Gefahren für Auge und Haut bei Laserlicht aus Showlasern

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Helmut
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Vorwort

Dies ist der Versuch einer möglichst kompakten und verständlichen Erklärung über die Gefahren, die von Laserlicht für das menschliche Auge und die menschliche Haut, ausgehen. Zugrunde gelegt wurde dabei die Unfallverhütungsvorschrift BGV B2 der Berufsgenossenschaft. Gleichzeitig der ausdrückliche Hinweis, dies ist kein Ersatz für die Ausbildung zum Laserschutzbeauftragten!
Die Ausbildung zum Laserschutzbeauftragten dauern in der Regel mehrere Seminartage und die Seminare der BG haben oft ein Messpraktikum. Die in den BG-Seminaren vermittelte Sachkunde lässt sich in diesem Beitrag nicht einmal ansatzweise abbilden. Dieser Beitrag soll lediglich helfen dem oft erwähnten Laserschutz beim Umgang mit entsprechenden Showlasern mit dem notwendigen Ernst zu begegnen, besonders da im Forum immer wieder Diskussionen zum Thema Showlaser der Klasse 3B oder Klasse 4 zu finden sind.

1. Grundlagen
Das Wort LASER ist eine Abkürzung für "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation" und beschreibt damit das Verfahren/den Prozess der "Lichtverstärkung durch stimulierte Emission von Strahlung".

Ein Laser liefert kohärente, monochromatische Strahlung mit großer Energie- und Leistungsdichte und einer ausgeprägten Richtungscharakteristik, d. h. eine gebündelte, fast parallele Strahlung ist typisch für diese optische Strahlungsquelle. Laserstrahlung kann technisch in den Wellenlängenbereichen der optischen Strahlung zwischen 100 nm und 1 mm realisiert werden.

1 wavelength.JPG

Für die Anwendung bei Showlasern sind die Wellenlängenbereiche von 380 nm (violett) bis 780 nm (rot) relevant. Dieser Bereich ist für uns Menschen sichtbar.

Das Licht eines Lasers (einfarbig, gerichtet und kohärent -> die Lichtquanten sind in Phase zueinander)
2 laser.JPG

Das Licht einer Taschenlampe (viele Farben, kaum gerichtet, nicht kohärent)
3 tala.JPG

Das Licht einer Glühlampe (viele Farben, nicht gerichtet, nicht kohärent)
4 glüh.JPG
In den Bildern kann man einige der eben erwähnten Attribute erkennen:
- Laserlicht ist einfarbig (monochrom)
- natürliche Lichtquellen haben viele Farben (Wellenlängen)
- Laserlicht ist stark gebündelt (geringe Divergenz oder Aufweitung, man sagt auch Laserlicht emittiert in eine Richtung)
- eine Glühbirne strahlt nahezu in jede Richtung

2. Das menschliche Auge

Für die optische Strahlung im sichtbaren Bereich (Showlaser), ist das menschliche Auge durchlässig, d.h. die Strahlung gelangt auf die Netzhaut unseres Auges.

5 auge.JPG

Das Problem bei Laserstrahlung und dem menschlichen Auge ist, dass zum einen das Licht, welches durch unsere Pupille (7mm Durchmesser) eintritt, auf der Netzhaut mit einem Durchmesser von 25 µm abgebildet wird (Fokussierung ähnlich einer Lupe). Dies stellt eine erhebliche Reduzierung der Fläche A (A=p/4 d²) dar, und zum andern bleibt die Leistungsdichte (Watt/ m²) des parallelen Laserstrahls erhalten.
Unter Berücksichtigung der Durchlässigkeit des menschlichen Auges im sichtbaren Wellenlängenbereich und dem "Lupeneffekt" (Fokussierung) der Augenlinse, ergibt sich in etwa einen Verstärkungsfaktor von 50.000, in Bezug auf die Leistungsdichte auf der Netzhaut.
Dies kann bereits bei relativ geringer Laserleitung zu erheblichen Verletzungen im Auge führen !!

2.1 Der Zerstörungsmechanismus des Auges bei Laserstrahlung

Eine zu hohe Dosis an Laserstrahlung bewirkt eine (photochemische) Wechselwirkung mit der Netzhaut, sowie eine mögliche Linsentrübung.
Eine weitere Folge ist die Absorption der optischen Energie, was zur Temperaturerhöhung auf der Netzhaut, bis hin zur Weißfärbung der Netzhaut (Koagulation) führt.
Der Heilungsprozess solcher Verletzungen dauert ca. 7 - 14 Tage und hinterlässt in jedem Fall Narben.

