حماية السلامة من الليزر في عمليات وسم الليزر

فهم مخاطر الليزر من خلال التصنيف وتقييم المخاطر

فئات الليزر: ثاني أكسيد الكربون، والألياف، والليزر فوق البنفسجي، والمخاطر الخاصة بكلٍّ منها في عمليات الوسم الصناعي

تُصنَّف أنظمة الوسم بالليزر المستخدمة في الصناعة وفقًا لمستوى خطورتها، وهو ما يعتمد على طريقة انبعاثها للضوء والنوع الذي قد تسببه من تأثيرات بيولوجية. وعادةً ما تقع الليزرات ذات غاز ثاني أكسيد الكربون (CO₂) ضمن الفئة الرابعة (Class 4)، لأنها تُنتج إشعاعًا تحت أحمر عند طول موجي يبلغ حوالي ١٠,٦ ميكرومتر. ويمكن لهذه الأشعة أن تحرق القرنية تلفًا شديدًا بل وقد تُشعل الحرائق عند وجود أبخرة أو غازات قابلة للاشتعال. أما الليزرات الليفية (Fiber lasers) فتتراوح تصنيفاتها بين الفئة الأولى والفئة الرابعة (Class 1 إلى Class 4)، وذلك حسب عوامل مثل درجة إحكام غلق النظام ومستوى القدرة الخرجية. وهي تعمل عند طول موجي يبلغ نحو ١,٠٦ ميكرومتر، وبما أن حزمها الليزرية تكون شديدة التركيز، فإنها قد تخترق أنسجة العين مباشرةً. ولذلك يحتاج العاملون إلى نظارات واقية خاصة مُصنَّفة لمدى أطوال موجية محددة، ومُصدَّقٌ عليها من حيث كثافتها البصرية (Optical Density). أما الليزرات فوق البنفسجية (Ultraviolet lasers) فهي تقع عادةً ضمن الفئة الثالثة باء (Class 3B) أو الفئة الرابعة (Class 4) أيضًا. إذ تحدث انبعاثاتها عند أطوال موجية أقل من ٤٠٠ نانومتر، وتسبب مشكلات مثل التهاب القرنية الضوئي (Photokeratitis) بالإضافة إلى أضرار جلدية طويلة الأمد ناجمة عن تفاعلات كيميائية لا عن الحرارة. وما يجعل هذه الليزرات خطرةً بشكل خاص هو أن الإنسان لا يستطيع رؤية حزمها أثناء انتقالها. ووفقًا لفحص أمني حديث أُجري عام ٢٠٢٣ في قطاع صناعات الفوتونيات، شكلت الإصابات التي لحقت بالعين أثناء عمليات الوسم بالليزر ما نسبته نحو نصف الإصابات المسجلة جميعها (حوالي ٤٢٪)، وكان سبب معظم هذه الحوادث عدم إدراك العمال لمجال انتشار الحزم الليزرية أو عدم ارتدائهم المعدات الواقية بشكل صحيح.

من AEL إلى NHZ: رسم خريطة المنطقة الاسمية الخطرة لتحديد مناطق العمل

يبدأ تحديد مناطق الخطر بدقة بتحديد ما يُسمى «الحد الأقصى للإشعاع المسموح به عند الوصول»، أو «AEL» اختصارًا. ويستند هذا الحد إلى المعيار القياسي ANSI Z136.1، ويشير أساسًا إلى أعلى مستوى آمن من الإشعاع الذي يُسمح بوجوده في محيط الفئات المختلفة من الليزر. وبمجرد تحديد الحد الأقصى للإشعاع المسموح به عند الوصول (AEL)، يُساعد ذلك في تحديد موقع «المنطقة الاسمية الخطرة» (NHZ). ويمكن تصور هذه المنطقة على أنها منطقة ثلاثية الأبعاد قد يتعرَّض فيها الشخص لإشعاع يفوق المستوى المُعترف به على أنه آمن. فعلى سبيل المثال، فإن جهاز حفر الليزر الليفي النموذجي ذي القدرة ٥٠ واط غالبًا ما يولِّد نصف قطر منطقة خطر يبلغ حوالي ١,٨ مترًا، ما يعني أننا نحتاج إلى اتخاذ تدابير مثل الحواجز الواقية، أو نقاط الدخول المقفلة، أو إجراءات التحكم الصارمة. وعند إجراء تقييمات المخاطر، تدخل عدة عوامل في الاعتبار: فيجب مراقبة استقرار شعاع الليزر في مساره، والانتباه إلى الانعكاسات غير المتوقعة عن الأجزاء المعدنية أو الأدوات، ومراعاة ظروف الإضاءة العادية، والتأكد من أن المشغلين قد فهموا بالفعل التدريب المقدَّم لهم. ومن الأمور المهمة التي يجب تذكُّرها أن مناطق الخطر هذه ليست ثابتة للأبد. فاستبدال العدسات، أو تغيير مواقع المواد المراد معالجتها، أو تحديث أجزاء من نظام الشعاع قد يغيِّر تمامًا طريقة انتشار الضوء، بل وقد يوسع المناطق الخطرة أحيانًا بمقدار ثلاثة أضعاف وفقًا لأبحاث السلامة الفعلية. ولذلك، فكلما أُدخل أي تغيير على تركيب جهاز الليزر يؤثر في سلوك الشعاع أو في توزيع قوته، يصبح من المنطقي إعادة رسم خرائط مناطق الخطر لضمان السلامة.

