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Anhang 4 TROS Laser Teil 2, Expositionsgrenzwerte
Anhang 4 TROS Laser Teil 2
Technische Regeln zur Arbeitsschutzverordnung zu künstlicher optischer Strahlung TROS Laserstrahlung Teil 2: Messungen und Berechnungen von Expositionen gegenüber Laserstrahlung
Bundesrecht

Anhangteil

Titel: Technische Regeln zur Arbeitsschutzverordnung zu künstlicher optischer Strahlung TROS Laserstrahlung Teil 2: Messungen und Berechnungen von Expositionen gegenüber Laserstrahlung
Normgeber: Bund
Redaktionelle Abkürzung: TROS Laser Teil 2
Gliederungs-Nr.: [keine Angabe]
Normtyp: Technische Regel

Anhang 4 TROS Laser Teil 2 – Expositionsgrenzwerte

A4.1
Expositionsgrenzwerte für Laserstrahlung

(1) Die biophysikalisch relevanten Expositionswerte für Laserstrahlung lassen sich anhand der nachstehenden Formeln bestimmen. Welche Formel zu verwenden ist, hängt von der Wellenlänge und der Expositionsdauer ab. Die Ergebnisse sind mit den entsprechenden Expositionsgrenzwerten 1 (EGW) der Tabellen A4.3 bis A4.5 zu vergleichen. Für die jeweilige Laserstrahlenquelle können mehrere Expositionsgrenzwerte relevant sein.

(2) Die in den Tabellen A4.3 bis A4.5 als Berechnungsfaktoren verwendeten Koeffizienten sind in Tabelle A4.6, die Korrekturfaktoren für wiederholte Exposition sind in Tabelle A4.7 aufgeführt.

PLeistung, ausgedrückt in Watt (W);
AFläche, ausgedrückt in Quadratmeter (m2);
E, E(t)Bestrahlungsstärke oder Leistungsdichte: die auf eine Fläche einfallende Strahlungsleistung je Flächeneinheit, ausgedrückt in Watt pro Quadratmeter (W m-2); die Werte E und E(t) werden aus Messungen gewonnen oder können vom Hersteller der Arbeitsmittel angegeben werden;
HBestrahlung: das Integral der Bestrahlungsstärke über die Zeit, ausgedrückt in Joule pro Quadratmeter (J m-2);
tZeit, Expositionsdauer: Δt = t2 - t1, ausgedrückt in Sekunden (s);
λWellenlänge, ausgedrückt in Nanometern (nm);
γEmpfangswinkel: der ebene Winkel innerhalb dessen ein Empfänger auf optische Strahlung anspricht, auch Gesichtsfeld genannt, ausgedrückt in Milliradiant (mrad);
γPGrenz-Empfangswinkel, ausgedrückt in Milliradiant (mrad);
DDurchmesser der Messblende; die Messblende ist die kreisförmige Fläche mit dem Durchmesser D, über die Bestrahlungsstärke und Bestrahlung gemittelt werden;
αWinkelausdehnung einer Quelle, ausgedrückt in Milliradiant (mrad);
L, L(t)Strahldichte der Quelle, ausgedrückt in Watt pro Quadratmeter pro Steradiant (W m-2 sr-1);
Gintegrierte Strahldichte: das Integral der Strahldichte über eine bestimmte Expositionsdauer, ausgedrückt in Joule pro Quadratmeter pro Steradiant (J m-2 sr-1); Strahlungsenergie je Flächeneinheit einer Abstrahlfläche je Einheitsraumwinkel der Emission.

Tab. A4.1
Zuordnung der Tabellen für die Expositionsgrenzwerte zu den Wellenlängenbereichen

Wellenlänge λ in nmWellenlängenbereichBetroffenes OrganTabelle für die Expositionsgrenzwerte
100 * - 400UVAugeA4.3, A4.4
HautA4.5
400 - 600sichtbarAugeA4.4
400 - 700sichtbarAugeA4.3, A4.4
HautA4.5
700 - 1 400IR-AAugeA4.3, A4.4
HautA4.5
1 400 - 106IR-B, IR-CAugeA4.3, A4.4
HautA4.5

