حماية سلامة الليزر في مختبرات الأبحاث العلمية

فهم تصنيف مخاطر الليزر وتحديد أولويات المخاطر

إطارا ANSI Z136.1 وIEC 60825: المبادئ الأساسية لمختبرات البحث

تتمثل معايير السلامة من الليزر في بيئات البحث بشكل رئيسي في الإرشادات الواردة في المعيارين ANSI Z136.1 وIEC 60825. وتُصنِّف هذه اللوائح أجهزة الليزر إلى أربع مستويات مختلفة من الخطورة، وذلك تبعًا لحدود الانبعاثات المسموح بها (AEL) وللحد الأقصى المسموح به للتعرُّض الآمن (MPE). وعادةً ما تتعامل المختبرات مع أجهزة ليزر من الفئة 1، التي لا تمثِّل خطرًا كبيرًا في الظروف العادية؛ أما أجهزة الليزر من الفئة 4 فهي تشكِّل خطورة جسيمة. إذ يمكن لهذه الأجهزة عالية القدرة أن تسبب ضررًا دائمًا للعين، أو حروقًا في أنسجة الجلد، بل وقد تؤدي إلى اشتعال الحرائق، وبالتالي تتطلب إجراءات تحكُّم صارمة. وللحفاظ على الامتثال لهذه المتطلبات، يجب على الباحثين تركيب معدات السلامة المناسبة المُصمَّمة خصيصًا لمدى أطوال الموجات المستخدمة، وبخاصة بالنسبة لأجهزة الليزر من الفئتين 3B و4، حيث يُعدُّ إغلاق مسار الشعاع أمرًا بالغ الأهمية. كما يدخل حساب المسافة الاسمية الخطرة على العين (NOHD) وتوثيقها ضمن المهام الروتينية أيضًا. ويجب إجراء التقييمات الرسمية للمخاطر المحتملة مرة واحدة على الأقل كل سنة أو سنتين. وكل هذه الخطوات تساعد في الحفاظ على تحديث بروتوكولات السلامة في المختبر تماشيًا مع تغيُّر التجارب مع مرور الزمن، وهو ما يشكِّل في النهاية الأساس لممارسات السلامة الجيدة من الليزر في معظم المرافق البحثية.

لماذا تؤدي الليزرات من الفئة 3B إلى معدلات حوادث غير متناسبة في البيئات الأكاديمية

تشكل الليزرات من الفئة 3B (بقدرة تتراوح بين ٥–٥٠٠ مللي واط بتيار مستمر) أكثر من ٦٠٪ من الحوادث المُسجَّلة في المختبرات الأكاديمية، على الرغم من أن حجمها لا يتجاوز ٣٠٪ من إجمالي الأنظمة المُركَّبة. ويُعزى هذا الخلل إلى ثلاثة عوامل مترابطة:

• عدم التوافق بين سهولة الوصول والخطورة : تتيح قدرتها المعتدلة استخدامًا واسع النطاق في التجارب، لكنها في الوقت نفسه تزود بالطاقة الكافية لتسبب ضررًا فوريًّا في الشبكية عند التعرُّض المباشر أو الانعكاسي اللماع
• فجوات التدريب : يؤدي ارتفاع معدل دوران الباحثين الطلاب غالبًا إلى نقصٍ في التدريب المُراقب الكافي على إجراءات المحاذاة والتعرُّف على المخاطر
• نقاط الضعف في أنظمة القفل التلقائي (Interlock) : إن التفافات مؤقتة كثيرة — تُطبَّق عمداً لدعم بروتوكولات التطوير السريع أو التشخيص — تُضعِف الضوابط الهندسية المصمَّمة أصلاً لضمان السلامة

وجدت مراجعة جامعية مشتركة أُجريت عام 2023 أن وحدات الفئة 3B شهدت عددًا من حوادث تجاوز القفل التلقائي يفوق بثلاثة أضعاف ما شهدته أنظمة الفئة 4. وللتعامل مع هذه المسألة، فرضت المؤسسات الرائدة الآن التحقق من كثافة الامتصاص الضوئي (OD) قبل محاذاة الحزمة، كما تفرض بروتوكولات التصريح بالدخول إلى منطقة الليزر الخاضعة للتحكم (LCA)، والتي تتطلب موافقة مسؤول السلامة من الليزر (LSO) قبل السماح بالوصول إلى النظام.

