Straßenverkehrs durch Laserpointer

Transkript

1 Fachverband für Strahlenschutz e.v. Arbeitskreis Nichtionisierende Strahlung (AKNIR) Gefährdungen des Luft-, Schienen- und Straßenverkehrs durch Laserpointer Prof. a. D. Dr.-Ing. Hans-Dieter Reidenbach Fachhochschule Köln Forschungsbereich Medizintechnik und Nichtionisierende Strahlung Sekretär des Arbeitskreises Nichtionisierende Strahlung

2 Fachverband für Strahlenschutz e.v. Arbeitskreis Nichtionisierende Strahlung (AKNIR) Inhalt 1. Einleitung 2. Laserpointer als Produkt (Arbeitsmittel oder Verbraucherprodukt) 3. Gefährdungspotenzial durch Laserpointer am Beispiel des Luftverkehrs a. Schädigungsmöglichkeiten b. Vorübergehende Blendung 4. Einiges aus unserer aktuellen Forschung 5. Zusammenfassung und Ausblick

3 1. Einleitung

4 2010 wurde der Laser 50 Jahre alt

5 Ausschnitt aus

6 Was haben 50 Jahre Laser noch gebracht? Laser-tv-Fernseher

7 und was bringt die Zukunft? Oder hat diese schon so begonnen?

8 2. Laserpointer als Produkt Arbeitsmittel oder Verbraucherprodukt Was ist ein Laserpointer? Handgehaltene Lasereinrichtungen i Aufbau: Schlüsselanhänger Kugelschreiberform Festkörperlaser Laserdiode Batterien Treiber LD-Modul Batterie Pump-Dioden-Treiber DPSS Laser-Modul

9 Anwendungen von Laserpointern Wie alles begann: Und dann kam das Licht:

10 Laserpointer und Zeigestock Optischer Zeigestock, Aufmerksamkeit bei Präsentationen erhöhen Anfangs relativ große Helium-Neon-Laser mit Netzversorgung Neunziger Jahre: handgehaltene, batteriebetriebene kleine Laserpointer 1500 DM 30 cm langes Rohr mit Akku, HV-Netzteil und HeNe-Röhre 0,8-1 mw

11 Was ist zum Verbreitungsgrad zu sagen? Syntagma-Platz Athen, 29. Mai WfvQoDv0&NR=1&feature=endscreen

12 Laserpointer in der Hobbyastronomie und im Urlaub Es fehlt eigentlich nur noch ein Flugzeug

13 3. Gefährdungspotenzial durch Laserpointer am Beispiel des Luftverkehrs

14 Wie alles begann Problem begann mit Laser Light Shows bei Events, in Themenparks und Casinos Source: FAA_Lasersin-NAS_cleared.ppt

15 Laserpointer Das neue Dilemma Source: FAA_Lasers Lasersin-NAS_cleared.ppt Ein neues Phänomen gefährdet den Flugverkehr Source: FAA_Lasers-in-NAS_cleared.ppt

16 Bestrahlungssituation im Hubschrauber Expositionsdauer: ca. 160 ms Ausschnitte:

17 Häufigkeit von Laserzwischenfällen in USA INCIDENTS Aircraft & Cockpit Illuminations By Year Meldepflicht begann TOTAL COCKPIT AIRCRAFT Source: FAA_Lasers-in-NAS_cleared.ppt Starker Anstieg von 2004 bis 2007

18 und wie ist es seither weitergegangen? Die Zahl der Laserzwischenfälle scheint jetzt t was den Anstieg betrifft zu stagnieren, aber die Gesamtzahl ist sehr hoch. Derzeitig erfolgen in USA im Mittel 9 Zwischenfälle pro Nacht. Source:

19 Zwischenfälle in Deutschland Vor 2009: kaum statistisches Material Die gefährliche Unsitte der Blendung von Piloten mit Laserpointern ist seit 2009 auch in Deutschland angekommen. 2009: 122, nach anderer Quelle: 81 (nach DFS) bzw : 423, bzw. 388 (DFS), 273 bzw. 196 (nach LBA) 2011: 636 Laserattacken. Bundesweit steigt die 600 Anzahl der Laserattacken rapide ? Seit Oktober 2009 gibt es eine Meldepflicht für deutsche Luftfahrtunternehmen

