Laserschutz. Milutin Kovacev 24. April 2013

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1 Laserschutz Milutin Kovacev 24. April 2013

2 Aufgaben Zusammenfassung der Wichtigen Inhalte (4 Seiten) Berechnen Sie den Photonenfluß für: Eine Kerze 550nm) Lasersystem 800nm) Sonne (3,8x nm) Hinweis: Achten Sie auf die Einheiten hω λ = hc = 1239, 842nm ev N 19 [ ev ] = 1, [ J ] = E [ ev ] N photonen photonen 1 Fphotonen = E photon [ ev ] t [] s 1 kovacev@iqo.uni-hannover.de 2

3 Inhalt 1. Motivation / Aktuelles 2. Lasereigenschaften / Laserklassen 3. Verletzungen durch Laserstrahlung 4. Laserschutz 5. Allgemeine Verhaltensregeln kovacev@iqo.uni-hannover.de 3

4 Laserpointer / Lampen 100W Taschenlampe Laserpointer haben heute bis zu 1W an Leistung! kovacev@iqo.uni-hannover.de 4

5 Typisches Fehlverhalten mangelndes Gefahrenbewußtsein Routine bzw. Gewohnheit constanthing.blogspot.com 5

6 Gefahren beim Umgang mit Lasern - Gefahr durch den Laserstrahl - Augenschädigung - Hautschädigung -Sekundäre Andere Gefahren in Laserlaboratorien -Elektrische - Blendung - Farbstoff-Laser Nachbilder, Irritationen, (Giftig/Krebserregend) Schreckreaktionen (abh. von Umgebungslicht) - Gase Erzeugte (z.b. gesundheitsschädliche Excimer Lasers) - Brandgefahr Nebenprodukte Photosensibilität kovacev@iqo.uni-hannover.de 6

7 Häufigkeit der Verletzungen 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 7

8 Ursachen für Unfälle 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 8

9 Einfluss der Erfahrung bzw. Routine 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 Quelle: LASOPTIC unbekannt Hautverletzungen Periphere Verletzungen oder Sehvermögen 8/10 Sehvermögen / Sehschärfe 8/10 Blinder Fleck, Sehschärfe 2/10 kovacev@iqo.uni-hannover.de 9

10 Gefahren durch künstliche optische Strahlung Ungebündelt mit hoher Divergenz Inkohärent Gefährdung abstandsabhängig Gebündelter Strahl mit geringer Divergenz Kohärent extrem hohe (zerstörerische) Leistungsdichten Unsichtbarkeit von Infrarotlasern fehlender Lidschlussreflex - große Einwirkdauern kovacev@iqo.uni-hannover.de 10

11 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 kovacev@iqo.uni-hannover.de 11

12 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 Laser-Professionals.com LASERSTRAHLUNG NICHT IN DEN STRAHL BLICKEN LASER KLASSE 2 Helium Neon Laser 1 milliwatt max/cw CLASS II LASER PRODUCT kovacev@iqo.uni-hannover.de 12

13 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 kovacev@iqo.uni-hannover.de 13

14 Laserklassen: Klasse 3R (R=Relaxation) - 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 kovacev@iqo.uni-hannover.de 14

15 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 Bis 500mW Courtesy of Sam s Laser FAQ, kovacev@iqo.uni-hannover.de 15

16 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 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 kovacev@iqo.uni-hannover.de 16

17 Sicherheitsklassen und -philosophien 17

18 Verletzungen durch Laserstrahlung Gefährdung der Haut Thermische Reaktionen Hautverbrennung durch Hochleistungslaser Tiefliegende Hautverbrennung bei IR Wellenlängen (>1 mm) Hautabtrag durch Fokussierung Photochemische Reaktionen Sonnenbrand durch UV Strahlung (Direkt / Gestreut) Hautkrebs durch UV Langzeitbelastung kovacev@iqo.uni-hannover.de 18

19 Verletzungen durch Laserstrahlung Gefährdung der Augen Ø = 350 µm kovacev@iqo.uni-hannover.de 19

20 Möglichkeiten der Augenschädigung DIREKTER STRAHL LASER Auge SPIEGELNDE REFLEKTION Reflektierter Strahl LASER Spiegel LASER DIFFUSE REFLEKTION Gestreuter Strahl Raue Oberfläche Abstandsgesetz / Niedrige Leistung / Licht an!! kovacev@iqo.uni-hannover.de 20