ضوابط هندسية لحماية قوية من أخطار الليزر

أغلفة واقية من الليزر من الفئة 1 (LPEs) مُحسَّنة لخلايا العمل الخاصة بالوسم

تحوّل أجهزة الحماية الليزرية من الفئة 1، والمعروفة اختصارًا باسم LPEs، أنظمة الليزر القوية مثل ليزر CO2 من الفئة 4، وألياف الليزر، ومصادر الأشعة فوق البنفسجية إلى مناطق عمل أكثر أمانًا بكثير. ويتم ذلك عبر احتواء الإشعاع الناتج عن شعاع الليزر بالكامل، سواءً الأشعة المباشرة أو الانعكاسات المزعجة التي ترتدّ في جميع الاتجاهات. وتُصنع هذه الأغلفة من مواد خاصة مُصمَّمة خصيصًا لاستيعاب أطوال موجية مختلفة. فعلى سبيل المثال، تُستخدم الألومنيوم المؤكسد المُغطّى بطبقات ماصة للأشعة الليزرية في التطبيقات الخاصة بالأشعة تحت الحمراء، أو يُستخدم الأكريليك المُضاف إليه شوائب (doped acrylic) في الليزرات العاملة في نطاق الأشعة فوق البنفسجية. والهدف من استخدام هذه المواد هو ضمان أن تكون الانبعاثات الخارجة منها أقلَّ بكثيرٍ من الحد المسموح به للتعرُّض الآمن، بغضِّ النظر عمّا قد يحدث أثناء التشغيل. كما أن معظم الترتيبات الحديثة مزوَّدة بأنظمة تهوية مدمجة تتعامل مع جميع أبخرة العمليات الضارة دون السماح لأي ضوء بالتسرب. ولا ينبغي إهمال النوافذ المرئية أيضًا — فهي مزوَّدة بفلاتر ذات درجة كثافة بصريَّة (Optical Density) مُحدَّدة بدقة لتتناسب تمامًا مع الطول الموجي الذي يعمل عليه الليزر. وبالفعل، أظهرت بعض الدراسات البحثية الحديثة التي نُشرت عام 2023 نتائج مذهلة؛ إذ سجَّلت المنشآت التي طبَّقت أجهزة الحماية الليزرية من الفئة 1 وفق المعايير الصحيحة انخفاضًا بلغ نحو 92% في الحوادث المرتبطة بالليزر مقارنةً بالأنظمة التقليدية التي تعمل بشعاع مفتوح. ومن المنطقي لذلك أن تُصنَّف هذه الأغلفة على أنها معدات السلامة المتطوِّرة والراقية وفق معايير مثل IEC 60825 وANSI Z136.1.

