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화학약품 안전

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레이저의 소개

  • 레이저는 유도 방출에 의해 광을 발진 혹은 증폭시키는 장치를 말하며, ‘원자나 분자에 의한 광의 유도 방출을 이용하여 광파를 증폭 한다.’는 의미의 “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation"으로 레이저 발전기를 뜻한다.

레이저의 원리

  • 레이저/증폭된 빛은 존재하지 않는 빛을 만들어 낸다.
    고집적된 빛과 같은 자극이 레이저 공진기에 공급되고 그 결과로 laser 발진 또는 빛 출력이 나오게 된다.
    출력이 빛임에도 불구하고 레이저/증폭된 빛은 햇빛이나 전구와는 아주 다르다.
    그러므로 레이저/증폭된 빛은 특별한 특성을 갖기 때문에 작동 중에 잠재적인 위험이 종종 있을 수 있다.
    레이저/증폭된 빛은 사람의 육안으로 볼 수 있거나 볼 수 없는 아주 강한 단색의 빛을 만들어 낸다.
    모든 파동은 서로 같은 위상을 갖기 때문에 레이저/증폭된 빛은 간섭성을 갖는다.
    같은 파장과 집적도에서 간섭성이 없는 것보다 간섭성이 있는 것은 빛이 훨씬 더 위험하다.
    평행빔이 장비 출력단(aperture)을 통해 발산될 때 급속도로 퍼지지 않으면 출력단에서 멀리 떨어져 있음에도 불구하고 위험이 존재하고 있다.

레이저의 위험

  • 레이저의 위험을 생각할 때, 가장 걱정되는 부분은 일반적으로 사람의 눈이다. 아래에서 설명하는 정보는 사람의 눈과 연관된 위험에 대해 언급하고 있을 뿐만 아니라 레이저 제품 사용 중에 있을 수 있는 다른 위험 요소에 대해서도 다룰 것이다.
    IPG의 다이오드 레이저는 980nm 파장을 갖는다.
    그리고 이터븀 레이저와 증폭기의 파장은 약 1060nm이고, 라만 레이저와 증폭기의 파장은 약 1400nm이며, 어븀 레이저와 증폭기의 파장은 약 1550nm 이다.
    그리고 튤륨 레이저와 증폭기의 파장은 약 2000nm이다.
    IPG는 또한 980nm이하의 파장을 갖는 레이저도 공급한다.
    눈이 레이저에 노출될 경우 시력 손상이 발생할 수 있다.
    사용자가 노출될 수 있는 파장과 출력에 따라 레이저가 시력에 손상을 일으키는 정도는 약간의 차이가 있을 수 있다.
    가시광선(400nm~700nm)와 근적외선(IR-A, 700nm~1400nm) 빔은 눈을 통과해서 눈의 망막, 광학 신경, 중심 부분에 돌이킬 수 없는 손상을 초래할 수 있다.
    일반적으로 사람의 눈은 400nm~700nm(보라에서 빨간색까지)의 파장 영역 안에서는 빛이 자연 치유된다.
    불행하게도 사람의 눈은 1400nm 이상의 파장도 통과시키기 때문에 망막과 광학 신경에 손상을 줄 수 있는 심각한 위협이 도사리고 있다.
    근적외선 외에 육안으로 볼 수 없는 빔은 눈의 바깥 쪽 부분에 손상을 줄 수 있다.
    자외선(180nm~400nm) 은 렌즈에 손상을 일으킬 수 있을 뿐만 아니라 각막에 영향을 줄 수 있다.
    중적외선(IR-B, 1400nm~3000nm)는 눈 표면을 통과해서 백내장을 일으킬 가능성이 있다.
    원적외선(IR-C, 3000nm~1mm)은 눈의 바깥 표면이나 각막에 손상을 일으킬 수 있다.
    레이저 사용자는 다양한 각도에서 2차 빔을 예측해야만 한다.
    2차 빔은 가공물 표면에 있거나 가깝게 존재할 수 있다.
    이런 빔은 다양한 표면에서 생기는 원래 빔의 표면 반사 빔이다.
    2차 빔은 레이저에서 발진되는 총 출력보다는 훨씬 약하지만 강도는 눈에 손상을 일으킬 수 있을 정도로 충분히 클 수 있다.
    레이저 시스템 설치 시에 이런 부분까지 고려해야만 한다.
  • 부가적인 위험
    시스템으로 인해 피부 화상이 발생될 수 있다.
    손상의 가능성 및 정도는 파장과 출력에 따라 변할 수 있다.
    레이저 시스템 중 일부는 중장비의 일부분으로, 운영자와 작업 영역에 있는 모든 사람들은 세심한 주의를 기울여야 한다.
    레이저는 옷이나 종이를 태우거나 용제와 다른 가연성 물질을 발화시킬 수 있을 정도로 강력하다.
    레이저 시스템 사용 시에 이런 점에도 고려해야 한다.
    고출력 레이저 사용 시에는 뜨겁거나 녹은 금속 물질이 있을 수 있다.
    작업 중에 파편 같은 것이 발생된다면 주의해야 한다.
  • 전기 위험
    레이저 제품에 사용되는 전압(AC와 DC 모두)은 아주 높다.
    모든 전기선과 연결부위는 위험물 취급 시처럼 다루어야 한다.
    전기선, 커넥터, 부품 케이스 등 모든 부품은 위험물로 간주해야 한다.

