Belehrung über die gefährliche Wirkung von Laserstrahlung ... · À Laser (1W direkt ins Auge) À Laser (1mW) Retinaschädigung bei Kaninchen (10s) Tageslicht Dämmerung Max. zul

Institut für Laser-und PlasmaphysikUniversität GH EssenAG Döbele Laserschutz.SDD

1Titel

Quellen: VBG93, WWW.RLI.COM (RLI Datenbank)

Belehrung über die gefährliche Wirkung von Laserstrahlung und

über die notwendigen Schutzmaßnahmen

Lasersicherheitsbelehrung Stand: 11/00


2

Gliederung

1. Einleitung2. Gefährdung durch Laserstrahlung Warum? Wie? Welche?3. Schutzmaßnahmen4. Sonstige Gefährdungen5. Zusammenfassung

Rechtliche Grundlagen

UVV ́́Laserstrahlung´´ VBG93

zusätzlichDIN VDE 0835, 086, 0837, DIN EN 207/208, DIN 4844 Teil 1, DIN 56912, 58126 Teil 6, 58215 Explosionsschutz-Richtlinien (Ex-RL)

Gliederung


3

Eine der größten Gefahren:

Gewohnheit

WARNUNG 1


4

Gibt es wirklich eine Gefährdung?

Deutschland

" ca. 20 Unfälle bekannt (Stand 1993)" alle im Forschungsbereich

USA

" 15 Unfälle im Jahr 1996 - Großteil an Universitäten - Alle Arten von Lasern (HeNe !, Laser-Pointer!,...) - Alle Arten von Betroffenen (Studenten, Techniker, Scientists,...) - Viele Arten von Verletzungen

Gefährdung 1


5

RLI No. Site of Incident Laser Type Accident Subject 313 University Physics Lab (CA) Diode Researcher

Brief eye exposure of diode laser gave afterimage312 University Research Lab (A) Ti-Sapphire Research Scientist

Off-axis beam causes macular burn in left eye311 National Lab (CA) HeNe Security Employee

Guard views HeNe beam reflection gets afterimage309 University (IN) CO2 Plexiglas Enclosure

Fire damage to laser and sample enclosure box307 University (MI) Ti-Sapphire Graduate Student

Mirror backscatter causes hemmorrage & blindspot305 Hospital (PA) Doub. Nd:YAG Patient

First-degree burn of mouth from fiber sheath fire304 High School Classroom (WI) Diode (pointer) High School Teacher

Teacher gets 10 day afterimage from laser pointer303 High School Rally (WI) Diode (pointer) Cheerleader

Vision loss from laser pointer exposure286 University (CA) Argon Researcher

Vision blank-spots after "target area" viewing285 National Lab. (IL) Nd:YAG Technician

Electrical shock from fans even when unit off283 University (CA) HeNe Student

Photophobia in right eye after beam misalignment281 Industrial Plant (AZ) Nd:YAG Plant worker

Worker received severe hand burn279 University (RI) Nd:YAG Graduate student

Picosecond laser beam caused retinal injury278 Medical Facility (MI) Pulsed Dye Laser Technician

Serviceman gets eye laser exposure when misfires

1996 Incident Summaries

Accident summary from Rockwell Laser IndustriesLaser Accident Database

(gekürzt; insg. 16 Unfälle)

Gefährdung 2


6

Laser Typ Anteil [%]

Nd:YAG 29.7 Argon 20.5 CO2 12.8 Dye 9.9 HeNe 7.0 Ruby 6.2 Unspecific 5.5 Do. YAG/Ruby 3.7 Other (HeCd,Cu..) 3.7 Diode 1.1

Beteiligter Anteil [%]

Technicians 21.3 Scientists 17.6 Patients 12.9 Plant Workers 10.7 Doctor/Nurse 9.2 Students 8.4 Spectators 4.8 Laser Show Operators 4.0 Pilot/Military 3.3 Equipment 3.3 Field Service 2.6 Office Staff 1.8

Statistische Daten aus der RLI Incident Database

Gefährdung 3


7

Watt issene Laser?

Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation

Eigenschaften

- monochromatisch- kohärent- gerichtet

Betriebsarten Lasermedium

- cw - Gas - gepulst - Farbstoff- Güte-geschaltet - Festkörper (Q-Switch, Riesen-Puls) - Halbleiter- Mode-locking

Grundlagen Laser 1


8

Abstrahlcharakteristik

Vergleich Glühlampe/Laser

Bündelung der Strahlung um X106

VollraumÈ2X 4à[sr]

Kleiner RaumwinkelÈ2 <10-5 [sr]

Leistungsdichte

Herdplatte

3W/ cm2

Sonne Bildgröße Netzhaut�∅ Y0,35 mm

6-100 W/ cm2

Laserstrahl ca. 1mW Bildgröße Netzhaut ∅ Y 10 Üm

> 1 kW/ cm2

Grundlagen Laser 2


9

Laser im Vergleich zu anderen Strahlungsquellen

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

10-1

10-2

10-3

10-4

10-5

10-6

10-7

10-8

10-9

10-10

10

1

10 Üm 100 Üm1 mm 1 cm

Bildgröße auf der Retina

Abs

orbi

erte

Str

ahlu

ng a

uf d

er R

etin

a (W

/cm

2 )

102

103

104

105

106

À Laser (1W direkt ins Auge)

À Laser (1mW)

Retinaschädigung bei Kaninchen (10s)

Tageslicht

Dämmerung

Max. zul.Bestrahlungbei 0,15s

SonneBogen-lampe

Glühlampe

Kerze

Konjunktivitis

" 20kW Suchlicht

Grundlagen Laser 3


10

2 Gefährdung der Augen" Kritische Konstruktion - Sehnerv

- Punkt schärfsten Sehens

Sehnerv

Linse

Toter Fleck

Punkt schärfstenSehens

∅= 350Üm !

Pupille

Hornhaut

Aufbau des Auges(stark vereinfacht)

Iris

Netzhaut

Glaskörper

∅Pupille=7mm

Gefährdungen Auge 1


11

Mikrowellen, Röntgenstrahlen

VUV und Fern-Infrarotstrahlung

Nahes UV Sichtbar und Nahes Infrarot

Wellenlängenabhängige Durchdringung des Auges

50 % Absorption

-100 % Absorption

Netzhautschäden



12

Gefährdung des Auges: Wellenlängen-Abhängigkeit

UV-C UV-B UV-A IR-A IR-B IR-C100 280 315 400 760 1400 3000

VIS

Katarakt Katarakt

Netzhautkoagulation Kerato- konjunktivitisT %



13

Augenverletzungen

Schädigung der Netzhaut

- Rezeptoren

- Nervenstränge

- Blutgefäße

- Fovea Sehnerv



14

Und denkt daran:

Man hat nur 2 Augen!

Warnung 2


15

2 Gefährdung der Haut: Wellenlängen-Abhängigkeit

UV-C UV-B UV-A IR-A IR-B IR-C100 280 315 400 760 1400 3000

VIS

Erythem Verbrennungen

T %10 % 20 % 32 % 77 % 65 % 65 % 28 %

5 % 21 %17 % 8 %

Gefährdung Haut 1


16

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)

Gefährdung Auge/Haut


17

Zusammenfassung möglicher SchädigungenSpektralbereich Auswirkungen auf das Auge Auswirkungen auf die Haut

UV C (100 nm -280 nm) Sonnenbrand

UV B (280 nm - 315 nm) s.o.

UV A (315 nm -400 nm) Linsentrübung (grauer Star)

Netzhautschäden

IR A (780 nm -1400 nm)

Hornhautverbrennung s.o.

Hornhaut- und Bindehautent-zündung (Verblitzen)

Hautalterung,starke Bräunung,Krebsgefahr

Bräunung, Fotosensitive Reaktionen (Lichtsensibilität)

Sichtbar(400 nm -780 nm)

Bräunung, Fotosensitive Reaktionen, Hautverbrennung

Linsentrübung (grauer Star),Netzhautverbrennung

Bräunung, Fotosensitive Reaktionen, Hautverbrennung

IR B (1.4 µm - 3.0 µm) Schlierenbildung, Linsentrübung,Hornhauterbrennung

Fotosensitive Reaktionen,Hautverbrennung

IR C (3,0 µm -1400 µm)

Gefährdung Auge/Haut


18

200 - 620 0,005 > 0.5 0,01

620 - 1050 0,005 > 0.5 0,1

1050 - 1400 0,05 > 0.5 10

100 > 0.5 100

Wellenlängen-Bereich in nm

Bestrahl-ungszeit in s

E inW/m2

max.


