متطلبات سلامة الليزر للتجارب المخبرية باستخدام الليزر

تصنيف الليزر وتأثيره المباشر على متطلبات السلامة في المختبرات

كيف تُحدِّد فئات الليزر من ١ إلى ٤ مستويات الخطر والضوابط الإلزامية

ويصنِّف معيارا ANSI Z136.1 وIEC 60825 الأجهزة إلى أربعة مستويات خطر استنادًا إلى حدود الانبعاثات المتاحة (AEL) والمدى الموجي ومدة التعرُّض — ما يُحدِّد بشكل مباشر الضوابط الأمنية المطلوبة في المختبرات البحثية:

• الفئة 1 (≤٠٫٣٩ ميكروواط): أنظمة مغلقة بالكامل ولا يوجد إشعاع قابل للوصول أثناء التشغيل العادي. وتتطلب فقط لافتات أساسية في المختبر ولا تتطلب تدريبًا للمستخدمين.
• الفئة 2 (≤1 ملليواط، مرئي فقط): يعتمد على استجابة الانتظام البشري (الرمش الانعكاسي) للحماية. ويشترط وضع علامات تحذيرية وتقديم تدريب توعوي — لا سيما لثني الأفراد عن التحديق المتعمَّد.
• الفئة 3R (1–5 ملليواط، مرئي): أقل قوةً من الفئة 3بِ، لكنه يشكِّل خطرًا ملموسًا على الشبكية عند التحديق المتعمَّد أو المستمر. ويستلزم ضوابط الوصول والتدريب وارتداء نظارات الحماية من الليزر في البيئات الأكاديمية.
• الفئة 3B (5–500 ملليواط): قادرٌ على التسبب في إصابات فورية للعين نتيجة التعرض المباشر أو الانعكاسات المُركَّزة. ويتطلب استخدام غرف محكمة مزودة بأنظمة توصيل كهربائي تلقائية، واحتواء مسار الحزمة، ونظارات حماية ذات درجة امتصاص بصري (OD) مناسبة، وعلامات تحذيرية للمخاطر، وتعيين مسؤول مختص بالسلامة من الليزر (LSO) عند الحاجة.
• الفئة 4 (>500 ملليواط): يشكل خطرًا شديدًا على العين والجلد وحتى على اندلاع الحرائق — حتى من الانعكاسات المنتشرة. ويتطلب تطبيق ضوابط هندسية (مثل أنظمة التوصيل الكهربائي عن بُعد، وأجهزة الإيقاف الطارئ)، وبروتوكولات صارمة لمعدات الوقاية الشخصية (PPE)، ومناطق وصول خاضعة للرقابة، والإشراف الرسمي من قِبل مسؤول مختص بالسلامة من الليزر (LSO).

يضمن هذا الإطار المتدرج أن تتناسب تدابير السلامة تناسبيًّا مع المخاطر البيولوجية — ما يسهم في خفض الإصابات البصرية القابلة للوقاية بنسبة ٩٤٪ في المختبرات التي تمتثل تمامًا للمعيار ANSI Z136.1 (وزارة الصحة والسلامة المهنية الأمريكية OSHA، ٢٠٢٣).

لماذا تشكل أشعة الليزر من الفئة ٣R مخاطر فريدة في المختبرات الأكاديمية رغم تصنيفها على أنها ذات قوة أقل

تظهر الليزرات من الفئة 3R في معظم التقارير الأكاديمية عن الحوادث ليس بسبب قوتها الكبيرة، بل بسبب أماكن استخدامها. فهذه الليزرات رخيصة الثمن جدًّا وتناسب بسهولة ترتيبات المختبرات، لذا أصبحت معدات قياسية في البيئات التعليمية. ويتعامل الطلاب معها غالبًا بشكل مباشر عند إعداد التجارب، أو ضبط مسارات الشعاع، أو إدخال تعديلات سريعة في ترتيباتهم البصرية. وتختلف المختبرات الأكاديمية عن البيئات الصناعية، حيث تبقى جميع المعدات مقفلة دائمًا وتراقب عملياتها طواقم مؤهلة ومدربة. أما في غرف الصف، فتنتشر أشعة مفتوحة في جميع الاتجاهات، وتوجد العديد من الأسطح العاكسة مثل الطاولات المعدنية والحاويات الزجاجية، كما يتفاوت مدى الإشراف البالغ حسب اليوم. كما يصبح كثير من الطلاب غير مبالين أيضًا؛ فيخلعون نظارات الحماية لعينة سريعة تبدو بريئة، أو يُعطِّلون وصلات الأمان فقط لإظهار كيفية عمل الأجهزة. ووفقًا للبيانات الحديثة لعام 2022، سجَّلت مختبرات الجامعات ما يقارب ضعف عدد حالات التعرُّض للليزرات من الفئة 3R مقارنةً بالإدارات البحثية في الشركات. ووقعت أغلب هذه الحالات خلال دروس البصريات الأساسية، حيث لم تُقدَّم التدريبات المناسبة جنبًا إلى جنب مع الممارسة العملية الفعلية. ولتخفيض المخاطر، يجب على المؤسسات التعليمية التأكيد على ارتداء جميع العاملين والطلاب لواقيات العين المناسبة عند التعامل مع هذه الليزرات، وتتبع من يحصل على الوصول إليها عبر سجلات دقيقة، وإدماج قرارات السلامة الواقعية في الأنشطة الصفية الروتينية بدلًا من اعتبارها مجرد بندٍ آخر يتم وضع علامة عليه في ندوة السلامة السنوية.