레이저 등급

  • 레이저 등급
    등급은 파장과 출력, 그리고 빔 특성에 따라 결정된다.
    레이저 등급은 Class 1에서 Class 4까지 있다.
    등급 번호가 크면 클수록 레이저 시스템이 갖는 위험은 더 커진다.
    이런 레이저 등급은 레이저 시스템 위에 표시되고 등급 번호를 표기하기 위해서 로마 숫자가 사용된다.
    표기 절차는 제품 표면에 라벨을 붙이는 것이다.
    경고 문구와 함께, 라벨은 파장, 출력, 레이저 등급의 정보를 표시한다.
  • 1군레이저(Class 1)
    Class 1 레이저 시스템은 본질적으로 안전하다.
    정상적인 작동 중에, 이런 레이저는 잠재적인 건강상 위험을 초래하지 않는다.
    레이저 동작 중에 사람이 레이저 빔을 접촉하지 않도록 특별한 설계가 사용된다.
  • 2군레이저(Class 2)
    Class2 레이저 시스템은 출력이 낮아 눈으로 볼 수 있는 레이저이다.
    밝은 빛에 대한 본능적인 반사작용으로 눈을 깜박이는 것이 사용자를 보호할 수 있을 것이다.
    장시간 동안 직접 쳐다보면 위험 가능성이 있을 수 있다.
    Class 2 레이저에는 CAUTION(주의) 라벨을 붙여야 한다.
  • 3군레이저(Class 3a)
    Class 3a 레이저 시스템에는 CAUTION(주의) 라벨을 붙여야 하고 어떤 경우에는 DANGER(위험) 라벨을 붙여야 한다.
    빛에 대한 눈의 반사작용은 빔을 잠깐 볼 경우에만 사용자에게 안전할 수 있다.
    광학기기 정렬 과정에서와 같이 광학기기를 사용하여 볼 경우 위험 가능성이 있다.
  • 3군레이저(Class 3b)
    Class 3b 레이저 시스템은 빔을 보거나 2차 빔을 직접적으로 볼 경우에 위험할 수 있다.
    일반적으로 이런 레이저는 재료표면에서 위험한 반사를 일으키지는 않는다.
    DANGER(위험) 라벨을 붙여 놓아야 한다.
    시력 손상 가능성이 있음에도 불구하고 화재 또는 피부에 대한 손상 위험은 낮다. 이런 레이저 사용 시에는 레이저 보호 안경을 착용해야 한다.
  • 4군레이저(Class 4)
    Class 4 레이저 시스템은 눈과 피부에 위험을 초래할 수 있다.
    직간접 반사 빔과 산란 빔이 위험을 초래할 수 있다.
    모든 Class 4 레이저 시스템에는 DANGER(위험) 라벨을 붙여야 한다.
    Class 4 레이저는 레이저가 설치되어 있는 주위 물질에 손상을 일으킬 수 있고 가연성 물질에 불을 붙게 할 수도 있다.
    레이저 사용 시에는 레이저 보호 안경을 착용해야 한다.

