Handbuch Laser-Strahlenschutz

Schutz vor Laserstrahlung ist ein Anliegen, das praktisch mit der Entwicklung des ersten Lasers — einem Rubinlaser — durch Theodore H. Maiman im Jahre 1960 Bedeutung erlangte. Dies war über vier Jahrzehnte, nachdem Albert Einstein 1917 die theoretischen Grundlagen für die induzierte Emission geschaffen hatte.

Zur Einführung in die Laserphysik werden nach einem kurzen Überblick über die Entwicklung des Lasers das Laserprinzip und die besonderen Eigenschaften der Laserstrahlung behandelt sowie die verschiedenen Lasertypen beschrieben. In einer Übersicht werden die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten von Lasern dargestellt.

Die charakteristischen Strahldaten eines Lasers werden sowohl für dessen Nutzanwendung als auch für Sicherheitsanalysen und die Klassifizierung benötigt. Es sind dies eine oder mehrere der folgenden Angaben sowie weiterer, die davon abgeleitet sind: Wellenlänge, Leistung, Energie, Impulsdauer, Strahlabmessungen, Strahldivergenz, Modenprofil und Impulsmuster. Aus diesen Größen können die für die jeweilige Anwendung bzw. Sicherheitsanalyse notwendigen Größen errechnet werden. In den Tabellen für die Laserklassifizierung und die Grenzwerte zulässiger Bestrahlung treten neben Leistung und Energie die Leistungs- und Energiedichte, die Strahldichte und deren Zeitintegral, die integrierte Strahldichte, auf. Da gerade einige der radiometrischen Größen weniger bekannt sind, sollen zunächst diese erläutert werden.

Die biologische Wirkung der Laserstrahlung unterscheidet sich nicht grundsätzlich von der biologischen Wirkung anderer optischer Strahlung, die von nichtkohärenten Lichtquellen ausgestrahlt wird. Es gibt jedoch einige Besonderheiten, die für Laserstrahlung charakteristisch sind, und die zum Teil zu dem großen Gefährdungspotential beitragen, das die Laserstrahlung hat. Es sind diese

Wegen der Fokussierungswirkung des Auges im Spektralbereich zwischen 400 und 1400 nm muß man zwischen zulässigen Grenzwerten für die Haut und denen für das Auge unterscheiden, (siehe Abschn. 4.6.3). In diesem Kapitel werden die charakteristischen Abhängigkeiten der zulässigen Grenzwerte von der Wellenlänge und der Einwirkungsdauer dargestellt. Mit diesen Grenzwerten muß man sich nur dann auseinandersetzen, wenn man Laser benutzt, bei denen gefährliche Strahlung frei zugänglich ist, also Laser der Klassen 3B und 4 (siehe Abschn. 7) sowie bei der Wartung gekapselter Laser dieser Klasse. Dann müssen auch Laserschutzbrillen getragen werden (siehe Abschn. 9). Die zulässigen Grenzwerte nennt man abgekürzt MZB-Werte („Maximal Zulässige Bestrahlung“) oder in der englischen Literatur MPE („Maximum Permissible Exposure“).

Die Zuordnung von Lasergeräten zu verschiedenen Laserklassen soll für den Benutzer die mögliche Gefährdung sofort ersichtlich machen, damit er vereinfacht abschätzen kann, wie er sein Verhalten einrichten muß, und welche Schutzmaßnahmen zu ergreifen sind. Daher ist die Zuordnung so gewählt, daß mit zunehmender Klassennummer auch die Gefährdung, die vom Laser ausgeht, größer wird. Die Einteilung erfolgt dabei je nach Zählung (die Klasse 3 ist zweigeteilt) nach IEC [7.1] bzw. VDE [7.2] in 4 oder 5 Klassen. Die Einteilung geht teilweise von den zulässigen Strahlungsgrenzwerten aus, teilweise ist sie auch ziemlich willkürlich. Die Idee, dem Benutzer die Auseinandersetzung mit den Strahlungsgrenzwerten zu ersparen, die hinter den Laserklassen steht, kommt nur in den Klassen 1, 2 und 3A (siehe Abschn. 7.2) zum Tragen. In den Klassen 3B und 4 bleibt es bei den uneingeschränkten Kontrollmaßnahmen zur Vermeidung von Schäden durch Laserstrahlung. Man sollte daher auch diese Laser am Einsatzort so weit kapseln, daß sie dann als Gesamtanlage doch wieder der Klasse 1 zugeordnet werden können.

Ziel dieses Kapitels ist es, durch Aufzeigen wichtiger Aspekte und von Beispielen aus möglichst vielen Einsatzbereichen des Lasers dem Anwender dieser neuen Technik eine Handhabe für die Durchführung der notwendigen Sicherheitsmaßnahmen zu geben. In vielen Fällen wird es notwendig sein, den Inhalt der anderen, teilweise grundlegenden Kapitel mit diesem hier zu verbinden, um eine zufriedenstellende Lösung zu erreichen. Deshalb wird in diesem Kapitel besonders häufig auf spezielle Abschnitte im Buch verwiesen.

Persönliche Schutzmaßnahmen sollen Verletzungen des menschlichen Körpers durch Laserstrahlen verhindern. Im Vordergrund steht dabei das Auge, sowohl hinsichtlich der zulässigen Grenzwerte, als auch hinsichtlich seiner Bedeutung als wesentliche Informationsquelle für den Menschen. Bisher sind in der gesamten Zeit des Lasereinsatzes glücklicherweise nur recht wenige Augenverletzungen mit Laserstrahlung bekannt geworden. Dies liegt sicher zum Teil daran, daß die Laser nicht ganz so gefährlich sind, wie man zunächst annahm. Dabei wurden allerdings weniger die Schädigungsmöglichkeiten durch die Laserstrahlung überschätzt. Die niedrigen Unfallzahlen sind vielmehr hauptsächlich auf den Umstand zurückzuführen, daß bei einem Fehlverhalten die Wahrscheinlichkeit, daß der Laserstrahl zentral in das Auge fällt und einen bleibenden und stark behindernden Augenschaden erzeugt, nicht sehr hoch ist. Periphere Netzhautschäden fuhren meist zu keiner sehr starken Beeinträchtigung des Sehens. Zu den geringen Unfallzahlen hat aber auch gewiß mit beigetragen, daß die Vorschriften zum Schutz gegen Laserstrahlung bereits von Anfang an mit der Lasertechnik entwickelt wurden und auf Grund des Rufes, der dem Laser vorausging, auch weitgehend eingehalten wurden.

Die Laserstrahlung und ihre Wirkung auf Augen und Haut ist bei den meisten Laseranwendungen die wesentliche Gefahrenquelle, aber es gibt daneben in einigen Fällen weitere Gefährdungsmöglichkeiten (siehe auch [6.5, 6.6]). Bezüglich der Einwirkung auf den Menschen können diese direkter oder indirekter Natur sein. Indirekt bedeutet, daß z.B. die Strahlung erst auf eine explosible Atmosphäre einwirkt und diese dann die Gefahr hervorruft. Eine weitere Unterscheidungsmöglichkeit ergibt sich aus der Tatsache, daß die Gefahr aus dem Laser selbst kommen kann, z.B. wenn er gefährliche Stoffe enthält, oder aus der Art des Einsatzes, z.B. beim Schneiden entsprechender Materialien.