 Lazerler ve Gözümüz
Lazerler çeşitli dalga boylarında ışın yayınlar. Bu çok çeşitli dalga boylarının gözde meydana getirdiği patolojik etkiler kornea iltihabı, katarakt, retinal zararlar hatta korneal yanmalar şeklinde gerçekleşebilmektedir (Şekil 8).
Korneal tabakada yanma olarak bilinen foto-keratit, ultraviole (UV) ışın çıkışının olduğu çalışmalarda, gözde yanma batma hissinin oluşturmasıyla belirti vermekte, maruz kalma süresine bağlı olarak, kalıcı hasar bırakabilmektedir. Termal retinal zedelenmeler, görme sırasında ani ışık çakmaları ve uçuşan cisimlerin belirmesi ile kendini gösterir. Lazer etkisi ile katarak oluşumu fotokimyasal bozunma sonucu göz lensinin saydamlığını yitirmesidir. Çift, bulanık görme, renkleri seçmekte zorlanma gibi belirtileri vardır.
2.3 Lazerler ve Cildimiz
Dokuda oluşan ısıl haraplamanın dağılımı ve derecesi, dokunun içinde depolanan ısının yerleşimine, lazer enerjisinin depolanması ise, uygulama süresi, dalgaboyu, güç yoğunluğu, lazer ışınının uygulama yüzeyindeki demet çapı ve atım frekansı gibi lazer parametrelerine, dokunun optik özelliklerine ve ısıl özelliklerine bağlıdır. 37-50C civarı sıcaklık altında doku haraplanması hipertemi olarak adlandırılır. 60C’den sonra Koagülasyon, yani kanın pıhtılaşması gerçekleşir. 100-150C aralığında lazerin su molekülleri tarafından hızlıca emilmesi sonucunda dokunun buharlaşması gerçekleşir. 200C’den yüksek sıcaklıklarda doku yanarak kömürleşir ve bu durum karbonizasyon olarak adlandırılır. [kutusol=8957] Protein ve kollejen denatürasyonu gerçekleşir. Dokuda, 300C’den yüksek sıcaklıkta erime meydana gelir.
Lazere maruz kalınma türüne göre mor ötesi bölgede 200-280 nm dalga boyu aralığında kızarıklık, hızlı yaşlanma, cilt kanseri, 280-315nm aralığında pigmentasyon artışı, 315-400nm aralığında ciltte pigment artışına bağlı kararma ve yanık, görünür bölgede 400-780nm dalga boyu aralığında ciltte yanık ve kararma, kızılaltı bölgede 780-1000nm aralığında cilt yanığı gözlenen belli başlı biyolojik etkilerdir. Işıma gücünün 109 W/cm2 aştığı durumda ise kimyasal bağların kırılması veya atomik yapının bozulması ile çok kısa sürede bile foto-parçalanma, plazma oluşumu gibi etkiler gözlemlenir.[kutusag=8958]
3. LAZERLE ÇALIŞMA VE RİSK FAKTÖRLERİ
Lazer çalışmalarında risk faktörlerini ışın kaynaklı ve ışın kaynaklı olmayan dolaylı riskler olmak üzere ikiye ayırabiliriz. Işın kaynaklı riskler yüksek şiddetli lazer ışının sebep olduğu göz ve çeşitli doku yaralanmaları gibi biyolojik etkilerdir. Dolaylı riskler olarak ise malzemeye lazer uygulanması sonucu lazer ışınının herhangi bir yanıcı maddeye odaklanması ile yangın tehlikesi, işlem sırasında zehirli gaz çıkışının solunması, yüksek basınçlı gazlarla çalışılması ve muhafazasının yapılamaması, boya lazerlerinde kullanılan toksik maddelere temas, lazer donanımlarının veya lazerle yapılan işlemin yarattığı X-ışını gibi ikincil radyasyon etkileri, lazer güç kaynaklarında yüksek gerilimin kullanılması ve olası elektrik kaçakları, yıpranmış kablolar sayılabilir.