레이저 제어법

  • 작업 구역에 있는 모든 사람들은 laser를 발진시키기 전에 적절한 레이저 보호 안경 필히 착용해야 한다. 레이저를 직접 사용하지 않더라고 보호 안경 착용은 필수이다.
    전원이 켜져 있을 때에는 레이저 출력이 나오는 부분을 직접 들여다보면 안된다.
    눈 위치에서 레이저를 멀리한 상태에서 레이저와 광학 부품을 설치해야 한다.
    레이저가 켜져 있을 때에는 파이버 또는 콜리메이터(collimator)을 설치하거나 분해하지 말아야 한다.
    파이버 또는 콜리메이터(collimator)을 fixture 등에 설치하는 것과 같이 출력 부분과 관련이 있을 경우엔 레이저 전원을 항상 꺼야 한다. 필요하다면 낮은 출력 상태에서 출력 부분을 정렬시킨 후 서서히 출력을 높이는 것이 좋다.
    레이저와 가공 재료 간의 상호 작용이 강도 높은 UV와 가시광선을 만들어 낼 수 있다. 가시 광선이 눈에 손상을 입히지 않도록 레이저 챔버(chamber)를 설치해야 한다.
    가공물 표면은 적절하게 환기가 될 수 있도록 해야 한다. 레이저와 가공물 표면 사이에서의 상호 작용으로 인해 발생할 수 있는 가스, 불꽃, 파편 등은 안전 위험을 초래할 수 있다.
    도어 인터락(door interlock)이 설치되어 있는 공간에서 레이저를 사용해야한다. 경고 표시를 해야 한다. 레이저 운전 중에는 레이저 안전 수칙을 교육 받은 사람만이 들어갈 수 있도록 접근을 통제해야 한다.
    어두운 환경에서는 레이저 사용을 삼가 해야 한다.
    광학 출력 커넥터에 커플링 파이버(coupling fiber) 등을 연결하지 않은 상태에서는 레이저를 사용하지 말아야 한다.
    레이저를 운영하는 사람은 레이저가 사용 중임을 알려서 레이저 작업 구역을 통제할 책임이 있다.


  • 보호 안경
    Laser 보호 안경은 광학 밀도와 파장 범위가 표기하는 라벨이 붙어 있다.
    레이저 보호 안경을 선택할 때 광학 밀도(OD)는 중요한 척도가 된다. 광학 밀도 계산식은 아래와 같다.
    • 광학 밀도(optical density) = -1 (빛 투과, Light Transmission)
      Tl = 10 -OD
    위의 계산식을 사용해서, OD가 한 단계 커지면 보호되는 정도는 10배 (레이저 투과는 10배 감소) 커지게 된다.
    IPG Photonics는 최종 사용자가 보호 안경 조건을 평가할 때 특정한 응용 환경 등에 대해 검토할 것을 추천한다.
    위험 가능성이 최종 사용자의 응용 환경과 연관 있거나 응용 환경의 결과로 나타날 수 있다는 것을 이해하고 있는 것이 중요하다.

    레이저 또는 레이저 시스템을 설치하거나 사용할 때 적용해야 하는 시설 또는 건물 요구 조건뿐만 아니라 지방 정부나 중앙 정부의 요구 조건도 확인해야 한다.