ضوابط هندسية: التصميم، والتحقق من الصحة، والموثوقية في الاستخدام العملي

أغلفة الحزمة، وأجهزة القفل التلقائي، والحواجز الدائمة: مقاييس التصميم الأساسية وفحوصات الامتثال

تتلخّص ضوابط الهندسة الجيدة فعليًّا في مواصفات التصميم المتينة والفحوصات الدورية التي تضمن أن كل شيء ما زال يعمل بشكل سليم. أما بالنسبة إلى غُرف حصر الحزمة (Beam Enclosures)، فيجب أن تحجب أطوال الموجات المستهدفة بنسبة لا تقل عن ٩٩,٩٪ من الوقت، ما يعادل كثافة بصرية (Optical Density) تبلغ ٣ أو أكثر. وتعتبر أنظمة القفل التلقائي (Interlock Systems) بالغة الأهمية أيضًا. فهذه الدوائر الأمنية يجب أن توقف انبعاثات الليزر خلال نصف ثانية إذا فُتح الغلاف المحيط بالجهاز فجأةً. ويتحدد معيار الامتثال عمليًّا بناءً على ثلاثة عوامل رئيسية: أولًا، مدى مقاومة الحواجز لاختبارات الاختراق عند طاقة تبلغ ١٠ جول لكل سنتيمتر مربع بالنسبة لأجهزة الليزر من الفئة الرابعة (Class 4 Lasers). ثانيًا، يجب أن تصل موثوقية استجابات نظام القفل التلقائي إلى نحو ٩٩,٩٥٪ من النجاح أثناء الاختبارات. وثالثًا، يجب أن تحتفظ المواد المستخدمة في المكونات البصرية بكفاءتها لمدة لا تقل عن عقدٍ من الزمن، حتى عند تعرضها للضوء فوق البنفسجي (UV) مع مرور الوقت. وفي الواقع، فإن معظم المشكلات التي نراها تنجم عن إهمال المهندسين للفجوات الحرارية الضئيلة بين أجزاء الغلاف أو تركيب ريلاي رخيصة وغير ذاتية الإقفال (Non-latching Relays) بدلًا من الريليهات المناسبة. ووفق دراسة نُشرت العام الماضي في مجلة «تطبيقات الليزر» (Journal of Laser Applications)، فإن هذه الأخطاء البسيطة تشكّل سببًا لما يقارب أربعة من أصل كل عشرة حوادث تقع في مختبرات الجامعات. أما فيما يخص فحوصات الصيانة الفصلية، فيقوم الفنيون عادةً بتشغيل مقاييس القدرة المعايرة خلف جميع الحواجز الواقية، كما يجرون اختبارًا شاملاً لكل سيناريو محتمل للفشل في نظام القفل التلقائي للتأكد من عدم وجود أي ثغرة تُهمَل.

تحليل تجاوز القفل التبادلي: الدروس المستفادة من الحوادث التي وقعت في مختبرات الجامعات (2020–2023)

إن مراجعة تقارير الحوادث الجامعية بين عامَي 2020 و2023 تُظهر أننا ما زلنا نواجه مشكلاتٍ تتعلَّق بتشويش الأشخاص على ضوابط السلامة في المنشآت الهندسية. وبالنسبة إصابات الليزر الخطرة من الفئة 3B/4، فإن نحو 6 من أصل 10 حالات حدثت بسبب قيام أشخاصٍ بإلغاء القفل الأمني دون تصريح. وفي الغالب، لجأ الأشخاص إلى حيلٍ بسيطة مثل تثبيت مغناطيسات على أجهزة القفل أو لصق شريط لاصق على أجزائها أو حتى إعادة برمجة البرمجيات الثابتة (Firmware) فقط كي يتمكّنوا من مواصلة العمل دون توقُّف. ويبدو أن هناك ثلاث مشكلات رئيسية تسبِّب هذه الظواهر: أولاً، إن العديد من المختبرات تقتصر على إجراء التدريب على السلامة مرة واحدة سنويًّا، بدلًا من إجرائه كل ثلاثة أشهر وفق التوصية. ثانيًا، فإن معظم المرافق لا تستخدم سدادات مقاومة للعبث (Tamper-proof Seals) على معداتها. وثالثًا، تُهمَل أجهزة الاستشعار حتى تتعطل تمامًا. ومن المثير للاهتمام أن أقسام الفيزياء سجَّلت عدد حوادث الإلغاء (Bypass Incidents) الذي بلغ نحو ثلاثة أضعاف العدد المسجَّل في المختبرات الهندسية، مما يشير إلى أن التعامل مع قواعد السلامة يختلف من قسمٍ إلى آخر اعتمادًا على الثقافة السائدة في كل قسم. ولإيجاد حلٍّ لهذه المشكلات، بدأت الجامعات في تركيب كواشف مغناطيسية مباشرةً داخل أنظمة الأقفال، كما فرضت ضرورة موافقة المشرفين على أي تعديلات تُجرى أثناء أعمال الصيانة.