قفل أمان تلقائي، وأجهزة استشعار أمان، والتحكم الفوري في الوصول

يعتمد السلامة الجيدة عند استخدام الليزر اعتمادًا كبيرًا على وسائل الحماية الإلكترونية التي تعمل حتى في حالة غياب أي مراقب. وتُصمَّم دوائر القفل الصلبة (Hardwired Interlock Circuits) هذه وفق معايير SIL-2 أو PLd، وتُوقف تشغيل الليزر فورًا إذا فتح شخص ما باب الغلاف الواقي، أو أزال لوحةً ما، أو ضغط على زر الإيقاف الطارئ. كما توجد أيضًا إجراءات وقائية أخرى. فتُركَّب سجادات حساسة للضغط في المناطق غير الخطرة التي يمشي فيها الأشخاص، بينما تراقب أجهزة الاستشعار بالأشعة تحت الحمراء مسار الشعاع الفعلي بدقة. وتضمن أجهزة المسح البيومتري أن يقتصر تشغيل المعدات على الموظفين المؤهلين والمدرَّبين تدريبًا كافيًا فقط. ويتم اختبار كلٍّ من هذه الأنظمة بدقة وشمول وفق إرشادات معيار ANSI Z136.1، مع إجراء فحوصات خاصة لاكتشاف أي عطل محتمل في نقطة واحدة عبر اختبار حقن الأعطال (Fault Injection Testing). وللمشغلين لوحات تحكم رقمية تعرض في الوقت الفعلي جميع المعلومات، بدءًا من حالة دوائر القفل وحتى مؤشرات صحة أجهزة الاستشعار. وهذا يسمح لهم بالتحقق من جاهزية جميع الأنظمة قبل التشغيل، واكتشاف المشكلات فور ظهورها، مما يحوِّل ما كان في السابق مجرد استجابة للحوادث إلى نهجٍ وقائيٍّ بكثيرٍ أكبر.

اختيار المواد والتكامل مع معدات الحماية الشخصية مدفوعٌ بالامتثال

التوافق مع معايير ANSI Z136.1 وIEC 60825: تأمين المواد والتحقق من الأداء

يعني الحصول على حماية ليزرية مناسبة وفعّالة العمل مع مواد خضعت لاختبارات شاملة وفقًا لإرشادات ANSI Z136.1 وIEC 60825. لكن الأمر لا يقتصر فقط على مدى قتامة هذه المواد في حجب الضوء. بل يجب أيضًا التحقق مما إذا كانت تمتلك متانة هيكلية كافية، وقدرة على مقاومة تراكم الحرارة، واستقرارًا كيميائيًّا خلال التشغيل العادي. فبالفعل تتطلب المعايير أن تقوم مختبرات الاختبار المستقلة بقياس كفاءة حجب هذه المواد للأطوال الموجية المحددة، واختبار درجة مقاومتها للحريق (وفق المعيار UL 94 V-0)، وتقييم مدى ثباتها ودوامها بعد استخدامها المتكرر مع أشعة الليزر على مدى فترة طويلة. فعلى سبيل المثال، تلك الحواجز البلاستيكية المصنوعة من البوليبروبيلين أو البوليثيلين: عند استخدامها حول معدات الوسم بالأشعة فوق البنفسجية، فإنها تتطلب شهادة خاصة تتعلق بالتوافق الحيوي (حسب المعيار ISO 10993) والامتثال لمتطلبات السلامة الكيميائية (وفق لوائح REACH). أما الغلاف المعدني فهو حالة مختلفة تمامًا، إذ يتعيَّن على المصنِّعين توثيق عتبات تلف الليزر الخاصة بهم عند أعلى مستويات القدرة. وتُجري معظم الشركات عمليات تفتيش جودة صارمة على كل دفعة جديدة من المواد قبل السماح بإرسال أي منها إلى الميدان. فتقوم باستنباط الظروف الواقعية عن طريق إخضاع العيّنات لأشعة الليزر ذات القدرة القصوى— سواءً الليزر المستمر أو الليزر النبضي— حتى حدوث الفشل. وبعد ذلك فقط توافق الشركة على استخدام المادة في التركيب الفعلي. ويُسهم هذا الإجراء الشامل في ضمان أداء الأغلفة الواقية بكفاءة عالية عامًا بعد عام، حتى في المواقف الصعبة مثل وجود جزيئات عاكسة طائشة، أو انسكاب غير مقصود لمائع التبريد، أو التغيرات الدائمة في درجات الحرارة الناتجة عن عمليات التشغيل اليومية والليلية.

نظارات السلامة الليزرية وحماية الجلد: تصنيفات كثافة التوهين (OD) الخاصة بالطول الموجي وبروتوكولات التركيب