20 Die Meldungen häufen sich

21 Gefährdungseinschätzung Die Ausgangsleistung der Laserpointer steigt ständig an, während sie gleichzeitig iti billiger werden. Dadurch wächst der Verbreitungsgrad ebenfalls, und zwar unglücklicherweise nicht nur dort, wo höhere Leistungen wirklich benötigt werden, sondern der Missbrauch solcher Geräte gehört leider auch dazu. Es gibt auch schon mehrere Berichte über Augenschädigungen, g g die beim unsachgemäßen Umgang erfolgt sind.

22 Laserpointerschaden bei einem Teenager A B D A) Linkes Auge: zeigt eine Blutung unter der Netzhaut (Pfeil) und ein Netzhautödem, zufolge Zerstörung der Bruchschen Membran. B) Rechtes Auge: zeigt mehrere hyperpigmentierte Bereiche in der Fovea (Pfeile). C) Linkes Auge: nach 4 Monaten eine bleibende hyperpigmentierte Narbe direkt neben der Mitte der Fovea. Hochleistungs- Laserpointer Laserpointer kleinerer Leistung Wyrsch, S.; Baenninger,P. B.; Schmid, M. K.: Retinal Injuries from a Handheld Laser Pointer; N Engl J Med 363 (2010), C Die gemessene Laserleistung war 150 mw.

23 Eine dazu passende aktuelle dpa-nachricht

24 Augensicherheitsabstand NOHD 4 P 1 NOHD MZB Θ Sehbeeinträchtigung Sicherheits- abstand Divergenz Θ: 1 mrad = 1 mm/1 m = 1 m/1 km Laser Θ Θ Potential für Augenschäden Nachbild Blitzlichtblindheit Blendung Erschrecken, Ablenkung

25 NOHD als Funktion von Leistung und Θ λ 500 nm: Laserstrahlleistung mw NOHD(10s) 0,36 P Expositionsdauer: 10 s 1 Θ NOHD(0,25s) 0,226 Expositionsdauer: 0,25 s MZB-Wert: 10 W/m 2 MZB-Wert: 25 W/m 2 NOHD/m NOHD/m NOHD/m NOHD/m bei 1 mrad bei 0,1 mrad bei 1 mrad P 1 Θ bei 0,1 mrad Aber nicht vergessen: Die IR-Strahlung muss auch berücksichtigt werden. Diese kann nämlich größer sein als die sichtbare Strahlung.

26 Laserpointer und IR-Filter

27 Orientierende Angaben Laserstrahlleistung und Expositionsdauer zur Abschätzung einer Schädigung durch einen Laserstrahl 0,4 mw und 10 s ergibt Expositionsgrenzwert; entspricht: 1,0 mw/cm 2 =10W/m 2 1 mw und 0,25 s ergibt Expositionsgrenzwert; entspricht: 2,5 mw/cm 2 = 25 W/m 2 1 mw und (sehr) lange Expositionsdauer führt eventuell zu einer Schädigung? 5 mw und 15 min (rot, d. h. 632,8 nm) kein Schaden ca. 5 mw und 60 s (532 nm, d. h. SHG Nd:YAG) Schaden 10 mw (532 nm) und 0,25 s kann 100 %-igen Schaden ergeben Sicherheitsfaktor 10

28 Einschätzung einer permanenten Schädigung Annahme: Strahldivergenz: 1 mrad bis 0,1 mrad Expositionsdauer: 0,25 s bis 10 s Sicherheitsfaktor: 10, d. h. 10fache Leistung ergibt einen um den Faktor 10 3,16 kleineren NOHD Aufgrund des Sicherheitsfaktors ist daher selbst ein 1 W-Laser in einem Abstand von mehr als ca. 70 m (bei 1 mrad) bzw. ca. 700 m (bei 0,1 mrad) bei kurzzeitiger Exposition (0,25 s) noch relativ ungefährlich. Eine Schädigung ist wenig wahrscheinlich, und zwar solange der Abstand zum Laser groß genug ist.