الحماية من مخاطر الليزر باستخدام معدات الحماية الشخصية: الاختيار، والتحقق، وإدارة دورة الحياة

حسابات معامل التخفيض (OD) المحددة حسب الطول الموجي وأخطاء الاختيار الحرجة للنظارات الواقية

الحصول على حماية مناسبة للعين من أشعة الليزر يتطلب إجراء حسابات دقيقة لكثافة الترشيح البصري (OD)، وهي مقياسٌ يُظهر كمية الضوء التي تمنعها العدسات فعليًّا. ومن الأخطاء الشائعة التي يرتكبها الأشخاص اختيار نظارات واقية لا تتطابق مع طول موجة الليزر المستخدم. فعلى سبيل المثال، استخدام مرشحات مصمَّمة لطول موجي قدره 1064 نانومتر أثناء العمل مع ليزر طول موجته 532 نانومتر يؤدي إلى خفض مستوى الحماية الفعلي بنسبة تقارب ٩٠٪. كما أن افتراض الشخص أنه يتمتع بمستوى كافٍ من الحماية بينما يحتاج في الواقع إلى تقييم أعلى لكثافة الترشيح البصري (OD) يرفع المخاطر بشكل كبير. فالليزر من الفئة الرابعة (Class 4) ذي القدرة ٥٠٠ مليواط يحتاج عادةً إلى كثافة ترشيح بصري تساوي ٧ أو أكثر، بينما تعمل أنظمة الليزر من الفئة الثالثة-ب (Class 3B) بشكل كافٍ مع كثافة ترشيح تتراوح بين ٣ و٥. وكثيرًا ما يغفل الأشخاص عن الأطوال الموجية الإضافية التي قد يطلقها بعض الليزرات، أو يتجاهلون التغير في فعالية المرشح باختلاف زاوية الرؤية. أما التحقق المنتظم من مستويات كثافة الترشيح البصري باستخدام أجهزة قياس القدرة عالية الجودة، فهو ليس مجرد إجراء موصى به بل هو إجراء ضروري. وقد أظهرت عمليات فحص السلامة الحديثة في المختبرات أن نحو ثلث النظارات الواقية المستخدمة لم تكن تفي بمعايير الحماية المُعلَّنة لها.

بروتوكولات الفحص وحدود التدهور لواقيات العين الليزرية

تساعد الفحوصات الدورية والإدارة السليمة لنظارات السلامة طوال فترة استخدامها في تجنّب المواقف التي قد يُعطي فيها المعدات التالفة للمستخدمين شعورًا كاذبًا بالحماية. ويجب إجراء فحوصات بصرية شهرية، مع الانتباه إلى أي خدوش عمقها أكثر من نصف ملليمتر، أو أي تقشّر عند الحواف، أو بدء باهت علامات المؤشر — وكلها علامات تدل على ضرورة استبدال النظارات فورًا. أما بالنسبة للاختبارات الكمية لكثافة الترشيح الضوئي (OD)، فيجب على الشركات إجراء هذه الفحوصات كل ستة أشهر باستخدام أجهزة مطياف الضوء (Spectrophotometer) للتأكد من أن الخصائص الواقية لم تنخفض دون المستويات المقبولة. وأي قياس يقل عن ٨٠٪ من قيمة كثافة الترشيح الضوئي الأصلية لا ينبغي إطلاقًا الاستمرار في استخدامه. وتقترح معظم الشركات المصنِّعة استبدال النظارات الواقية ما بين سنتين وثلاث سنوات، وذلك لأن المواد تميل إلى التحلل والتدهور مع مرور الوقت. ومع ذلك، فقد يحتاج العاملون في البيئات شديدة الازدحام إلى استبدال نظارات السلامة الخاصة بهم قبل هذا الموعد. ومن أبرز علامات التآكل والاستهلاك التي تم توثيقها حتى الآن:

الالتزام بهذه الحدود يمنع تداول معدات الحماية الشخصية المتدهورة، وهي عامل مساهم في ٢٨٪ من الحوادث الأكاديمية المتعلقة بالليزر (معهد الليزر، ٢٠٢٢).