Tab. A4.2
Akute und Langzeitwirkungen von Laserstrahlung

Wellenlänge λ/nmWellenlängenbereichBetroffenes OrganSchädigung
100 * - 400UVAugeHornhautentzündung
Bindehautentzündung
Grauer Star
Hautfotosensitive Reaktionen Hautrötung
Verstärkte Pigmentierung
Beschleunigte Prozesse der Hautalterung
Verbrennung der Haut Hautkrebs
400 - 600sichtbarAugefotochemische
Netzhautschädigung
400 - 700sichtbarAugeNetzhautschädigung
Hautfotosensitive Reaktionen
Verbrennung der Haut
700 - 1 400IR-AAugeGrauer Star
Verbrennung der Netzhaut
HautVerbrennung der Haut
1 400 - 2 600IR-BAugeGrauer Star
Verbrennung der Hornhaut
2 600 - 106IR-CAugeVerbrennung der Hornhaut
1 400 - 106IR-B, IR-CHautVerbrennung der Haut

Tab. A4.3
Expositionsgrenzwerte für die Einwirkung von Laserstrahlung auf das Auge, kurze Expositionsdauer (t < 10 s)

Wellenlänge λ in nm (siehe a)Durchmesser der Messblende DExpositionsdauer t in s
10-13-10-11 10-11-10-9 10-9-10-7 10-7-1,8 10-5 1,810-5-5 10-5 5 10-5-10-3 10-3-10
UV-C100 1) - 280
280 - 302
1 mm für t ≤ 0,35 s 2); 1,5 t 0,375 mm für 0,35 s < t < 10 sE = 3 1010 W m-2H = 30 J m-2
UV-B303H = 40 J m-2;für t < 2,6 10-9 s} 
304H = 60 J m-2;für t < 1,3 10-8 s 
305H = 100 J m-2;für t < 1,0 10-7 s 
306H = 160 J m-2;für t < 6,7 10-7 s 
307H = 250 J m-2;für t < 4,0 10-6 s 
308H = 400 J m-2;für t < 2,6 10-5 sgilt H = 5,6 103 t0,25 J m-2 (siehe b)
309H = 630 J m-2;für t < 1,6 10-4 s 
310H = 1000 J m-2;für t < 1,0 10-3 s 
311H = 1,6 103 J m-2;für t < 6,7 10-3 s 
312H = 2,5 103 J m-2;für t < 4,0 10-2 s 
313H = 4,0 103 J m-2;für t < 2,6 10-1 s 
314H = 6,3 103 J m-2;für t < 1,6 s 
UV-A315 - 400H = 5,6 103 t0,25 J m-2

Tab. A4.3
Fortsetzung

Wellenlänge λ in nm (siehe a)Durchmesser der Messblende DExpositionsdauer t in s
10-13-10-11 10-11-10-9 10-9-10-7 10-7-1,8 10-5 1,8 10-5-5 10-5 5 10-5-10-3 10-3-10
Sichtbar und IR-A400 - 7007 mmH = 1,5 10-4 CE J m2H = 2,7 104 t0,75 CE J m-2H = 5 10-3 CE J m-2H = 18 t0,75 CE J m-2
700 - 1 050H = 1,5 10-4 CA CE J m-2H = 2,7 104 t0,75 CA CE J m-2H = 5 10-3 CA CE J m-2H = 18 t0,75 CA CE J m-2
1 050 - 1 400H = 1,5 10-3 CC CE J m-2H = 2,7 105 t0,75 CC CE J m-2H = 5 10-2 CC CE J m-2H = 90 t0,75 CC CE J m-2
IR-B und IR-C1 400 - 1 500siehe cE = 1012 W m-2H = 103 J m-2H = 5,6 103 t0,25 J m-2
1 500 - 1 800E = 1013 W m-2H = 104 J m-2
1 800 - 2 600E = 1012 W m-2H = 103 J m-2H = 5,6 103 t0,25 J m-2
2 600 - 106E = 1011 W m-2H = 100 J m-2H = 5,6 103 t0,25 J m-2
aSind für eine Wellenlänge zwei Expositionsgrenzwerte aufgeführt, so ist unter Einbeziehung der zugeordneten Messverfahren das Ergebnis anzuwenden, welches den strengeren Wert darstellt.
Expositionsgrenzwerte für Zeiten unterhalb 10-13 s werden dem jeweiligen Expositionsgrenzwert bei 10-13 s, ausgedrückt in Einheiten der Bestrahlungsstärke, gleichgesetzt.
bDie in der Tabelle angegebenen Werte gelten für einzelne Laserimpulse. Bei mehrfachen Laserimpulsen müssen die Laserimpulsdauern, die innerhalb der Expositionsdauer t liegen, addiert werden. Die daraus resultierende Expositionsdauer muss in die Formel H = 5,6 103 t0,25 für t eingesetzt werden.
cWenn 1 400 nm ≤ λ < 105 nm, dann gilt:
- für t ≤ 0,35 s 3), D = 1 mm
- für 0,35 s < t < 10 s, D = 1,5 t0,375 mm.
Wenn 105 nm ≤ λ < 106 nm, dann ist D = 11 mm.