29 Wenn s aber passiert: Mögliche Laserwirkungen im Auge Glaskörperblutungen Netzhautverbrennungen Hornhautverbrennungen Blendung

30 Gefährdung im Straßenverkehr Gefährliches Licht - Menschen im Visier von Laserpointer-Attacken (Ausschnitt Planetopia )

31 Ständiger Anstieg der Zwischenfälle, weil Pointer werden immer billiger Grün besser gesehen wird Immer höhere Leistungen (100 mw 1000 mw) o Im Internet (leicht zu erhalten) Source: FAA_Lasers-in-NAS_cleared.ppt

32 Was kann denn nun passieren wenn ein Pilot von einem Laserstrahl getroffen wird?

33 Gefährdung durch temporäre Blendung Durch sichtbare Laserstrahlung können auch vorübergehende Effekte eintreten: Erschrecken, Blendung, Blitzlicht-Blindheit und Nachbilder. Das Sehvermögen kann vorübergehend mehr oder weniger stark beeinträchtigt werden. Daraus können sich indirekte Gefährdungen ergeben, deren Ausmaß das durch direkte Schädigung bedingte durchaus übersteigen kann. Beim Flugzeug ist ein Crash nicht ausgeschlossen.

34 Flugsimulator-Studie der FAA/USAF 1999 und 2004 wurden Tests durchgeführt Source: FAA_Lasers-in-NAS_cleared.ppt Courtesy: V. Nakagawara

35 Simulation (verschiedene Bestrahlungsstärken) Blick aus 30 m Höhe (FAA B 737-Simulator)) Source: FAA_Lasers-in-NAS_cleared.ppt

36 0,5 W/cm 2 5 mw Laserpointer bei 1130 m oder 300 mw bei 4875 m Source: FAA_Lasers-in-NAS_cleared.ppt Kodak DC240, Blende f/2.8, Geschwindigkeit 1/6 s

37 5 W/cm 2 5 mw Laserpointer bei 365 m oder 300 mw bei 2000 m Source: FAA_Lasers-in-NAS_cleared.ppt

38 50 W/cm 2 5 mw Laserpointer bei 107 m oder 300 mw bei 700 m Source: FAA_Lasers-in-NAS_cleared.ppt

39 Ausschnitte aus einem FAA-Video

40 Simulierte Seheindrücke bei 5 mw Seheffekte und zugehörige Abstände bei einem 5 mw-laser Source (mod.)

41 Gibt es denn solche Laserpointer überhaupt?

42 Alles was das Herz begehrt

43 Wie steht es hier mit der Sicherheit? S3 Spyder III Arctic 200 mw (405 nm, 532 nm, 650 nm) und 1000 mw (445 nm) Realität: 1 Watt Laserpointer bei 445 nm MZB-Wert bei 445 nm: 0,039 mw (10 s) Verhältnis: 1000 mw/0, mw = ,

44 1 Watt Laserpointer bei 445 nm

45 Vergleich 1 W und 5 mw (445 nm) Ausschnitt: Portable_Blue_Laser_from_Wicked_Lasers_-_Spyder_III_Pro_Arct.flv

46 Reklame im Internet

47 Laser und ISS Source:

48 Kann man das noch toppen?

49 Superlaser von Mekka: Leistung 4 x 400 Watt Royal Clock Tower Hotel in Mekka (601 m) Strahl sichtbar bis ca. 30 km Quelle:

50 Royal Clock Tower Hotel in Mekka Quelle:

51 Gibt es noch weitere (verborgene) Gefahren? Jeder Laserstrahl hat eine Strahldivergenz und aufgrund dessen eine Strahlaufweitung Strahlverlauf zwischen Boden und Cockpit eines Hubschraubers

52 Größere Reichweite (1) Ein Laserstrahl hat eine Divergenz, d. h. der Strahldurchmesser h wird mit dem Abstand größer. 1m 3.3f

