Laserschutz am Institut für Quantenoptik

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1 Laserschutz am Institut für Quantenoptik Milutin Kovacev 10. Oktober 2008 Inhalt: 1. Warum regelmäßige Laserschutzunterweisung? 2. Lasereigenschaften / Laserklassen 3. Verletzungen durch Laserstrahlung / Grenzwerte 4. Laserschutz (Schutzbrillen / Schutzmaßnahmen) 5. Allgemeine Verhaltensregeln

2 1. Warum regelmäßige Laserschutzunterweisung?

3 1. Warum regelmäßige Laserschutzunterweisung? Typisches Fehlverhalten: mangelndes Gefahrenbewußtsein Routine bzw. Gewohnheit

4 1. Warum regelmäßige Laserschutzunterweisung? Gefahren beim Umgang mit Lasern - Gefahr durch den Laserstrahl - Augenschädigung - Hautschädigung - Andere Gefahren in Laserlaboratorien - Elektrische - Farbstoff-Laser (Giftig/Krebserregend) - Gase (z.b. Excimer Lasers) - Brandgefahr

5 1. Warum regelmäßige Laserschutzunterweisung? Statistiken 1: Summary of reported laser accidents in the United States and their causes from 1964 to 1992 Der größte Teil der Unfälle betrifft das Auge, gefolgt von Hautverletzungen und anderen Unfällen

6 1. Warum regelmäßige Laserschutzunterweisung? Statistiken 2: Summary of reported laser accidents in the United States and their causes from 1964 to 1992 Ein Großteil der Verletzungen ereignet sich bei Justagearbeiten oder durch nicht getragene Schutzbrillen bzw. unsachgemäße Schutzbrillen

7 1. Warum regelmäßige Laserschutzunterweisung? Statistiken 3: Anzahl und Schwere der Unfälle in Abhängigkeit der Erfahrung mit Lasern Zeitraum ~ 10Jahre / ~ Unfälle insgesamt Anzahl 3 der Unfälle 2 10/10 = Auge (~ 1 ) 1 0 < 1 Jahre < 2 Jahre < 5 Jahre < 10 Jahre > 10 Jahre unbekannt Quelle: LASOPTIC Hautverletzungen Periphere Verletzungen oder Sehvermögen 8/10 Sehvermögen / Sehschärfe 8/10 Blinder Fleck, Sehschärfe 2/10

8 2. Lasereigenschaften/Laserklassen Gefahren durch Lasereigenschaften: Gebündelter Strahl mit geringer Divergenz extrem hohe (zerstörerische) Leistungsdichten Unsichtbarkeit von Infrarotlasern Beispiel: IR-Laser: Ti:Sa, Nd:YAG, Nd:YVO 4,... fehlender Lidschlussreflex - große Einwirkdauern

9 2. Lasereigenschaften/Laserklassen Klasse 1 Die zugängliche Laserstrahlung ist ungefährlich. Es ist hier jedoch zu beachten, dass es sich hier oft um gekapselte Laser einer höheren Klasse handelt. LASER KLASSE 1 Laser-Professionals.com Nd:YAG Laser Marker

10 2. Lasereigenschaften/Laserklassen Klasse 2 Laser mit sichtbarer Strahlung (400 nm bis 700 nm) - Augenschutz ist üblicherweise durch Abwendungsreaktion oder Lidschlußreflex sichergestellt Laser Scanners Laser Radiation Do Not Stare Into Beam LASERSTRAHLUNG NICHT IN DEN STRAHL BLICKEN LASER KLASSE 2 Helium Neon Laser 1 milliwatt max/cw CLASS II LASER PRODUCT Laser-Professionals.com

11 2. Lasereigenschaften/Laserklassen Klasse 1M & 2M (M( = magnification) 1M Die zugängliche Laserstrahlung ist ungefährlich, wenn keine optischen Instrumente (Vergrößerungsinstrumente, Teleskope, Ferngläser) verwendet werden - keine Beschränkung der Laserleistung (wobei der Laser Klasse 3B nicht überschreiten darf) - meistens Laser oder LEDs mit divergenter Strahlung sowie Einrichtungen mit breiter, kollimierter Strahlung 2M - Laser mit sichtbarer Strahlung - Sicherheit ist durch Abwendungsreaktion oder Lidschlußreflex gewährleistet, wenn keine weiteren optischen Instrumente eingesetzt werden - keine Beschränkung der Laserleistung (wobei der Laser Klasse 3B nicht überschreiten darf) - meistens Laser oder LEDs mit divergenter Strahlung sowie Einrichtungen mit breiter, kollimierter Strahlung LASERSTRAHLUNG NICHT DIREKT MIT OPTISCHEN INSTRUMENTEN BETRACHTEN LASER KLASSE 1M LASERSTRAHLUNG NICHT IN DEN STRAHL BLICKEN ODER DIREKT MIT OPTISCHEN INSTRUMENTEN BETRACHTEN LASER KLASSE 2M