Tab. A4.4
Expositionsgrenzwerte für die Exposition des Auges durch Laserstrahlung, lange Expositionsdauer (t ≥ 10 s)

Wellenlänge λ in nm (siehe a)Durchmesser der Messblende D in mmExpositionsdauer in s
10-102 102-104 104-3 104
UV-C100 1) - 2803,5 {30} 
UV-B280 - 302 30 
303 40 
304 60 
305 100 
306 160 
307 250 
308H =400J m-2
309 630 
310 1 000 
311 1 600 
312 2 500 
313 4 000 
314 6 300 
UV-A315-400 10 000 
Sichtbar400 - 600 Fotochemische Netzhautschädigung
(siehe b)
7H = 100 CB J m-2;
γ = 11 mrad
(siehe c)
E = 1 CB W m-2;
γ = 1,1 t 0,5 mrad
(siehe c)
E = 1 CB W m-2;
γ = 110 mrad
(siehe c)
400 - 700 Thermische Netzhautschädigung
(siehe b)
α ≤ 2) 1,5 mrad
α > 1,5 mrad und t ≤ T2
α > 1,5 mrad und t > T2
E = 10 W m-2
H = 18 CE t0,75 J m-2
E = 18 CE T2-0,25 W m-2
IR-A700 - 1 400α ≤ 3) 1,5 mrad
α > 1,5 mrad und t ≤ T2
α > 1,5 mrad und t > T2
E = 10 CA CC W m-2
H = 18 CA CC CE t0,75 J m-2
E = 18 CA CC CE T2-0,25 W m-2
(maximal 1 000 W m-2)
IR-B und IR-C1 400 - 1053,5E = 1 000 W m-2
105 - 10611
aSind für eine Wellenlänge zwei Expositionsgrenzwerte aufgeführt, so ist unter Einbeziehung der zugeordneten Messverfahren das Ergebnis anzuwenden, welches den strengeren Wert darstellt.
bBei kleinen Quellen mit einer Winkelausdehnung α ≤ 1,5 mrad sind statt der beiden Expositionsgrenzwerte E für Wellenlängen von 400 nm bis 600 nm nur die thermischen Expositionsgrenzwerte für 10 s ≤ t < T1 und die fotochemischen Expositionsgrenzwerte für längere Zeiten anzuwenden. Zu T1 und T2 siehe Tabelle A4.6. Der Expositionsgrenzwert für fotochemische Netzhautschädigung kann auch als Integral der Strahldichte über die Zeit ausgedrückt werden, wobei für 10 s ≤ t ≤ 10 000 s, G = 106 CB J m-2 sr-1, und für t > 10 000 s, L = 100 CB W m-2 sr-1 gilt. Zur Messung von G und L ist γP als Mittelung des Empfangswinkels zu verwenden.
cFür Messungen des Expositionswertes ist γρ wie folgt zu berücksichtigen:
-Wenn α > γ, dann γ = γP. Bei Verwendung eines größeren Empfangswinkels würde die Gefährdung überbewertet.
-Wenn α < γ, dann muss γ die betrachtete Quelle voll erfassen. Er ist ansonsten jedoch nicht beschränkt und kann größer sein als γP.

Tab. A4.5
Expositionsgrenzwerte für die Exposition der Haut durch Laserstrahlung

Wellenlänge λ in nm (siehe a)Durchmesser der Messblende DExpositionsdauer t in s
< 10-9 10-9-10-7 10-7-10-3 10-3-1010-103 103-3 104
UV
(A, B, C)
100 * - 4003,5 mmE = 3 1010 W m-2Gleiche Werte wie Expositionsgrenzwerte für das Auge
sichtbar und IR-A400 - 700E = 2 1011 W m-2H = 200 CA J m-2H = 1,1 104 CA t0,25 J m-2E = 2 103 CA W m-2
700 - 1 400E = 2 1011 CA W m-2
IR-B und IR-C1 400 - 1 500E = 1012 W m-2Gleiche Werte wie Expositionsgrenzwerte für das Auge
(siehe b)
1 500 - 1 800E = 1013 W m-2
1 800 - 2 600E = 1012 W m-2
2 600 - 106E = 1011 W m-2
aSind für eine Wellenlänge zwei Expositionsgrenzwerte aufgeführt, so ist unter Einbeziehung der zugeordneten Messverfahren das Ergebnis anzuwenden, welches den strengeren Wert darstellt.
bFür Expositionsdauern t > 10 s gilt:
-Für bestrahlte Hautflächen AH > 0,1 m2 beträgt der Expositionsgrenzwert E = 100 W m-2.
-Für Flächen von 0,01 m2 bis 0,1 m2 verändert sich der Expositionsgrenzwert umgekehrt proportional zur bestrahlten Hautfläche: E = 10 W / AH.

