Institut für Experimentelle Physik AG Döbele

Titel

1 Laserschutz_N_0404.sxi

Belehrung über die gefährliche Wirkung von Laserstrahlung und über die notwendigen Schutzmaßnahmen Lasersicherheitsbelehrung Stand: 04/04 Quellen: VBG93, WWW.RLI.COM (RLI Datenbank)

Institut für Experimentelle Physik AG Döbele

Gliederung

2 Laserschutz_N_0404.sxi

Gliederung 1. Einleitung 2. Gefährdung durch Laserstrahlung Warum? Wie? Welche? 3. Schutzmaßnahmen 4. Sonstige Gefährdungen 5. Zusammenfassung Rechtliche Grundlagen UVV ´´Laserstrahlung´´ VBG93 zusätzlich DIN VDE 0835, 086, 0837, DIN EN 207/208, DIN 4844 Teil 1, DIN 56912, 58126 Teil 6, 58215 Explosionsschutz-Richtlinien (Ex-RL), 60825-1

Institut für Experimentelle Physik AG Döbele

WARNUNG 1

Eine der größten Gefahren:

Gewohnheit Gewöhnung

3 Laserschutz_N_0404.sxi

Institut für Experimentelle Physik AG Döbele

Gefährdung 1

4 Laserschutz_N_0404.sxi

Gibt es wirklich eine Gefährdung? USA ● 15 Unfälle im Jahr 1996 (seitdem 40 Unfälle, 3 in 2001 ?) - Großteil an Universitäten - Alle Arten von Lasern (HeNe !, Laser-Pointer!,...) - Alle Arten von Betroffenen (Studenten, Techniker, Scientists,...) - Viele Arten von Verletzungen

Deutschland 24 Unfälle seit 1964 in RLI Datenbank ca. 20 Unfälle bekannt (Stand 1993) ● alle im Forschungsbereich

Gefährdung 2

Institut für Experimentelle Physik AG Döbele

1996 Incident Summaries Accident summary from Rockwell Laser Industries Laser Accident Database (gekürzt; insg. 16 Unfälle)

RLI No. Site of Incident Laser Type University Physics Lab (CA) Diode 313 Brief eye exposure of diode laser gave afterimage University Research Lab (A) Ti-Sapphire 312 Off-axis beam causes macular burn in left eye National Lab (CA) HeNe 311 Guard views HeNe beam reflection gets afterimage University (IN) CO2 309 Fire damage to laser and sample enclosure box University (MI) Ti-Sapphire 307 Mirror backscatter causes hemmorrage & blindspot Hospital (PA) Doub. Nd:YAG 305 First-degree burn of mouth from fiber sheath fire 304 303 286 285 283 281 279 278

High School Classroom (WI) Diode (pointer) Teacher gets 10 day afterimage from laser pointer High School Rally (WI) Diode (pointer) Vision loss from laser pointer exposure University (CA) Argon Vision blank-spots after "target area" viewing National Lab. (IL) Nd:YAG Electrical shock from fans even when unit off University (CA) HeNe Photophobia in right eye after beam misalignment Industrial Plant (AZ) Nd:YAG Worker received severe hand burn University (RI) Nd:YAG Picosecond laser beam caused retinal injury Medical Facility (MI) Pulsed Dye Serviceman gets eye laser exposure when misfires

5 Laserschutz_N_0404.sxi

Accident Subject Researcher Research Scientist Security Employee Plexiglas Enclosure Graduate Student Patient High School Teacher Cheerleader Researcher Technician Student Plant worker Graduate student Laser Technician

Institut für Experimentelle Physik AG Döbele

Gefährdung 3

6 Laserschutz_N_0404.sxi

Statistische Daten aus der RLI Incident Database Laser Typ

Anteil [%]

Nd:YAG Argon CO2 Dye HeNe Ruby Unspecific Do. YAG/Ruby Other (HeCd,Cu..) Diode

29.7 20.5 12.8 9.9 7.0 6.2 5.5 3.7 3.7 1.1

Beteiligter Technicians Scientists Patients Plant Workers Doctor/Nurse Students Spectators Laser Show Operators Pilot/Military Equipment Field Service Office Staff