12 2. Lasereigenschaften/Laserklassen Klasse 3R (Alte 3a) - Laser mit zugänglicher Strahlung, die die max. zul. Bestrahlung für eine Zeitbasis von 0,25 s (sichtbare Strahlung) bzw. 100 s unsichtbare Strahlung) überschreiten - maximale Ausgangsleistung überschreitet nicht die GZS für Klasse 2 (sichtbar) oder Klasse 1 (unsichtbar) um mehr als den Faktor 5 Expanded Beam Laser Pointers Laser Radiation- Do Not Stare Into Beam or View Directly With Optical Instruments Helium Neon Laser 5 milliwatt max/cw CLASS IIIa LASER PRODUCT Laser-Professionals.com LASERSTRAHLUNG DIREKTE BESTRAHLUNG DER AUGEN VERMEIDEN LASER KLASSE 3R LASER RADIATION- AVOID DIRECT EYE EXPOSURE ND:YAG 532nm 5 milliwatts max/cw CLASS IIIa Laser Product Small Beam

13 2. Lasereigenschaften/Laserklassen Klasse 3B DPSS Laser with cover removed - direkter Strahl für das Auge und in besonderen Fällen auch für die Haut gefährlich - diffuses Streulicht im Allgemeinen ungefährlich LASERSTRAHLUNG NICHT DEM STRAHL AUSSETZEN LASER KLASSE 3B LASER RADIATION- AVOID DIRECT EXPOSURE TO BEAM 2ω ND:YAG Wavelength: 532 nm Output Power 80 mw CLASS IIIb Laser Product Courtesy of Sam s Laser FAQ, Laser-Professionals.com

14 2. Lasereigenschaften/Laserklassen Klasse 4 - Hochleistungslaser mit Ausgangsleistungen oberhalb 500 mw (cw-betrieb) - sehr gefährlich für das Auge, gefährlich für die Haut, schon diffus reflektierte Strahlung kann gefährlich sein, Verursachung von Brand- und Explosionsgefahr - keine obere Grenze in dieser Klasse Laser-Professionals.com Photo: Keith Hunt - Copyright: University of Sussex, Brighton (UK) VISIBLE LASER RADIATION- AVOID EYE OR SKIN EXPOSURE TO DIRECT OR SCATTERED RADIATION 2ω Nd:YAG Wavelength: 532 nm Output Power 20 W CLASS IV Laser Product

15 3. Verletzungen durch Laserstrahlung / Grenzwerte Gefährdung der Haut Thermische Reaktionen Hautverbrennung durch Hochleistungslaser Tiefliegende Hautverbrennung bei IR Wellenlängen (>1 µm) Hautabtrag durch Fokussierung Photochemische Reaktionen Sonnenbrand durch UV Strahlung (Direkt / Gestreut) Hautkrebs durch UV Langzeitbelastung

16 3. Verletzungen durch Laserstrahlung / Grenzwerte SKIN BURN FROM CO 2 LASER EXPOSURE Accidental exposure to partial reflection of 2000 W CO 2 laser beam from metal surface during cutting Laser-Professionals.com

17 3. Verletzungen durch Laserstrahlung / Grenzwerte Gefährdung der Augen Ø = 350 µm

18 2. Lasereigenschaften/Laserklassen Möglichkeiten der Augenschädigung durch Laserstrahlung DIREKTER STRAHL LASER Auge SPIEGELNDE REFLEKTION Reflektierter Strahl LASER Spiegel DIFFUSE REFLEKTION LASER Gestreuter Strahl Raue Oberfläche

19 3. Verletzungen durch Laserstrahlung / Grenzwerte Wellenlängenabhängige Transmissions- und Absorptionseigenschaften MPI für Polymerforschung 2003

20 3. Verletzungen durch Laserstrahlung / Grenzwerte Schädigungen der Netzhaut Die Erfahrung zeigt das die meisten Verletzungen durch Laserstrahlung erst nach Stunden von der betroffenen Person gemeldet werden. Diese Zeit ist jedoch entscheidend für die Behandlung der Verletzung (Vernarbung der Netzhaut).

21 3. Verletzungen durch Laserstrahlung / Grenzwerte Beispiel 1: Beispiel für reflektierten Strahl ins Auge Grenzwerte nach IEC Beispielrechnung Ti:Saphir-Laser (cw) Ti:Saphir λ = 800 nm P = 1 W 4% Reflex Abstand: r = 1 m Strahl: Ø 2 mm Exposition: 0,25 s Schutzfilter? 1. Energiedichte (an der Pupille) F = Energie E Fläche = 0,04W 0,25s J = 2 2 0,78 (0,002) m m 2 2. Maximal zulässige Bestrahlung MZB = 13 J/m 2 (Tabelle) 3 J 3 10 H Schutzfilter D = log10 ( ) = log10( ) = 2,4 J m λ OD 3 MZB 13 2 m Direkten Strahl ins Auge: Energiedichte F = Jm -2 OD 4