Tab. A4.6
Korrekturfaktoren und sonstige Berechnungsparameter

ParameterGültiger Spektralbereich λ in nmWert
CA< 7001
700 - 1 050 100,002 (λ - 700)
1 050 - 1 4005
CB400 - 4501
450 - 600100,02 (λ - 450)
CC700 - 1 1501
1 150 - 1 200 100,018 (λ - 1150)
1 200 - 1 4008
T1< 45010 s
450 - 50010 100,02 (λ - 450) s
> 500100 s
ParameterBiologische WirkungWert
αminalle thermischen Wirkungen1,5 mrad
ParameterWinkelausdehnung in mradWert
CEα ≤ αmin1
αmin < α ≤ 100α / αmin
α > 100αmax / αmin
bei αmax = 100 mrad
T2α ≤ 1,510 s
1,5 < α ≤ 10010 10[(α - 1,5) / 98,5] s
α > 100100 s
ParameterExpositionsdauer t in sWert in mrad
γρt ≤ 10011
100 < t ≤ 1041,1 t0,5
t > 104110

Hinweis:

Die Parameter CE und T2 gelten nur für den Wellenlängenbereich 400 nm < λ ≤ 1 400 nm.

Tab. A4.7
Korrektur bei wiederholter Exposition (Impulsfolgen)

Gültiger Spektralbereich in nmTmin in s
315 < λ ≤ 40010-9
400 < λ ≤ 1 05018 10-6
1 050 < λ ≤ 1 40050 10-6
1 400 < λ ≤ 1 50010-3
1 500 < λ ≤ 1 800101
1 800 < λ ≤ 2 60010-3
2 600 < λ ≤ 10610-7

(3) Jede der drei folgenden Regeln ist bei allen Expositionen anzuwenden, die bei wiederholt gepulster oder modulierter Laserstrahlung auftreten. Der restriktivste Wert, der sich im Vergleich mit den Strahlungsdaten, ermittelt nach der jeweiligen Messbedingung, ergibt, ist auszuwählen.

  1. 1.

    Die Exposition durch jeden einzelnen Impuls einer Impulsfolge darf den Expositionsgrenzwert für einen Einzelimpuls dieser Impulsdauer nicht überschreiten.

  2. 2.

    Die Exposition durch eine Impulsgruppe (oder eine beliebige Untergruppe von Impulsen in einer Impulsfolge) innerhalb eines beliebigen Zeitraums t darf den Expositionsgrenzwert für die Zeitdauer t nicht überschreiten.

  3. 3.

    Die Exposition durch jeden einzelnen Impuls in einer Impulsgruppe darf den Expositionsgrenzwert für den Einzelimpuls, multipliziert mit einem für die kumulierte thermische Wirkung geltenden Korrekturfaktor CP = N-0,25 nicht überschreiten, wobei N die Zahl der Impulse innerhalb des Zeitraums t ist. Diese Regel gilt nur für Expositionsgrenzwerte zum Schutz gegen thermische Schädigung, wobei alle in weniger als Tmin erzeugten Impulse als einzelner Impuls mit der Dauer Tmin behandelt werden.

(4) Um zu prüfen, ob bei einer vorgegebenen Wiederholfrequenz Impulse zusammen zu fassen sind, kann der zeitliche Abstand ΔT zwischen zwei Impulsen wie folgt aus der Impulswiederholfrequenz fρ des Lasers berechnet werden:

(5) Zum Vergleich kann der Wert für Tmin aus Tabelle A4.7 entnommen werden.

Beispiel:

Hat man Impulse mit einer Impulsdauer kleiner als 18 µs (gilt für 400 nm bis 1 050 nm), so können diese zu Impulsen T = 18 µs zusammengefasst werden. Es ergibt sich dann die neue Impulszahl N bei einer Zeitbasis von 100 s (18 µs, 100 s Zeitbasis)

Hinweis 1 1:

Impulse im Sinne dieser Anlage sind Impulse mit den Impulsdauern von ≤ 0,25 s.

Hinweis 2 2:

Die maximale Zeit T, für die die Impulszahl N ermittelt werden muss, ist für

315 nm < λ ≤ 400 nm:30 000 s, oder die anzuwendende Expositionsdauer, falls diese kürzer ist;
400 nm < λ ≤ 1 400 nm:T2 (Tabelle A4.6) oder die anzuwendende Expositionsdauer, falls diese kürzer ist;
λ > 1 400 nm:10 s.