Anteil [%] 21.3 17.6 12.9 10.7 9.2 8.4 4.8 4.0 3.3 3.3 2.6 1.8

Institut für Experimentelle Physik AG Döbele

Grundlagen Laser 1

7 Laserschutz_N_0404.sxi

Watt issene Laser? Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation Eigenschaften - monochromatisch - kohärent - gerichtet Betriebsarten

Lasermedium

- cw - gepulst - Güte-geschaltet (Q-Switch, Riesen-Puls) - Mode-locking

- Gas - Farbstoff - Festkörper - Halbleiter

Institut für Experimentelle Physik AG Döbele

Grundlagen Laser 2

Abstrahlcharakteristik

Leistungsdichte

Vergleich Glühlampe/Laser

Herdplatte

8 Laserschutz_N_0404.sxi

3W/ cm2 Vollraum 2= 4[sr]

Sonne Bildgröße Netzhaut 0,35 mm

6-100 W/ cm2 Laserstrahl ca. 1mW Kleiner Raumwinkel 2 ≈ 10-5 [sr]

Bündelung der Strahlung um X106

Bildgröße Netzhaut 10 m

> 1 kW/ cm2

Grundlagen Laser 3

Laser im Vergleich zu anderen Strahlungsquellen

➔ Praktisch jeder Laser ist gefährlicher als alle anderen natürlichen oder künstlichen Lichtquellen!

9 Laserschutz_N_0404.sxi

106

Absorbierte Strahlung auf der Retina (W/cm2)

Institut für Experimentelle Physik AG Döbele

105



104

Auge)

103 102 10 1 10-1

 Laser (1mW)

Laser (1W direkt ins

● 20kW Suchlicht Retinaschädigung bei Kaninchen (10s)

Bogen- Sonne Max. zul. lampe Bestrahlung

bei 0,15s

10-2 10-3

Konjunktivitis Glühlampe

10-4 10-5 10-6

Tageslicht Kerze

10-7 10-8

Dämmerung

10-9 10-10

10 m 100 m 1 mm

1 cm

Bildgröße auf der Retina

Gefährdungen Auge 1

Institut für Experimentelle Physik AG Döbele

10 Laserschutz_N_0404.sxi

2 Gefährdung der Augen ●

Kritische Konstruktion - Sehnerv - Punkt schärfsten Sehens Aufbau des Auges (stark vereinfacht)

Hornhaut

Linse

Netzhaut

Punkt schärfsten Sehens = 350m !

Glaskörper

Pupille Pupille=7mm

Toter Fleck Iris Sehnerv

Institut für Experimentelle Physik AG Döbele

Gefährdungen Auge 2

11 Laserschutz_N_0404.sxi

Wellenlängenabhängige Durchdringung des Auges -100 % Absorption

Mikrowellen, Röntgenstrahlen

VUV und Fern-Infrarotstrahlung 50 % Absorption

Nahes UV

Netzhautschäden

Sichtbar und Nahes Infrarot

Gefährdungen Auge 3

Institut für Experimentelle Physik AG Döbele

12 Laserschutz_N_0404.sxi

Gefährdung des Auges: Wellenlängen-Abhängigkeit

UV-C 100

UV-B 280

UV-A 315

VIS 400

Katarakt

T%

Keratokonjunktivitis

IR-A

IR-B

760

1400

Katarakt Netzhautkoagulation

IR-C 3000

Institut für Experimentelle Physik AG Döbele

Gefährdungen Auge 4

Augenverletzungen Schädigung der Netzhaut - Rezeptoren - Nervenstränge - Blutgefäße - Fovea Sehnerv

13 Laserschutz_N_0404.sxi

Institut für Experimentelle Physik AG Döbele

Warnung 2

14 Laserschutz_N_0404.sxi

Und denkt daran:

Man hat nur 2 Augen!