53 Erreichbar mittels Teleskop

54 Aktuelle Situation

55 4. Einiges aus unserer aktuellen Forschung

56 Erste Fakten Abschluss eines Forschungsprojektes Blendung durch optische Strahlungsquellen Langtitel: Untersuchungen zu arbeitsplatzbezogenen Beeinträchtigungen durch Blendung mit optischen Strahlungsquellen Forschungsprojekt F 2185 Laufzeit 22 Monate: Veröffentlichung erschien 2008

57 Aktuelles Projekt Entwicklungsprojekt F 2310 (BAuA) Blendung durch künstliche optische Strahlung unter Dämmerungsbedingungen Fachhochschule Köln, Forschungsbereich Medizintechnik und Nichtionisierende Strahlung gemeinsam mit: Bundesanstalt für Arbeitsschutz t und Arbeitsmedizin i (BAuA) Berufsgenossenschaft Energie Textil Elektro Medienerzeugnisse (BG ETEM) Weitere Partner Pilotenvereinigung Cockpit e. V. ECA, IFALPA

58 Festlegungen nach Kölner Modell Dosisbeziehung Laserstrahlung (632,8 nm) in der Fovea (Blendwinkel 0 ) t a = 2 {t a,5 /s 25,3 ln[(p t exp )/µj] 67} 6,7} 50,6 ln[(p t exp )/µj] 13,4 Nachbi ilddauer t a /s t a =506 ln(p t 50,6 ln(p t exp ) - 13,4 Klasse 2: 1 mw, 0,25 s Klasse 1: 0,39 mw, 1 s P t exp / µj 13,4 t 50,6 exp e s P μw 1,303 P μw Aus t a,fovea 50,6 ln[(p t exp )/µj] 13,4 = 0 folgt für den Schwellenwert der Bestrahlungsdauer t exp,th = 1,3 s für 1 μw oder t exp,th = 0,13 s für 10 μw oder t exp,th =13msfür 100 μw oder t exp,th = 13ms 1,3 für 1 mw

59 Rot-Grün-Vergleich Bestrahlungsdauer: 0,25 s / s Lese estördauer / 25 Person 1 Person 2 Person 3 Person 4 20 Person 5 Person 6 Person 7 Person 8 Person 9 15 Person 10 Person 11 Person ,8 nm, 0,25 s s Leses stördauer / Person 2 Person 10 Person 3 Person nm, 0,25 s ,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 optische Leistung / mw Klasse 1 0 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 optische Leistung/ mw Der Faktor zwischen grün und rot ist nur etwa 1,5 anstatt 3,3 3 nach der V-Lambda-Kurve. Aber in jedem Fall sind die Auswirkungen bei grün größer als bei rot.

60 Charakteristik g törun Sehs Vorübergehende Blendung Dauerschädigung Sättigungs- Verhalten tolerierbar? rascher Anstieg Schwelle? Optische Leistung

61 Zusammenhänge Funktion und Änderung t af,fovea (P, t exp ) 50,6 ln[(p t exp )/µj] 13,4 Für P = konstant: t af,fovea ff (P, t exp ) 50,6/t exp Starke Änderung Für t exp = konstant: t* af,fovea (P, t exp ) 50,6/P mit: y = [t af,fovea (P, t exp ) + 13,4]/50,6 Geringe Änderung x = P t exp Schon eine kurze Expositionsdauer führt zu einer bemerkenswerten Beeinträchtigung.

62 Reichweite im Sinne einer Blendung Reichweite nach Kölner Modell Reichweite RW SD (Sehstördauer-Reichweite, Reichweite mit Lesehandicap) RW SD P P L erf d P Dabei ist P L die Laserstrahlleistung, P erf die für eine Sehstördauer von 0 s bis 10 s erforderliche Laserstrahlleistung in einer 7-mm Pupille, d P der Pupillendurchmesser (hier 7 mm) und Θ die Strahldivergenz (Vollwinkel, ganzer g (, g Fernfeldöffnungswinkel des Laserstrahls).