Hinweis 3 3:

Bei sehr großen zu berücksichtigenden Impulszahlen kann es vorkommen, dass der berechnete Expositionsgrenzwert bezogen auf die Impuls(spitzen)leistung kleiner ist als der Expositionsgrenzwert für kontinuierliche Strahlung. In solchen Fällen gilt der Expositionsgrenzwert für kontinuierliche Strahlung.

A4.2
Vereinfachte Expositionsgrenzwerte zur Auswahl von Laser-Schutz- und -Justierbrillen

Um die Einhaltung der Expositionsgrenzwerte insbesondere für die Bestimmung der Laser-Schutz- und Laser-Justierbrillen schnell überprüfen zu können, kann folgende Tabelle, die zur sicheren Seite hin vereinfachte Grenzwerte benutzt, für viele Fälle verwendet werden.

Tab. A4.8
Vereinfachte maximal zulässige Bestrahlungswerte auf der Hornhaut des Auges

Wellenlängenbereich in nmBestrahlungsstärke EBestrahlung H
***M*** , R ****
Impulsdauer in sE/W m-2 Impulsdauer in sE/W m-2 Impulsdauer in sH/J m-2 Impulsdauer in sH/J m-2
100 ≤ λ < 31530 0000,001< 10-93 1010--> 10-9 bis 3 10430
315 ≤ λ < 1 400> 5 10-4 bis 1010--< 10-91,5 10-4> 10-9 bis 5 10-40,005
1 400 ≤ λ ≤ 106> 0,1 bis 101 000< 10-91011--> 10-9 bis 0,1100

Hinweis:

In dieser vereinfachten Tabelle wird Strahlung von Impulslasern nur bis 0,1 s als Impulslaserstrahlung betrachtet. Laserstrahlung ab 0,1 s wird als Dauerstrich-Strahlung betrachtet.

1

Grenzwerte für die Einwirkung von Laserstrahlung auf Personen sind als Expositionsgrenzwerte festgelegt.

*

Nach § 2 "Begriffsbestimmungen" der OStrV ist der Wellenlängenbereich der optischen Strahlung auf 100 nm bis 1 mm festgelegt.

1)

Nach § 2 "Begriffsbestimmungen" der OStrV ist der Wellenlängenbereich der optischen Strahlung auf 100 nm bis 1 mm festgelegt.

2)

Der Anfangspunkt der Funktion wurde - zur sicheren Seite hin - von 0,3 s auf 0,35 s verschoben, um eine bessere Anpassung zwischen variabler und fester Messblende zu erreichen. Zur Vereinfachung kann ein Durchmesser der Messblende von 1 mm verwendet werden.

3)

Der Anfangspunkt der Funktion wurde - zur sicheren Seite hin - von 0,3 s auf 0,35 s verschoben, um eine bessere Anpassung zwischen variabler und fester Grenzblende zu erreichen.

1)

Nach § 2 "Begriffsbestimmungen" der OStrV ist der Wellenlängenbereich der optischen Strahlung auf 100 nm bis 1 mm festgelegt.

2)

redaktionelle Änderung

3)

redaktionelle Änderung

*

Nach § 2 "Begriffsbestimmungen" der OStrV ist der Wellenlängenbereich der optischen Strahlung auf 100 nm bis 1 mm festgelegt.

1

Die maximale Impulsdauer ist bereits in den Begriffsbestimmungen (Teil "Allgemeines") beschrieben. Bei der Anwendung der Formel ist diese Einschränkung wichtig.

2

Die Zeitobergrenze T ist die Zeit der Einwirkung, ab der die Expositionsgrenzwerte in Leistung bzw. Bestrahlung ausgedrückt werden und sich mit zunehmender Expositionsdauer nicht mehr verschärfen.

3

Dieses Kriterium bewirkt, dass der Expositionsgrenzwert für einen Laserimpuls unter die Leistung fallen würde, die für einen Dauerstrichlaser für die kontinuierliche Strahlung gelten würde.

*

Dauerstrich (konstante Leistung über mindestens 0,25 s)

**

Modengekoppelt (Emission in Impulsen, die kleiner als 10-7 s und länger als 1 ns sind)

***

Impuls (Emissionen die kürzer als 0,25 s und länger als 10-7 s sind)

****

Riesenimpuls (Emission in Impulsen, die kürzer als 10-7 s und länger als 1 ns sind)