Işınsal risklerden korunmak için özel olarak tasarlanmış gözlükler mutlaka kullanılmalı, cildi yanmaktan koruyacak yanmaz kumaşlardan yapılmış giysiler giyilmelidir. Kişisel korunma donanımlarının kullanımı teşvik edilmelidir. Dolaylı risklerden biri olan yangın tehlikesine karşı, çalışma alanı ışığı soğuran siyah perde ile çevrilerek lazerin ortamdan çıkışı engellenmelidir. Polimer, metal vb. malzemenin lazerle işlenmesinden sonra açığa çıkan toksik gazların, insan sağlığını etkilemeyecek sınırda tutulması için havalandırma sistemiyle uzaklaştırılması, çalışanların maske kullanması gereklidir. Lazer uygulaması sırasında kullanılan flor, klor vb. gazların muhafazası dikkatlice yapılmalı, kullanılan gaz, ilgili iş güvenliği mevzuatı incelenerek, kullanım koşulları mevzuata uygun hale getirilmelidir. Lazerde güç [kutusol=8959] kaynaklarının yüksek gerilim değerlerini tüketmesi yüzünden bakım ve onarım işlemleri dikkatlice yapılmalı, bu alanlara uzman personel dışında girişler engellenmeli, ortam statik elektriğin oluşmasını engelleyecek kadar nemlendirilmeli fakat yüksek gerilim atlamasının gerçekleşmesini engelleyecek düzeyde iklimlendirme yapılmalıdır. Ergonomi esaslı çalışma düzeni izlenmeli, ayakta uzun süre kalınmamalıdır.
3.1 Kişisel Korunma Donanımları
Lazerlerden çok pratik bir şekilde gözümüzü ve derimizi koruyabiliriz. 3b ve 4 Sınıfı lazer ile çalışırken direkt ve yansıyan ışından korunmak için koruyucu gözlük takmak gereklidir.
Gözlük üzerinde dalga boyu ve OD (optik yoğunluk) bilgisi yazılı olmalıdır. Kullanılan gözlük göze ulaşabilecek ışının dalga boyuna özgü koruma sağlanmalıdır. Kullanılacak gözlük rahat ve kullanışlı olmalı, kenarlardan lazer ışını sızdırmamalıdır. Derimizi ise uygun bir eldiven ve giysi ile koruyabiliriz.[kutusag=8960]
4. LAZER GÜVENLİĞİ YÖNETİMİ
4.1 Bireysel Yönetim
Bireyler, ışın yollarını, göz seviyesinden aşağıda veya yukarıda konumlandırılmalıdır. Lazer ışın demetleri veya optik yolları yönü kapıya ve pencereye dönük olmamalıdır. Camlar, pencereler opak materyallerle kaplanmalıdır. Lazer ışın demetine ve yansımalarına doğrudan bakmaktan kaçınılmalıdır. Gücü ne kadar düşük olursa olsun ışın demetlerinin göze gelmesinden her durumda kaçınılmalıdır. Işın demetlerine veya yansımalara maruz kalmamak için koruyucu bariyer, zırh veya kapalı kabin sistemleri kullanılmalıdır.
Lazer cihazı kapalı bir odada çalıştırılıyorsa, odanın kapısı kapalı tutulmalı ve kapı üzerine uyarıcı bir levha asılmalıdır. Lazerin kullanıldığı odada ayna veya lazer cihazının ürettiği dalga boyunda yansıtıcı olabilecek bir yüzey bulunmamalıdır. Çalışmaya başlamadan önce saat, yüzük, bilezik veya küpe gibi ışığı yansıtabilecek takı ve aksesuarları çıkarılmalıdır. Sadece gerekli eğitimi almış yetkili kişiler tarafından lazer kullanılmalıdır.
4.2 Uzman Yönetimi
[kutusol=8961] Sınıf 3b ve 4 lazer cihazlarının otomatik kilidi (interlock) olmalıdır. Kapak açılmasına karşı otomatik lazer kapatma sistemi devreye girmelidir. Sınıf 3b ve 4 lazer cihazları için lazer ünitesinde harici anahtar bulunmalıdır. Yüksek güçlü lazerlerin (Sınıf 3b ve 4) bulunduğu ortamın kapısı veya lazer cihazının kapağı, lazer cihazı çalışırken açılıyorsa, cihazın ürettiği lazer ışın demetini kesen sisteme sahip olmalıdır. Sınıf 3b ve 4 lazer cihazlarında çalışma göze zararlı ışın gelmeyecek şekilde yerleştirilmiş görüş portalından izlenmelidir. Sınıf 2,3 ve 4 lazerlerde ışımaya maruz kalmamak için ışın demetleri kapalı sistem içine alınabilir, demet durdurucu ve zayıflatıcılar kullanılabilir.