تُعتبر معدات الحماية الشخصية (PPE) الخط الدفاعي الأخير ضد المخاطر في مكان العمل، ولكن ذلك يتحقق فقط إذا كانت هذه المعدات مناسبةً للتحديات التي يواجهها العمال فعليًّا أثناء أداء مهامهم. وعند الحديث عن النظارات الواقية من أشعة الليزر، فإن الحصول على تصنيف الكثافة البصرية (Optical Density) الصحيح يكتسب أهميةً بالغة. فعلى سبيل المثال، بالنسبة لأجهزة الليزر ذات ثاني أكسيد الكربون التي تعمل عند طول موجي قدره ١٠,٦ ميكرون، نحتاج إلى تقييم كثافة بصرية لا يقل عن OD4+. أما الليزر فوق البنفسجي الشائع فيتطلب تقييمًا لا يقل عن OD6+، بينما تتطلب أنظمة الألياف العاملة عند طول موجي قدره ١,٠٦ ميكرون تقييمًا لا يقل عن OD5+. وهذه الأرقام ليست عشوائيةً على الإطلاق؛ إذ إن مرشحًا ذا كثافة بصرية OD4 يوقف حوالي ٩٩,٩٩٪ من الضوء، بينما يوقف المرشح ذو التقييم OD6 نحو ٩٩,٩٩٩٩٪ منه. وهذه فروقٌ جوهريةٌ بين مستويات التعرُّض الآمنة والخطيرة. كما أن مدى ملاءمة المعدات للجسم لا يقل أهميةً عن التقييم البصري. فالإطارات المزودة بإغلاقات جيدة، وأجزاء قابلة للضبط عند الجسر الأنفي، ودرع جانبي تساعد في منع دخول الإشعاع الضار عبر الفجوات. وينبغي أن يخضع العمال لفحص ملاءمة المعدات مرةً واحدةً سنويًّا للتأكد من استمرار أداء هذه المعدات لوظيفتها بشكلٍ سليم. ولا تقتصر حماية الجلد على القفازات العادية فحسب؛ بل يحتاج أي شخص يعمل بالقرب من أجهزة الليزر من الفئة الرابعة (Class 4) إلى تغطية كاملة للجسم بملابس مقاومة للهب، تكون قادرةً على تحمل ما لا يقل عن ٤٠ سعرة حرارية لكل سنتيمتر مربع من الحرارة، وفقًا لمعيار ASTM F1506. كما يحدِّد المعيار ANSI Z136.1 مناطق معينة يجب حمايتها، مثل الرقبة والمعصمين ومنطقة الرأس عند وجود انعكاسات ضوئية قادمة من الأعلى. ولا تنسَ استبدال النظارات الواقية بانتظام. فتشير معظم الشركات المصنِّعة إلى ضرورة استبدالها كل سنتين أو بعد نحو ٤٨٠ ساعة من الاستخدام الفعلي، أيهما يأتي أولًا. إذ تتدهور الفلاتر الموجودة داخل النظارات مع مرور الوقت، وقد تضعف الإطارات أيضًا، لذا فإن الالتزام بهذه الجداول الزمنية يُحدث فرقًا كبيرًا في ضمان السلامة.

الأسئلة الشائعة

ما الفئات الليزرية التي تتطلب أعلى درجات الحماية في مجال الوسم الصناعي؟

عادةً ما تصنَّف ليزرات CO2 ضمن الفئة 4، مما يتطلَّب اتخاذ إجراءات سلامة واسعة النطاق نظراً للإشعاع تحت الأحمر الذي تُنتجه. وتتراوح ليزرات الألياف من الفئة 1 إلى الفئة 4، بينما تقع ليزرات الأشعة فوق البنفسجية عادةً ضمن الفئة 3B أو الفئة 4، مما يستدعي حماية كبيرة بسبب المخاطر الخاصة التي تنطوي عليها.

كيف تُحدَّد مناطق الخطر الاسمية (NHZ)؟

تُحدَّد مناطق الخطر الاسمية (NHZ) من خلال فهم حد الإشعاع المسموح به (AEL) الخاص بكل فئة ليزرية، وهو ما يساعد في تحديد المناطق التي قد يتجاوز فيها الإشعاع مستويات السلامة المقبولة. وتساعد عمليات تقييم المخاطر في رسم خريطة لهذه المناطق، مع أخذ عوامل مثل استقرار الحزمة الضوئية والانعكاسات في الاعتبار.

ما الدور الذي تؤديه ضوابط الهندسة في سلامة الليزر؟

تلعب الضوابط الهندسية، مثل غرف الحماية الليزرية من الفئة 1 (LPEs)، دوراً في احتواء الإشعاع بأمان داخل منطقة المعالجة. وتساعد هذه الضوابط في تحويل أنظمة الليزر عالية الخطورة إلى بيئات أكثر أماناً من خلال احتواء الحزم الضوئية المباشرة والانعكاسات.

لماذا تُعد معدات الحماية الشخصية (PPE) المخصصة ضرورية لسلامة الليزر؟

المعدات الواقية الشخصية (PPE) ضرورية لأنها تُشكِّل خط الدفاع الأخير. فعلى سبيل المثال، نظارات السلامة من الليزر ذات درجة الكثافة البصرية (OD) المناسبة أساسية لحجب الأطوال الموجية المحددة وضمان مستويات التعرُّض الآمنة.