Es gibt keine Regeneration mit Wiedererlangung der Sehfunktion !!

2.2 Schädigungsmöglichkeiten bei den Augen

Eine zu hohe Dosis an Laserstrahlung kann über mehrere Wege ins menschliche Auge gelangen. Neben dem direkten Blick in den Laserstrahl sind reflektierende Oberflächen wie z.B. Spiegel sehr gefährlich.
Auch unebene Oberflächen, die "nur" Streustrahlung erzeugen, haben gerichtete Strahlenanteile, was bei Lasern mit höheren Leistungen (Klasse 3B und 4) ebenfalls zu Augenschädigungen führen kann.

2.3. Schädigungen der menschlichen Haut

In den Wellenlängenbereichen der Showlaser kann es bei starken Showlasern (Klasse 3B und 4) auch zur Schädigung der Haut kommen. Ein photochemischer Prozess wäre die Bildung von Pigmenten bis hin zu Verbrennungen (Klasse 4 Laser).
Jedoch lässt sich feststellen, dass allein aufgrund der fehlenden Fokussierung (Augenlinse), die Haut eine wesentliche höhere Strahlungsbelastung als das Auge verträgt.

3. Relevante Laserklassen (DIN EN 60825-1)
(Die Beschreibungen sind aus der BGI 832 [Berufsgenossenschaftliche Information] entnommen)

3.1 Klasse 1
Die zugängliche Laserstrahlung ist unter vernünftigerweise vorhersehbaren Bedingungen ungefährlich.

Anmerkung:
Die "vernünftigerweise vorhersehbaren Bedingungen" sind beim bestimmungsgemäßen Betrieb eingehalten.
Bei Lasereinrichtungen der Klasse 1 können im oberen Leistungsbereich z. B. Blendung, Beeinträchtigung des Farbsehens und Belästigungen nicht ausgeschlossen werden.


3.2 Klasse 2
Die zugängliche Laserstrahlung liegt im sichtbaren Spektralbereich (400 nm bis 700 nm). Sie ist bei kurzzeitiger Einwirkungsdauer (bis 0,25 s) auch für das Auge ungefährlich. Zusätzliche Strahlungsanteile außerhalb des Wellenlängenbereiches von 400 nm bis 700 nm erfüllen die Bedingungen für Klasse 1.

Anmerkung:
Für kontinuierlich strahlende Laser der Klasse 2 beträgt der Grenzwert der zugänglichen Strahlung (GZS) Pgrenz = 1 mW

3.3 Klasse 3R
Die zugängliche Laserstrahlung liegt im Wellenlängenbereich von 302,5 nm bis 1mm und ist gefährlich für das Auge. Die Leistung bzw. die Energie beträgt maximal das Fünffache des Grenzwertes der zugänglichen Strahlung der Klasse 2 im Wellenlängenbereich von 400 nm bis 700 nm und das Fünffache des Grenzwertes der Klasse 1 für andere Wellenlängen.

Anmerkung:
Lasereinrichtungen der Klasse 3R sind für das Auge potenziell gefährlich wie Lasereinrichtungen der Klasse 3B. Das Risiko eines Augenschadens wird dadurch verringert, dass der Grenzwert der zugänglichen Strahlung (GZS) im sichtbaren Wellenlängenbereich auf das Fünffache des Grenzwertes der zugänglichen Strahlung (GZS) für Klasse 2, in den übrigen Wellenlängenbereichen auf das Fünffache des Grenzwertes der zugänglichen Strahlung (GZS) für Klasse 1 begrenzt ist.
Für kontinuierlich strahlende Laser der Klasse 3R beträgt der Grenzwert der zugänglichen Strahlung (GZS) Pgrenz = 5 mW


3.4 Klasse 3B
Die zugängliche Laserstrahlung ist gefährlich für das Auge, häufig auch für die Haut.

Anmerkung:
Das direkte Blicken in den Strahl bei Lasern der Klasse 3B ist gefährlich. Ein Strahlbündel kann üblicherweise sicher über einen geeigneten diffusen Reflektor betrachtet werden, wenn folgende Bedingungen gleichzeitig erfüllt sind wenn:
… der minimale Beobachtungsabstand zwischen diffusem Reflektor und Hornhaut des Auges ist :13 cm
… die maximale Beobachtungsdauer beträgt 10 s
… keine gerichteten Strahlanteile ins Auge treffen können
Bei vielen Diffusoren ist aber mit gerichteten Strahlanteilen zu rechnen.