معايير السلامة الرئيسية المتعلقة بالليزر: ANSI Z136.1 وIEC 60825 للمختبرات البحثية

المبادئ المتناسقة والاختلافات الجوهرية بين معيارَي ANSI Z136.1-2022 وIEC 60825-1:2014

يتشابه معيارا ANSI Z136.1-2022 وIEC 60825-1:2014 في أهدافهما الأساسية: التصنيف القياسي لأنواع الليزر (الفئات ١–٤)، وإجراء تقييم المخاطر إلزاميًا، والمتطلبات الموحَّدة المتعلقة بالتدريب ومعدات الحماية الشخصية (PPE) لمستخدمي الليزر من الفئتين ٣ب و٤. وكلا المعيارين يعترفان بمنطقة الخطر الاسمية (NHZ) باعتبارها محور الإدارة المكانية للمخاطر، ويفرضان توثيق تدابير الضبط الخاصة بالليزر عالي الخطورة.

تكمن الاختلافات الرئيسية في فلسفة التطبيق والانسجام التنظيمي:

• ANSI Z136.1 ويُركِّز المعيار على ضوابط الهندسة الإلزامية— حيث يفرض تركيب أنظمة قفل تلقائي (Interlocks) على أغلفة الليزر من الفئتين ٣ب و٤، ويحدِّد طرق حساب منطقة الخطر الاسمية (NHZ) بما يتماشى مع إنفاذ إدارة السلامة والصحة المهنية (OSHA) في أماكن العمل.
• IEC 60825-1 يتبنى نهجًا قائمًا على الأداء: إذ يسمح بتحقيق نتائج مكافئة من حيث السلامة عبر وسائل بديلة (مثل الضوابط الإجرائية أو الإدارية)، شريطة أن يُقرّر مسؤول السلامة الليزري (LSO) المبرِّرَ التقنيَّ لذلك. وهو مُدمجٌ في أطر الاتحاد الأوروبي الأوسع، مثل توجيه الآلات 2006/42/EC، بدلًا من القوانين الخاصة بالصحة والسلامة المهنية.

وبالنسبة للمختبرات متعددة الجنسيات، فإن تنسيق هذه المعايير يتطلب رسم خرائط لاستراتيجيات الضوابط بما يتوافق مع أكثر المتطلبات صرامةً لكل نشاطٍ على حدة — وليس مجرد اعتماد معيارٍ واحدٍ بشكلٍ شامل.

المعيار الأمريكي ANSI Z136.5: المتطلبات الخاصة بالسلامة الليزرية في المختبرات التعليمية والبحثية

يُلبي المعيار ANSI Z136.5 فجوةً حرجةً من خلال معالجة الطابع الديناميكي وارتفاع معدل دوران الكوادر في المختبرات الأكاديمية — حيث تؤدي إعادة تهيئة التجارب، والمحاذاة التي يقودها الطلاب، وتباين مستويات الخبرة إلى ارتفاع مخاطر التعرُّض بما يتجاوز ما يتوقَّعه المعيار Z136.1 وحده. ويشترط هذا المعيار ما يلي:

• موافقة مسؤول السلامة الليزري المؤسسي (LSO) على جميع المشاريع التي ينفذها طلاب المرحلة الجامعية الأولى أو الدراسات العليا والتي تتضمَّن استخدام ليزر من الفئة 3R أو أعلى;
• تدريبات دورية موثَّقة في مجال السلامة تُقدَّم كل ستة أشهر للباحثين الجدد والعاملين في المختبرات؛
• نسب إشراف مُعزَّزة في المختبرات التعليمية التي تستخدم أشعة الليزر من الفئة 3R؛
• قيود على الوصول إلى الغرف — بما في ذلك أنظمة قفل الأبواب التلقائية أو الإنذارات الصوتية — أثناء تشغيل أشعة الليزر من الفئة 3B/4؛
• تعليم السلامة المدمج في المناهج الدراسية، وليس جلسات امتثال منفصلة.