21 Transmissions- und Absorptionseigenschaften MPI für Polymerforschung

22 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). 22

23 Strahlungsgrenzwerte nach DIN EN MZB Maximal zulässige Bestrahlung GZS Grenzwerte zugänglicher Strahlung Haut Auge Laserklassifizierung Einflußgrößen: Wellenlänge Betriebsart Strahlgeometrie Bestrahlungsdauer 23

24 MZB-Werte für die Bestrahlung der Hornhaut 24

25 Grenzwerte (Beispiel 1) Grenzwerte nach IEC Beispielrechnung Ti:Saphir-Laser (cw) Beispiel für reflektierten Strahl ins Auge Ti:Saphir l = 800 nm P = 1 W Abstand: r = 1 m Strahl: Ø 2 mm Exposition: 0,25 s Schutzfilter? 1. Energiedichte (an der Pupille) F = EnergieE 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. Schutzfilter 3 J 3 10 H 2 0 D = log10 ( ) = log10( ) = 2,4 J m λ OD 3 MZB 13 2 m Direkten Strahl ins Auge: Energiedichte F = Jm -2 OD 4 kovacev@iqo.uni-hannover.de 25

26 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: F P a P F N 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 ) kovacev@iqo.uni-hannover.de 26

27 Grenzwerte (Beispiel 2) Grenzwerte nach IEC Beispielrechnung Nd:YAG-Laser (pw) Nd:YAG (Q-switch ) l = 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 (an der Pupille) F = EnergieE Fläche = 1J 2 2πr 3. Sicherheitsabstand r J m 2 = 1J 2πr 2 r 1,78m = 178cm ( Für E = 10 mj r =17, 8 cm) kovacev@iqo.uni-hannover.de 27

28 Spezifikationen bei Laserschutzbrillen D 1064 LB5 X DIN CE Normzeichen Laserschutzbrillen DIN EN 207 Laser - Justierbrillen DIN EN 208 LB1 - LB10 RB1 - RB5 Kennbuchstabe des Herstellers Schutzstufe Wellenlänge, gegen die die Laserschutzbrille Schutz bietet D = Dauerstrich R = Riesenimpuls I = Impuls M = Modengekoppelt Laserbetriebsarten Optische Dichte OD = log(1/t) = LB Bsp.: LB3 t = 10-3 OD3 kovacev@iqo.uni-hannover.de 28

29 Ermittlung der Schutzstufe 29

30 Laserschutzbrillen (Persönliche Schutzausrüstung) Laser - Justierbrillen DIN EN 208 RB1 - RB5 Hinter der Brille Laserklasse 2 Laserschutzbrillen DIN EN 207 LB1 - LB10 Hinter der Brille Laserklasse 1 Vor der Brille Laserklasse 3 oder 4 Vor der Brille Laserklasse 3 oder 4 Nie direkt in den Strahl blicken!!!! Laserschutz ist nur für den zufälligen Treffer gedacht! Beständigkeit der Filterwirkung 5s (alte L 10s)!! kovacev@iqo.uni-hannover.de 30

31 Spezifikationen bei Laserschutzbrillen 31

32 Schutzmaßnahmen / Warnleuchte Laser-Professionals.com kovacev@iqo.uni-hannover.de 32

33 Schutzmaßnahmen / Vorhänge Photos courtesy of kovacev@iqo.uni-hannover.de 33

34 Schutzmaßnahmen / Umrandung Laser-Professionals.com kovacev@iqo.uni-hannover.de 34

35 Schutzmaßnahmen / Strahl-Block (Kontrolle) Laser-Professionals.com Schutzmaßnahmen / Übersicht (Ordnung) kovacev@iqo.uni-hannover.de 35

36 Schutzmaßnahmen / Justage kovacev@iqo.uni-hannover.de 36

37 Verhaltensregeln: Schlechte Gewohnheiten Es wird keine Schutzbrille während der Justage getragen Es wird keine Schutzbrille im Laserbereich getragen Vorhandene Schutzbrillen werden nicht benutzt Umgang mit Optiken Die falsche Schutzbrille wird getragen 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 37

38 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! 38

39 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! 39

40 Fazit Die richtigen Gewohnheiten entwickeln! Gefahrenbewusst Handeln! 40