22 3. Verletzungen durch Laserstrahlung / Grenzwerte Beispiel 2: Punktförmige Lichtquelle Punktquelle r Fläche = 4 F Fläche = 1 F Fläche = 16 F Bspl.: Punktquelle mit der Leistungsdichte P im Abstand a: P a F P FN 2r 4r Leistungsdichte I N auf der Netzhaut: P IN = 4πa 2 F F P N Bei punktförmigen Lichtquellen nimmt die Leistungsdichte der emittierten Strahlung mit dem Quadrat der Entfernung ab. P = 1W a[m] I N [W/cm 2 ] 4 1 0,04 F P : Pupillenfläche (7mm ) F N : Fläche des Bildes auf der Netzhaut (10µm )

23 3. Verletzungen durch Laserstrahlung / Grenzwerte Beispiel 2: Grenzwerte nach IEC Beispielrechnung Nd:YAG-Laser (pw) Nd:YAG (Q-switch ) λ = 1.06 µm t = 10 ns E = 1 J r diffus Sicherheitsabstand r =? 1. Maximal zulässige Bestrahlung MZB = J/m 2 (Tabelle) 2. Punktquelle Energiedichte F (an der Pupille) = Energie E Fläche = 1J 2 2πr 3. Sicherheitsabstand r J / m2 = 1 J 2πr 2 ( = = ) Für E r 10 1,78 m = 178cm mj r 17,8 cm

24 4. Laserschutz Spezifikation bei Laserschutzbrillen D 1064 L5 X DIN CE Normzeichen Laserschutzbrillen DIN EN 207 Laser - Justierbrillen DIN EN 208 L1 - L10 R1 - R5 Kennbuchstabe des Herstellers Schutzstufe Wellenlänge, gegen die die Laserschutzbrille Schutz bietet D = Dauerstrich R = Riesenimpuls I = Impuls M = Modengekoppelt Laserbetriebsarten Optische Dichte OD = -log(τ) = L Bsp.: L3 τ = 10-3 OD3

25 4. Laserschutz Spezifikation bei Laserschutzbrillen 2

26 4. Laserschutz Hinweise zum gebrauch von Laserschutzbrillen am Institut für Nichtbrillenträger Schutz vor grüner Laserstrahlung Schutz vor Infrarot - Laserstrahlung für Brillenträger

27 4. Laserschutz Schutzmaßnahmen / Warnleuchte Laser-Professionals.com

28 4. Laserschutz Schutzmaßnahmen / Vorhänge Laser-Professionals.com Photos courtesy of

29 4. Laserschutz Schutzmaßnahmen / Umrandung Laser-Professionals.com

30 4. Laserschutz Schutzmaßnahmen / Strahl-Block (Kontrolle) Laser-Professionals.com

31 4. Laserschutz Schutzmaßnahmen / Justage

32 5. Allgemeine Verhaltensregeln Schlechte Gewohnheiten Es wird keine Schutzbrille während der Justage getragen Es wird keine Schutzbrille im Laserbereich getragen Vorhandene Schutzbrillen werden nicht benutzt Die falsche Schutzbrille wird getragen Umgang mit Optiken Falsch justierte Optiken und nach oben gerichtete Strahlen Einfügen von reflektierenden Gegenständen in den Strahlengang Absichtliche Bestrahlung von ungeschützten Personen Fehlender Schutz vor Laborgefahren (Spitzen, Kabeln, usw.) Nichtbeachtung des Sicherheitsprotokolls (Activity Hazard Document) Umgehung von interlocks, Türen und Laser-Gehäusen Allgemeines Fehlende Vorplanung Unbeabsichtigtes Anschalten der Spannungsversorgung Funktionsstörung der Geräte Unsachgemäßer Umgang mit hohen Spannungen Bedingung von unbekanntem Gerät Umgang mit Geräten

33 5. Allgemeine Verhaltensregeln Regeln für den Laseralltag! 1. Regeln für Personen, die nicht am Laser arbeiten Vor dem Betreten der Laserlabors anklopfen und Gefahrenquellen erfragen! Kopf nicht in Strahlhöhe bringen, d.h. Vorsicht beim Bücken oder beim Sitzen am PC oder Tisch! Besondere Vorsicht bei Kindern walten lassen, da Augen oft direkt in Strahlhöhe! Geeignete Schutzbrillen tragen! Kein unbefugtes Hantieren an Optiken oder Lasern!

34 5. Allgemeine Verhaltensregeln 2. Regeln für Personen, die am Laser arbeiten Eintretende Personen warnen! Vor dem Einschalten von Lasern alle anwesenden Personen warnen! Warnleuchten einschalten! Arbeiten am Laser bzw. mit dem Laserstrahl ohne Armschmuck wie z.b.: Uhr, Ring, Armkettchen,... (bei bauchfreier Bekleidung sind Piercings untersagt, da etwa in Strahlhöhe!) Laserstrahlen so gut wie möglich auf den Experimentierbereich beschränken und nicht durch das gesamte Labor vagabundieren lassen! Studenten, Hiwis, Praktikanten, usw. vor Arbeitsbeginn über Gefahren im Labor unterweisen! Verantwortungsbewußt handeln! Geeignete Schutzbrillen aufsetzen!

35 5. Allgemeine Verhaltensregeln Die richtigen Gewohnheiten entwickeln Erst denken, dann gefahrenbewusst handeln!