Gefährdung Haut 1

Institut für Experimentelle Physik AG Döbele

15 Laserschutz_N_0404.sxi

2 Gefährdung der Haut: Wellenlängen-Abhängigkeit

UV-C 100

UV-B 280

315

Erythem

T%

UV-A

VIS 400

IR-A 760

IR-B 1400

IR-C 3000

Verbrennungen

10 %

20 % 32 % 77 % 65 %

65 %

28 %

Epidermis Corium

5 % 21 %

17 % 8 %

Subcutis

Institut für Experimentelle Physik AG Döbele

Gefährdung Auge/Haut

16 Laserschutz_N_0404.sxi

Zeitliche Charakterisierung t < 10-5s

Thermoakustischer Effekt - Vergasen von Material - Schockwellen

10-5 < t < 10 s

Thermischer Effekt - langsameres Eindringen - Gerinnung von Eiweiß

10s < t

Photochemischer Effekt - Langzeiteffekt - Alterungseffekte (durch andauernde Belastung)

Institut für Experimentelle Physik AG Döbele

Gefährdung Auge/Haut

17 Laserschutz_N_0404.sxi

Zusammenfassung möglicher Schädigungen Spektralbereich

Auswirkungen auf das Auge

Auswirkungen auf die Haut

UV C (100 nm -280 nm)

Sonnenbrand

UV B (280 nm - 315 nm)

Hornhaut- und Bindehautentzündung (Verblitzen) s.o.

UV A (315 nm - 400 nm)

Linsentrübung (grauer Star)

Sichtbar (400 nm -780 nm) IR A (780 nm -1400 nm)

Netzhautschäden

IR B (1.4 µm - 3.0 µm) IR C (3,0 µm -1400 µm)

Linsentrübung (grauer Star), Netzhautverbrennung Schlierenbildung, Linsentrübung, Hornhauterbrennung Hornhautverbrennung

Hautalterung,starke Bräunung, Krebsgefahr Bräunung, Fotosensitive Reaktionen (Lichtsensibilität) Bräunung, Fotosensitive Reaktionen, Hautverbrennung Bräunung, Fotosensitive Reaktionen, Hautverbrennung Fotosensitive Reaktionen, Hautverbrennung s.o.

Institut für Experimentelle Physik AG Döbele

Klassifizierung des Lasers 1

Festlegung der MZB (nach DV zur VBG93)

18

Laserschutz_N_0404.sxi

Institut für Experimentelle Physik AG Döbele

Klassifizierung des Lasers 2

Laserschutz_N_0404.sxi

3 Laserklassen Klasse 1

Die zugängliche Laserstrahlung ist ungefährlich.

Klasse 2

Die Laserstrahlung liegt nur im sichtbaren Spektralbereich (400 bis 700 nm). Sie ist bei kurzzeitiger Bestrahlungsdauer (bis 0.25 s, Lidschlußreflex) ungefährlich auch für das Auge.

Klasse 3A Die Laserstrahlung wird für das Auge gefährlich, wenn der Strahlungsquerschnitt durch optische Instrumente verkleinert wird. Klasse 3B Die Laserstrahlung ist gefährlich für das Auge und in besonderen Fällen auch für die Haut. Klasse 4

19

Die Laserstrahlung ist sehr gefährlich für das Auge und die Haut. Auch diffus gestreute Strahlung kann gefährlich sein.

Institut für Experimentelle Physik AG Döbele

Reflektionen

20 Laserschutz_N_0404.sxi

Spiegelung - ebene Oberfläche

Spiegelung - gekrümmte Oberfläche

Diffuse Reflektion (?)

Warnung 3

Institut für Experimentelle Physik AG Döbele

21 Laserschutz_N_0404.sxi

!

Laserstrahlen sind somit praktisch 'unsichtbar' - bis sie im Auge landen!