وخلافًا للتركيز الصناعي للمعيار Z136.1 على التسلسل الهرمي الهندسي، يركِّز المعيار Z136.5 على الدقة الإدارية وتعزيز الثقافة المؤسسية — مع الإقرار بأن أكبر نقطة ضعف في المختبرات الأكاديمية لا تكمن في أعطال المعدات، بل في الانحراف عن الإجراءات القياسية عبر فئات المستخدمين المتغيرة.

مسؤول سلامة الليزر (LSO): الصلاحيات والواجبات وتطبيقها في المختبرات

الحالات التي يُطلب فيها قانونيًّا من المختبرات الأكاديمية في الولايات المتحدة تعيين مسؤول سلامة ليزر

يجب على الكليات والجامعات الأمريكية تعيين شخصٍ مؤهلٍ وذو خبرة كضابط لسلامة الليزر (LSO) في أي وقتٍ تُستخدم فيه أشعة الليزر القوية من الفئة 3B أو الفئة 4 داخل الحرم الجامعي. وتدعم هذه المتطلّبَات المعايير الصادرة عن المعهد الأمريكي الوطني لمعايير التوافق (ANSI Z136.1-2022) وهيئة السلامة والصحة المهنية الأمريكية (OSHA)، وذلك لأن مجرد النظر إلى الضوء المتناثر الصادر عن هذه الأشعة الليزرية قد يتسبب في إصابات خطيرة بالعين أو حروق جلدية. ويتميّز ضابط سلامة الليزر بسلطته الرسمية داخل المؤسسة التي تخوله الموافقة أو رفض عمليات استخدام الليزر، وإيقاف أي ممارسات غير آمنة فور حدوثها، وضمان الالتزام الكامل بجميع بروتوكولات السلامة. ويشمل نطاق عمله تحديد نقطة انتهاء «منطقة الخطر الصفري»، والتحقق من امتلاك الأفراد للنظارات الواقية المناسبة لمدى الطول الموجي المُستخدَم، وتنظيم جميع الوثائق اللازمة لعمليات التفتيش، وضمان فهم أعضاء الهيئة التدريسية والموظفين كيفية التعامل مع أجهزة الليزر بأمانٍ تام. ووفقاً للمعيار Z136.5، يجب أيضاً أن يقوم ضابط سلامة الليزر في المؤسسات التعليمية بمراجعة أي مشاريع بحثية يقترحها الطلاب وتتضمن استخدام هذه الأشعة الليزرية عالية القدرة، والموافقة عليها قبل السماح لهم بالاقتراب من معدات المختبر على الإطلاق. أما المؤسسات التي تتجاهل تعيين ضابط سلامة الليزر أو عدم دعمه بشكلٍ كافٍ، فإنها تتعرّض لمخاطر تشمل فرض غرامات مالية، ومشاكل تأمينية، واتهامات بعدم الاضطلاع بالمسؤولية الواجبة تجاه طلابها وموظفيها.

معدات الحماية الشخصية الخاصة بالسلامة من الليزر: الاختيار، والتحقق، والاستخدام في المختبرات في العالم الحقيقي

حسابات الكثافة البصرية (OD): ضمان مطابقة النظارات الواقية للطول الموجي والقدرة ومخاطر التعرض

اختيار النظارات الواقية من الليزر لا يقتصر فقط على ما هو مكتوب على العلبة أو على ما يوصي به الزملاء. بل يعتمد كليًّا على إجراء حسابات دقيقة للكثافة البصرية (OD). فما المقصود فعليًّا بالكثافة البصرية؟ إنها تقيس كمية الضوء التي يتم حجبها عند أطوال موجية معينة. فعلى سبيل المثال، إذا كانت درجة الكثافة البصرية لجهاز ما تساوي ٦، فإن هذا الجهاز يقلل شدة الليزر الساقطة عليه بمقدار مليون مرة تقريبًا (أي ١٠ أس ٦). وكثيرٌ من الناس لا يدركون أن المستوى المناسب للكثافة البصرية يعتمد اعتمادًا كبيرًا على معايير ANSI Z136.1 وحدود التعرُّض المسموح بها القصوى (MPE). وهذه القيم تُحدِّد بدقة مستوى الحماية المطلوب للموظفين استنادًا إلى أنواع الليزر التي يتولَّون التعامل معها يوميًّا.