H inJ/m2 max.


E inW/m2

max.

< 10-9 5x106 10-9 - 0.5

< 10-9 5x106 10-9 - 0.05

< 10-9 5x107 10-9 - 0.005

1400 - 106 < 10-9 1011 10-9 - 0.1

Wellenlängen-Leistungsabhängigkeiten

(nach VBG93)

Klassifizierung des Lasers 1


19

Festlegung der MZB (nach DV zur VBG93)



20

3 LaserklassenKlasse 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 undin besonderen Fällen auch für die Haut.

Klasse 4 Die Laserstrahlung ist sehr gefährlich für das Auge und dieHaut. Auch diffus gestreute Strahlung kann gefährlich sein.



21

Diffuse Reflektion (?)

Spiegelung- ebene Oberfläche

Spiegelung- gekrümmte Oberfläche

Reflektionen


22

!

Laserstrahlen sind somit praktisch 'unsichtbar'

- bis sie im Auge landen!

Warnung 3


23

Klasse Sichtbar Unsichtbar

1 Ungefährlich Ungefährlich

2 Lidschlußreflex -

3A Ungefährlich

3B

4

Keine optischen Hilfsmittel

Gefährlich! Nicht dem direkten Strahl aussetzen

Sehr gefährlich! Auch Streustrahlung gefährlich!

Laserklassen (vereinfacht)

500 mW

Klasse 3B

Klasse 3A

Klasse 1

Klasse 4

3A

Klas- se 2

1 mW

0,39 µW

10-1

10-2

10-3

10-4

10-5

10-6

10-7

10-8

10-9

10-10

10

1

400 800 1200 1600 13000Wellenlänge (nm)

Leis

tung

(W)



24

Versuch Typ P [mW] T [ns] Klasse

He-Ne 633 0,6 2ILD 780 <10 4He-Ne 633 3 3bHe-Ne 633 3 3bHe-Ne 633 5 3b

5 Lichtleiter He-Ne 633 3 3bILD 750 3 3bHe-Ne 633 2 3b

7 Laser-Grundversuch He-Ne 633 5-10 3b~600 ? 1 ? 10 4

9 & 10 Laser I und II: ~600 0,01 10000 3bHe-Ne 633 3 3b

1064/ 532 20/ 1 10 4He-Ne 633 2 3b

λ [nm] E [mJ]

1 Lichtdetektion

2 Gitterspektrometer3 Zeeman/ Fabry-Perot4 Optische Informations.

6 Polarimeter

8 Farbstofflaser DyeDye

Optogalvanik und LiF11 Festkörperlaser Nd:Yag

Laser im F-Praktikum (Stand 4.99)

Was gibt´ s im FP?


25

1064/532 1.8J/0.85J 4205/410/615-1000 10 ns 4

A11 1064/532/355/255 4200-600 10 ns 4

B5 oben 308 1 J 10 ns 4400/200 4

ILD 656 4B5 unten 1064/532 10 ns 4

633 4400 ? 1 ? 10 4670 10 ns 4633 4

1064/ 532 20/ 1 10 4633 4

Fluor 4

SLAN Nd:YAG 10nsDye (2x) 1-80 mJNd:YAG 1J/400mJ 10nsDye (2x) 1-80 mJExcimerDye 1-30 mJ <10ns

5mWNd:YAG 2x200mJExcimerDyeDye 20mJ

Sputter Nd:YagNd:YagDyeExcimer

Laser in der AG Döbele (Stand 6.00, unvollständig)

Was gibt´ s in der AG Döbele?