●

●

●

Anmerkungen

Lidschlußreflex ● Funktioniert nicht bei Lasern ● Erklärungsversuch: Auf Grund des kleinen Fokusses ist das integrierte 'Signal' zu klein NIR-Laser ● Wenn man 'rot' sieht kann es im NIR schon viel zu viel sein Femtosekundenlaser ● Sucht man in der UVV vergebens ● Diskussionsforum bei RLI.COM

22 Laserschutz_N_0404.sxi

Empf./Leistung

Institut für Experimentelle Physik AG Döbele

400nm

750nm

l

Institut für Experimentelle Physik AG Döbele

23 Laserschutz_N_0404.sxi

Neue Laserklassen (DIN EN 60825-1 Ausgabe 11, 2001) Klasse 1 bleibt Klasse 1M entspricht 3A 302,5 - 4000 nm, ohne optische Instrumente Klasse 2 bleibt Klasse 2M entspricht 3A 400 -700 nm, ohne optische Instrumente, Lidschlußreflex Klasse 3R wie 3B potentiell für das Auge gefährlich, von 302,5 -106 nm, Grenzwert bei 5x MZB im Sichtbaren von Klasse 2 sonst von Klasse 1 Klasse 3B Die Laserstrahlung ist gefährlich für das Auge und in besonderen Fällen auch für die Haut. Sicher über diffusen Reflektor beobachtbar mit d> 13 cm, t < 10s, nicht gerichtet Klasse 4

bleibt

Institut für Experimentelle Physik AG Döbele

Klassifizierung des Lasers 4

Laserschutz_N_0404.sxi

Laserklassen (vereinfacht)

1 2 3A 3B 4

Sichtbar Ungefährlich Lidschlußreflex Keine optischen Hilfsmittel

10

Unsichtbar

Ungefährlich

Gefährlich! Nicht dem direkten Strahl aussetzen Sehr gefährlich! Auch Streustrahlung gefährlich!

500 mW

10-1

Ungefährlich -

Klasse 4

1

10-2

Leistung (W)

Klasse

24

10

-3

10-4 10-5

Klasse 3B

1 mW

3A

Klasse 3A Klasse 2 0,39 W

10-6

Klasse 1

10-7 10-8 10-9 10-10 400

800

1200

1600

Wellenlänge (nm)

13000

Was gibt´ s im FP?

Institut für Experimentelle Physik AG Döbele

25 Laserschutz_N_0404.sxi

Laser im F-Praktikum (Stand 4.99) Versuch

Typ

1 Lichtdetektion

He-Ne 633 ILD 780 He-Ne 633 He-Ne 633 He-Ne 633 He-Ne 633 ILD 750 He-Ne 633 He-Ne 633 Dye ~600 Dye ~600 He-Ne 633 Nd:Yag 1064/ 532

2 Gitterspektrometer 3 Zeeman/ Fabry-Perot 4 Optische Informations. 5 Lichtleiter 6 Polarimeter 7 Laser-Grundversuch 8 Farbstofflaser 9 & 10 Laser I und II: Optogalvanik und LiF 11 Festkörperlaser

 [nm]

P [mW]E [mJ] T [ns] Klasse 0.6 0.5

0.01

620 - 1050

< 10- 9

5x106

10- 9 - 0.05

0.005 > 0.5

0.1

1050 - 1400

< 10- 9

5x107

10- 9 - 0.005

0.05 > 0.5

10

1400 - 106

< 10- 9

1011

10- 9 - 0.1

100 > 0.5

100

Institut für Experimentelle Physik AG Döbele

Zusammenfassung Gefahren

41

Laserschutz_N_0404.sxi

ANALYSE der RLI Datenbank ●

Unvorhergesehene Augenbestrahlung während der Justierung

●

Vorhandener Augenschutz wird oft nicht benutzt

●

Technische Störungen führen zu ungewünschten Laserpulsen

●

Unangemessen Handhabung von Hochspannung führt zu ernsten Schockzuständen und sogar zum Tod

●

Ungenügende Widerherstellung des Equipments nach Wartung führt häufig zu Unfällen

●

Fehlerhafte Auswahl des Augenschutzes und/oder Defekte des Augenschutzes führen zu ungewünscheter Bestrahlung