4.3 İdari Yönetim
Her sınıfa (2,3,4 için) uygun uyarı işaretleri işyeri kapılarında veya cihazın bulunduğu alanda asılı olmalıdır. Lazer sistemi ile ilgili kurulum, kullanma, bakım ve temizlik ile ilgili prosedürler hazırlanmalıdır. Göz ve cilt koruması için gerekli kişisel koruyucu donanımlar giyilmelidir. Lazer odasının kapısı daima kilitli tutulmalıdır. Başka çalışmaların da yapıldığı ortak alanlarda kişilerin lazer alanından geçmeyeceği şekilde alan planlaması yapılmalıdır. Herhangi bir yaralanmaya veya acil duruma karşı çalışma ortamında tek kişi çalışılmamalıdır. Çalışmaya başlamadan önce veya bir kaza durumunda göz muayenesine gidilmelidir.
Dünyada oluşturulmuş lazer güvenlik standartlarının ülkemizde işler hale gelebilmesi için devletimizin yürüttüğü iş güvenliği ile ilgili yasalara lazer güvenliği de ilave edilmeli ve gerekli yaptırımlar kanunsal çerçevede hazırlanmalıdır. Ayrıca iş güvenliği uzmanlarının konuya ağırlık vermesi, çalışanların, iş verenlerin ve diğer uzmanların bir araya gelmesi ile konuyla ilgili farkındalığın topluma kazandandırması gereklidir.
[kutusag=8962] Lazerle çalışmalarda mutlaka hatırlanması gereken birkaç altın kural vardır. Lazer ışınına direk bakılmamalıdır. Mümkünse lazerin bulunduğu ortamın ışıklarını açık bırakılmalı, takılar çıkartılmalı, lüzumsuz vida, kerpeten gibi yansıtıcı yüzeyler ortamdan uzaklaştırılmalıdır. Optik bileşenler (ayna, mercek vs.) sıkıca tutturulmalı, başıboş ışınlar bir mat ile sonlandırılmalı, lazer ışını mümkün olduğu kadar yatay tutulmalı, baş bölgesi lazer ışınından yüksek tutulmalı, dolaylı tehlikelere karşı temkinli olunmalı, optik bileşenlerin yansıtıcı, soğurucu ve geçirgen olduğu hatırlanmalıdır.
Sanayi uygulamalarında kullanılan lazerlerin birçoğu göz ile görülmez. Unutmayalım ki: Gözümüzle bir şey görmüyorsak orada herhangi bir şey olmadığı anlamına gelmez.
KOCAELİ ÜNİVERSİTESİ- LAZER TEKNOLOJİLERİ ARAŞTIRMA ve UYGULAMA MERKEZİ (LATARUM)
Merkezimiz 2005 yılında kurulmuş ve merkezimizde lazer teknojileri konularında güncel çözümler üretilmekte, eğitimler verilmekte ve araştırmalar yapılmaktadır.
Lazerlerin tanımı ve çalışma prensibi, görseller, https://en.wikipedia.org/wiki/Laser,
Kurallar, görseller http://sti.epfl.ch/files/content/sites/sti/files/shared/security/Newsletter/Laser_Safety_Ganiere.pdf,
Kurallar ve görseller, http://www.yildiz.edu.tr/~oscer/D1.pg/dersnotlari/lazdf,
Lazer doku etkileşimi, Lazer güvenliği, Biyomedikal Mühendisliğinin Temelleri, Ed. by M.H. Asyalı and et al. Ch. 17, Nobel Yayınevi, ISBN: 9786051339436
E. Kayahan, Lazer Kullanılan İş Yerlerinde Risk Değerlendirmesi, III. İş sağlığı ve güvenliği sempozyumu 2016, Ankara,
Standartlar, USA ve Avrupa standartları, https://www.lia.org/store/laser-safety-standards/ansi-z136-standards,
Işık kaynakları, görseller, http://www.olympusmicro.com/primer/lightandcolor/lightsourcesintro.html,
Lazer sınıflandırması, http://fens.sabanciuniv.edu/sites/fens.sabanciuniv.edu/files/lab-safety/manuals/laser-safety-manual-tr.pdf,
Barat, Ken. 2013 Laser safety ın the lab, Bellingham, Washington USA,
Henderson Roy, Schulmeister Karl, 2004, Laser Safety, Taylor & Francis Group, Newyork, London,