الضمانات الإدارية والمكانية: إنشاء مناطق خاضعة للتحكم بالليزر بشكل فعّال

المناطق الخاضعة للتحكم بالليزر، أو LCAs، هي مناطق سلامة حاسمة تُحتاج في المختبرات التي تعمل بأشعة الليزر من الفئة 3B أو الفئة 4، لأن هذه الأشعة عالية القدرة قد تسبب أضرارًا جسيمة في العين أو حروقًا جلدية إذا اقترب شخصٌ منها دون حماية كافية. وتضم هذه المناطق حواجز مادية مثل الجدران المغطاة بمواد غير عاكسة، والأبواب التي تُقفل تلقائيًّا عند تشغيل الليزر، ونقاط الدخول المصمَّمة خصيصًا لحجب الأشعة المتناثرة. وترافق هذه الحمايات المادية قواعد إدارية هامة: فيجب على المختبرات عرض لافتات وفق معايير ANSI Z136، والاحتفاظ بسجلات تثبت أن الموظفين أكملوا التدريب المطلوب، وإنشاء أنظمة للتحكم في الوصول تديرها مسؤولو السلامة من الليزر المعينون، الذين يضمنون دخولَ الأشخاص المدربين فقط أثناء التشغيل. كما تساعد تعليمات العمل القياسية، والإبلاغ الفوري عند حدوث أي خلل، وطرق تقليل الانعكاسات جميعها في الوقاية من الأخطاء والحوادث. وتُظهر الدراسات أن المختبرات التي تتبع بروتوكولات LCAs شاملة تسجِّل انخفاضًا في الإصابات بنسبة تقارب ٣٥٪ مقارنةً بالأماكن التي تعتمد فقط على ضوابط المعدات الأساسية دون هذه الطبقات الإضافية من السلامة.

الأسئلة الشائعة

ما هي الإرشادات الرئيسية المتعلقة بالسلامة عند استخدام الليزر في المختبرات البحثية؟

تستند الإرشادات أساسًا إلى معايير ANSI Z136.1 وIEC 60825، والتي تصنّف أجهزة الليزر إلى أربعة مستويات من الخطورة بناءً على حدود إشعاعها والعتبات الآمنة للتعرُّض لها.

لماذا تسجّل أجهزة الليزر من الفئة 3B معدل حوادث مرتفعًا؟

تسجّل أجهزة الليزر من الفئة 3B معدل حوادث غير متناسب بسبب عدم التوازن بين سهولة الوصول إليها وخطورتها، ووجود فجوات في التدريب، وضعف أنظمة القفل التلقائي (Interlock).

ما مدى تكرار إجراء التقييمات الأمنية للمخاطر الناتجة عن الليزر؟

يجب إجراء التقييمات الأمنية للمخاطر المحتملة الناتجة عن الليزر رسميًّا مرة واحدة على الأقل كل سنة أو سنتين.

ما العوامل التي تؤثر في موثوقية الضوابط الهندسية الخاصة بأجهزة الليزر؟

يمكن أن تتأثر موثوقية الضوابط الهندسية بعدة عوامل، منها مدى قدرة الحواجز على مقاومة اختبارات الاختراق، ومدى موثوقية نظام القفل التلقائي (Interlock)، واستدامة المواد المستخدمة في المكونات البصرية.

كيف يمكن للمختبرات منع حوادث تجاوز نظام القفل التلقائي (Interlock)؟

يمكن للمختبرات منع حوادث تجاوز أنظمة القفل التبادلي من خلال التدريب الدوري على السلامة، وتركيب أختام مقاومة للتلاعب على المعدات، وإدماج كواشف مغناطيسية في أنظمة القفل.

ما هي الفترات الموصى بها لفحص واقيات العين من الليزر؟

يُوصى بإجراء فحوصات بصرية شهرية لواقيات العين من الليزر، مع إجراء فحوصات كمية لكثافة الامتصاص البصري كل ستة أشهر.

ما هي المناطق الخاضعة للتحكم بالليزر (LCAs)؟

المناطق الخاضعة للتحكم بالليزر (LCAs) هي مناطق سلامة مُخصصة في المختبرات التي تستخدم ليزرات من الفئة 3B أو الفئة 4، وتجمع بين الحواجز المادية والقواعد الإدارية لمنع وقوع الحوادث الناجمة عن حزم الليزر عالية القدرة.