الكثافة البصرية المطلوبة = لوغاريتم الأساس ١٠ (كثافة القدرة الساقطة ÷ MPE)

تشمل المدخلات الحرجة ما يلي:

• الطول الموجي الدقيق للليزر (مثل: ٥٣٢ نانومتر مقابل ١٠٦٤ نانومتر)؛
• كثافة القدرة المقاسة أو المحسوبة (واط/سم²) عند موقع العين؛
• مدة التعرُّض وخصائص النبضة (مستمر CW مقابل نبضي مُنبَّب).

على سبيل المثال، يتطلّب ليزر مستمر بقدرة ١٠٠ ملليواط وطول موجي ٥٣٢ نانومتر عامل امتصاص بصري OD ≥٤,٥ في حالة التعرُّض العرضي؛ أما نفس القدرة عند الطول الموجي ١٠٦٤ نانومتر فتتطلّب عامل امتصاص بصري OD ≥٥,٢ بسبب انخفاض الحد الأقصى المسموح به للتعرُّض (MPE). وغالبًا ما تتطلّب أنظمة الأشعة فوق البنفسجية (مثل ٢٦٦ نانومتر) عامل امتصاص بصري OD يساوي ٧ أو أكثر — ولكن ذلك ينطبق فقط إذا كانت طبقة التغطية على العدسة مُصادَقًا عليها لتعمل في تلك المنطقة الطيفية.

يجب التحقق من نظارات الحماية سنويًّا باستخدام مطياف الأشعة فوق البنفسجية المُعايرة—وتفقُّدها قبل كل استخدام للبحث عن خدوش أو تشققات أو مشكلات في التثبيت. ومسؤولية التحقق النهائي من مطابقتها لمعايير التجربة تقع على عاتق مسؤول السلامة الليزرية (LSO)، وليس على المستخدم النهائي. أما النظارات الليزرية العامة التي لا تحمل شهادة موثوقة لمقدار التخفيف البصري (OD) والطول الموجي فهي غير مقبولة إطلاقًا في المختبرات المتوافقة مع المعايير.

الأسئلة الشائعة

لماذا تكتسب التصنيفات الخاصة بالليزر أهميةً بالغةً في سلامة المختبرات؟

تساعد تصنيفات الليزر في تحديد طرق الاستخدام الآمن لأنواع الليزر المختلفة ضمن بيئات البحث والتعليم المتنوعة. ولكل فئة من فئات الليزر إجراءات سلامة محددة تقلل من احتمال وقوع الإصابات وتتوافق مع معايير ANSI Z136.1، مما يضمن بقاء بيئات المختبرات آمنةً للمستخدمين.

لماذا تشكل أشعة الليزر من الفئة 3R مخاطر فريدة في المختبرات الأكاديمية؟

تُستخدم الليزرات من الفئة 3R غالبًا في البيئات الأكاديمية نظرًا لانخفاض تكلفتها وسهولة دمجها في إعدادات المختبرات. ومع ذلك، فإن الحزم الضوئية المفتوحة والأسطح العاكسة الموجودة في البيئات الأكاديمية، إلى جانب مستويات الإشراف المتغيرة، تزيد من خطر وقوع حوادث التعرُّض مقارنةً بالبيئات الصناعية الأكثر تحكُّمًا.

ما الدور الذي يؤديه مسؤول سلامة الليزر (LSO) في المختبرات الأكاديمية؟

في المختبرات الأكاديمية، يتولى مسؤول سلامة الليزر (LSO) الإشراف على عمليات الليزر، وضمان الامتثال لبروتوكولات السلامة، والتحقق من استخدام معدات السلامة والنظارات الواقية المناسبة. ويُشترط تعيين مسؤول سلامة الليزر عند استخدام الليزرات من الفئتين 3B و4، وذلك للمساعدة في الوقاية من الحوادث وضمان سلامة المختبر.

كيف يُحدد الكثافة البصرية (OD) المناسبة للنظارات الواقية من أشعة الليزر؟

يتم تحديد الكثافة البصرية (OD) المناسبة للنظارات الواقية من الليزر باستخدام حسابات الكثافة البصرية، والتي تأخذ في الاعتبار طول موجة الليزر وكثافة القدرة ومخاطر التعرض وفقًا لمعايير ANSI Z136.1. وتضمن هذه الحسابات أن توفر النظارات حماية كافية ضد التعرض لأشعة الليزر.