3.5 Klasse 4
Die zugängliche Laserstrahlung ist sehr gefährlich für das Auge und gefährlich für die Haut. Auch diffus gestreute Strahlung kann gefährlich sein. Die Laserstrahlung kann Brand- und Explosionsgefahr verursachen.

Anmerkung:
Lasereinrichtungen der Klasse 4 sind Hochleistungslaser, deren Ausgangsleistungen bzw. -energien die Grenzwerte der zugänglichen Strahlung (GZS) für Klasse 3B übertreffen.
Die Laserstrahlung von Lasereinrichtungen der Klasse 4 ist so intensiv, dass bei jeglicher Art von Exposition der Augen oder Haut mit Schädigungen zu rechnen ist.
Außerdem muss bei der Anwendung von Lasereinrichtungen der Klasse 4 immer geprüft werden, ob ausreichende Maßnahmen gegen Brand- und Explosionsgefahren getroffen sind; siehe auch §§ 10 und 16 der Unfallverhütungsvorschrift "Laserstrahlung".


4. Begriffe aus dem Arbeitsschutz zur Einhaltung von Grenzwerten

4.1 Maximal zulässige Bestrahlung (MZB)


Die MZB ist in der Unfallverhütungsvorschrift BGV B2 definiert als Grenzwert von Laserstrahlung, dem Personen unter normalen Umständen ausgesetzt werden dürfen, ohne das schädliche Folgen eintreten.
Die MZB-Werte stellen die maximalen Werte dar, denen das Auge oder die Haut ausgesetzt werden können, ohne dass damit Verletzungen unmittelbar oder nach einer langen Zeit (Zeitbasis) verbunden sind.

Die MZB ist verknüpft mit der Wellenlänge der Strahlung, der Impulsdauer, der Einwirkungsdauer, der Art der exponierten Organe und der Größe des Bildes auf der Netzhaut, bei Strahlung im sichtbaren und im nahen Infrarot-Bereich 400 nm bis 1400 nm (zur Wiederholung der sichtbare Bereich in dem die Showlaser arbeiten liegt geht von 380nm bis 780nm).

Die Berechnung von Grenzwerten ist Aufgabe eines Laserschutzbeauftragten (LSB). Die dazu gehörigen Formeln findet man in der Unfallverhütungsvorschrift BGV B2. Aufgrund der Komplexität der Berechnungen wird hier auf eine genauere Betrachtung verzichtet.

4.2 Sicherheitsabstand (Nominal Ocular Hazard Distance NOHD)

Laserstrahlung ist immer mehr oder weniger divergent. Der Strahldurchmesser vergrößert sich mit zunehmender Entfernung. Entsprechend verringert sich die Bestrahlungsstärke mit dem Abstand vom Laser.
Der Sicherheitsabstand NOHD kennzeichnet bei Lasern der Klassen 3R, 3B und 4 den Abstand, bei dem die Bestrahlungsstärke der zugeordneten MZB entspricht.
Bei Erreichen des NOHD's entspricht die Bestrahlung oder Bestrahlungsstärke der MZB
Die Berechnung des NOHD ist ebenfalls Aufgabe des LSB.

6 NOHD.JPG

4.3. Laserbereich
Ein Laserbereich im Sinne der Unfallverhütungsvorschrift ist der Bereich, in welchem die Werte für die maximal zulässige Bestrahlung (MZB) überschritten werden können.
Deswegen gelten für einen Laserbereich strenge Vorschriften, z.B. Abgrenzungen Zutrittskontrollen, Warnlampen, oder auch das Tragen einer persönlichen Schutzausrüstung, wenn es unausweichlich ist, dass Menschen im Laserbereich unter Licht arbeiten müssen. Dritte, bzw. Zuschauer dürfen nie im Laserbereich sein.

Die Definition eines Laserbereiches, sowie die Sicherstellung, dass alle festgelegten Bestimmungen im Laserbereich eingehalten werden, ist eine weitere Aufgabe des LSB. Die einzelnen Bestimmungen hier zu listen und sinnvoll zu bewerten, sprengt den Rahmen

Zu guter Letzt noch ein wichtiger Hinweis vor allem für die Jugendlichen im Forum, die sich Showlaser der Klassen 3R, 3B oder gar 4 anschaffen wollen:

Jugendliche unter 16 Jahren dürfen in Laserbereichen nicht eingesetzt werden
Jugendliche über 16 Jahre dürfen nur eingesetzt werden, wenn dies zur Erreichung des Ausbildungszieles erforderlich ist und ihr Schutz durch Aufsicht eines Fachkundigen gewährleistet ist


Gruss Helmut
 
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