26

4 Technische Schutzmaßnahmen

" Abgrenzung des Laserbereiches

ï Lichtsümpfe

ï Verrohrung

ï Sicherung gegen Verkippung

" Lüftung

" Schlüsselschalter

" Warnlicht, Warnsignal

" Notbeleuchtung

" Arbeitshöhe

" Entspiegelung aller Kompo- nenten im Strahlengang

ï Sandstrahlen

ï Eloxieren, Brunieren

Was kann man tun? 1


27

Laserbereich

Der gesamte für den Laser zugänglichen Bereich! Dabei müssen auchFenster und per Reflektion erreichbare Raumbereiche miterfaßt werden!

" Kennzeichnung des Laserbereich durch eine Warnleuchte an den Eingangstüren (Sicherheitsschalter?!)

" Warnhinweise (gelbe Dreiecke) an den Zugangstüren

" Optimale Einschränkung des Laserbereiches- Schutzvorhänge, Verrohrungen

" Im Eingangsbereich müssen Laserschutzbrillen bereitliegen

Was kann man tun? 2


28

Laserkennzeichnung

- am Laser- am Eingang zum Laserbereich

Was kann man tun? 3


29

Persönliche Schutzmaßnahmen

" Kleidung

" Laserschutzbelehrung

" Laserschutzbrillen

" Handschuhe

KennzeichnungDIN- Schutzbrille (DIN EN 207/208)

D/I 1060 nm L5 X DIN

Dauerstrich (D), Impuls (I),Riesenimpuls (R)Modengekoppelt (M)

Schutzstufe T< 5 Justierbrillen(Optische Dicke) L 5-8 Schutzbrillenz.B. L5 T=10-5

Kennbuchstabe des HerstellersWellenlänge

Was kann man tun? 4


30

Warum eine DIN-Brille?

- Transmission (>35% im VIS)- Sicherheits- konstruktion (Mehrscheiben, Compound)- Kennzeichnung

Was kann man tun? 5


31

Sonstige Gefahrenquellen

" Elektrische Einrichtungen - Hochspannung- Große Ströme- Kondensorbänke

" Gase - Halogenide, Wasserstoff

" Farbstoffe, Lösungsmittel - MAK Listen, explosiv, selbstentzündend

" Sekundärstrahlung - Blitzlampen

" Dämpfe - Beschichtete Oberflächen

" Feuer .........

Was kann man tun? 5


32

5 Einige Regeln

" NIEMALS direkt in den Laserstrahlengang schauen, solange der Laser geladen ist

" NIEMALS mit spiegelnden Flächen (Spiegel, SCHMUCK) in den Laserstrahlengang eingreifen, solange der Laser geladen ist

" Unmittelbar vor dem Einschalten des Lasers ALLE im Laserbereich befindlichen Personen warnen (Signal; akustisch und optisch) (Nur die unbedingt notwendigen Personen im Laserbereich! Besucher besonders warnen und schützen!)

" Das aktivierte Warnsignal (Lampe) beachten! Raum nur nach Aufforderung betreten! (Anklopfen und WARTEN!)

" Aktivierte Laser nicht ohne Aufsicht lassen.

Was merken wir uns? 1


33

5 Einige Regeln (Teil 2)

" Den Laserbereich möglichst eng eingrenzen (Lichtsümpfe, Verrohrungen, Verkippungssicherungen, Halter sandstrahlen und schwärzen)

" Justierungen soweit möglich mit Hilfslasern durchführen. KEINE Unbeteiligten im Laserbereich zulassen!

" Möglichst nicht alleine arbeiten.

" Das Labor nicht vollständig verdunkeln. (Notbeleuchtung)

" Bei Beobachtung von merkwürdigen Geräuschen, Gerüchen den zuständigen Mitarbeiter SOFORT informieren

" Vorsicht beim Umgang mit Lösungsmitteln und Farbstoffen. Handschuhe benutzen! Am Abzug arbeiten, mindestens bei geöffnetem Fenster.

Was merken wir uns? 2


34

" 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 Defektedes Augenschutzes führen zu ungewünscheter Bestrahlung

ANALYSE der RLI Datenbank

Zusammenfassung Gefahren


35

Noch einmal:

Gewohnheit ist vielleicht diegrößte Gefahr!

Man hat nur zwei Augen!

Schluß/ Ende / Finis

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