63 Abschätzung nach Sehbeeinträchtigung PL dp t af,fovea (P, t exp ) 50,6 ln[(p t exp )/µj] 13,4 RW VI Preq Θ Annahme: Sehbeeinträchtigung dauert ca. 4,5 % der Nachbilddauer an. 1,3 μj μj t exp t VI (P, t exp ) 2,3 ln[(p t exp )/µj] 0,6 P req Beispiel: P = 1000 mw, = 1 mrad, Entfernung: m oder P = 1000 mw, = 0,1 mrad, Entfernung: m Visua al impair rment t VI /s 13, ,5 4 t VI = 2,3 ln(p t exp ) - 0,6 Klasse 2: 1 mw, 0,25 s Klasse 1: 0,39 mw, 1 s P t exp / µj t exp /s 0,033 0,05 0,06 0,1 0,25 0, , t VI /s 0 0,9 1,3 2,5 4,6 6,2 7,8 9, ,5 13,1

64 Vergleich zwischen Sonne und Laserpointer Blick in die 632,8 nm 532 nm Sonne 51mW/1,3 cm (ohne IR) Seh- stördauer 0,5 s 1 s 0,5 s und 25 µw 0,5 s und 10 µw 1s 3s 1 s und 50 µw 0,5 s und 30 µw 2 s 7 s 1 s und 80 µw 0,5 s und 70 µw 3 s 11 s 1 s und 400 µw 0,25 s und 600 µw 4s 13 s 1 s und 500 µw 0,25 s und 780 µw 5 s 16 s 5 s und 370 µw 1 s und 300 µw

65 Alltägliche Situation im Fahrzeug oder im Cockpit Ausschnitt: N787BX_Startup_and_Takeoff_from _in_the_cockpit+sun-filter.mp4

66 Die neue Situation: Blendung im Cockpit durch einen grünen Laserstrahl

67 Bestimmung der Sehbeeinträchtigung Nach Blendung

68 Einfluss des Nachbildes

69 Blendungssituation im Cockpit Airbus A320

70 Blendung mit kollimierter LED- oder Laser-Strahlung

71 Blendung mit grüner Hochleistungs-LED

72 Zeitdauer zum Lesen einer Höhenänderung nach einer Blendung 4.5 s

73 Blendung mit Laserstrahlung (532 nm)

74 Probandenaufbau mit Monitor Aufbau für Teilversuchsreihe 1:Flugaufgabe (Kursänderung = Fliegen einer Kurve)

75 Ergebnisse c Benötigte Zeit für die Durchführung der Flugaufgabe Vergleich T rockenzeit / Zeit während Blendung (n=10) 3,5 3 2,5 Zeit [min] 1,5 2 Trockenzeit 1 Zeit nach Blendung 0,5 0 Proba Prob Proba Prob Prob Prob Prob Prob Prob Prob nd_10 and_7 nd_12 and_1 and_2 and_5 and_4 and_9 and_3 and_6 Proband Nr.

76 Geschlossener Laseraufbau mit Warnhinweisen und Probanden Aufbau mit Monitor Aufbau für Teilversuchsreihe 2:Ableseaufgabe Laserklasse 1M

77 Statt einer Zusammenfassung: Zwei Beispiele der Informationen an die Öffentlichkeit

78 Messe München: LASER 2011

79 Blendungsdemonstrator

80 Blendung im Cockpit

81

82 Fernsehsendung Kopfball Ausschnitt:

83 Laserstrahl aus der Sicht des Cockpits Ausschnitt:

84 Laserstrahl fällt in Cockpit Ausschnitt:

85 Ausschnitt Kopfball Ausschnitt: wdr de/tv/kopfball/sendungsbeitraege/2012/0429/

86 Blendsituationen 5 mw, ca. 70 m Ausschnitt: oder 500 mw, ca. 700 m oder 5 mw + Teleskop 10:1, ca. 700 m

87 Gibt es Überlegungen zu Lösungsansätzen? Ausschnitt:

88 Danke für Ihre Aufmerksamkeit und weiterhin guten Flug!