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.
P | Leistung, ausgedrückt in Watt (W); |
---|---|
A | Fläche, 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; |
H | Bestrahlung: das Integral der Bestrahlungsstärke über die Zeit, ausgedrückt in Joule pro Quadratmeter (J · m-2); |
t | Zeit, Expositionsdauer: Δt = t2 - t1, ausgedrückt in Sekunden (s); |
λ | Wellenlänge, ausgedrückt in Nanometern (nm); |
γ | Empfangswinkel: der ebene Winkel innerhalb dessen ein Empfänger auf optische Strahlung anspricht, auch Gesichtsfeld genannt, ausgedrückt in Milliradiant (mrad); |
γP | Grenz-Empfangswinkel, ausgedrückt in Milliradiant (mrad); |
D | Durchmesser der Messblende; die Messblende ist die kreisförmige Fläche mit dem Durchmesser D, über die Bestrahlungsstärke und Bestrahlung gemittelt werden; |
α | Winkelausdehnung einer Quelle, ausgedrückt in Milliradiant (mrad); |
L, L(t) | Strahldichte der Quelle, ausgedrückt in Watt pro Quadratmeter pro Steradiant (W · m-2 · sr-1); |
G | integrierte 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 nm | Wellenlängenbereich | Betroffenes Organ | Tabelle für die Expositionsgrenzwerte |
---|---|---|---|
100 * - 400 | UV | Auge | A4.3, A4.4 |
Haut | A4.5 | ||
400 - 600 | sichtbar | Auge | A4.4 |
400 - 700 | sichtbar | Auge | A4.3, A4.4 |
Haut | A4.5 | ||
700 - 1 400 | IR-A | Auge | A4.3, A4.4 |
Haut | A4.5 | ||
1 400 - 106 | IR-B, IR-C | Auge | A4.3, A4.4 |
Haut | A4.5 |
Tab. A4.2
Akute und Langzeitwirkungen von Laserstrahlung
Wellenlänge λ/nm | Wellenlängenbereich | Betroffenes Organ | Schädigung |
---|---|---|---|
100 * - 400 | UV | Auge | Hornhautentzündung Bindehautentzündung Grauer Star |
Haut | fotosensitive Reaktionen Hautrötung Verstärkte Pigmentierung Beschleunigte Prozesse der Hautalterung Verbrennung der Haut Hautkrebs | ||
400 - 600 | sichtbar | Auge | fotochemische Netzhautschädigung |
400 - 700 | sichtbar | Auge | Netzhautschädigung |
Haut | fotosensitive Reaktionen Verbrennung der Haut | ||
700 - 1 400 | IR-A | Auge | Grauer Star Verbrennung der Netzhaut |
Haut | Verbrennung der Haut | ||
1 400 - 2 600 | IR-B | Auge | Grauer Star Verbrennung der Hornhaut |
2 600 - 106 | IR-C | Auge | Verbrennung der Hornhaut |
1 400 - 106 | IR-B, IR-C | Haut | Verbrennung 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 D | Expositionsdauer 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 | ||||||
UV-C | 100 1) - 280 280 - 302 | 1 mm für t ≤ 0,35 s 2); 1,5 · t 0,375 mm für 0,35 s < t < 10 s | E = 3 · 1010 W · m-2 | H = 30 J · m-2 | ||||||||
UV-B | 303 | H = 40 J · m-2; | für t < 2,6 · 10-9 s | } | ||||||||
304 | H = 60 J · m-2; | für t < 1,3 · 10-8 s | ||||||||||
305 | H = 100 J · m-2; | für t < 1,0 · 10-7 s | ||||||||||
306 | H = 160 J · m-2; | für t < 6,7 · 10-7 s | ||||||||||
307 | H = 250 J · m-2; | für t < 4,0 · 10-6 s | ||||||||||
308 | H = 400 J · m-2; | für t < 2,6 · 10-5 s | gilt H = 5,6 · 103 · t0,25 J · m-2 (siehe b) | |||||||||
309 | H = 630 J · m-2; | für t < 1,6 · 10-4 s | ||||||||||
310 | H = 1000 J · m-2; | für t < 1,0 · 10-3 s | ||||||||||
311 | H = 1,6 · 103 J · m-2; | für t < 6,7 · 10-3 s | ||||||||||
312 | H = 2,5 · 103 J · m-2; | für t < 4,0 · 10-2 s | ||||||||||
313 | H = 4,0 · 103 J · m-2; | für t < 2,6 · 10-1 s | ||||||||||
314 | H = 6,3 · 103 J · m-2; | für t < 1,6 s | ||||||||||
UV-A | 315 - 400 | H = 5,6 · 103 · t0,25 J · m-2 |
Tab. A4.3
Fortsetzung
Wellenlänge λ in nm (siehe a) | Durchmesser der Messblende D | Expositionsdauer 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-A | 400 - 700 | 7 mm | H = 1,5 · 10-4 · CE J · m2 | H = 2,7 · 104 · t0,75 · CE J · m-2 | H = 5 · 10-3 · CE J · m-2 | H = 18 · t0,75 · CE J · m-2 | ||||
700 - 1 050 | H = 1,5 · 10-4 · CA · CE J · m-2 | H = 2,7 · 104 · t0,75 · CA · CE J · m-2 | H = 5 · 10-3 · CA · CE J · m-2 | H = 18 · t0,75 · CA · CE J · m-2 | ||||||
1 050 - 1 400 | H = 1,5 · 10-3 · CC · CE J · m-2 | H = 2,7 · 105 · t0,75 · CC · CE J · m-2 | H = 5 · 10-2 · CC · CE J · m-2 | H = 90 · t0,75 · CC · CE J · m-2 | ||||||
IR-B und IR-C | 1 400 - 1 500 | siehe c | E = 1012 W · m-2 | H = 103 J · m-2 | H = 5,6 · 103 · t0,25 J · m-2 | |||||
1 500 - 1 800 | E = 1013 W · m-2 | H = 104 J · m-2 | ||||||||
1 800 - 2 600 | E = 1012 W · m-2 | H = 103 J · m-2 | H = 5,6 · 103 · t0,25 J · m-2 | |||||||
2 600 - 106 | E = 1011 W · m-2 | H = 100 J · m-2 | H = 5,6 · 103 · t0,25 J · m-2 | |||||||
a | Sind 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. | |||||||||
b | Die 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. | |||||||||
c | Wenn 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 mm | Expositionsdauer in s | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
10-102 | 102-104 | 104-3 · 104 | ||||||||
UV-C | 100 1) - 280 | 3,5 | { | 30 | } | |||||
UV-B | 280 - 302 | 30 | ||||||||
303 | 40 | |||||||||
304 | 60 | |||||||||
305 | 100 | |||||||||
306 | 160 | |||||||||
307 | 250 | |||||||||
308 | H = | 400 | J · m-2 | |||||||
309 | 630 | |||||||||
310 | 1 000 | |||||||||
311 | 1 600 | |||||||||
312 | 2 500 | |||||||||
313 | 4 000 | |||||||||
314 | 6 300 | |||||||||
UV-A | 315-400 | 10 000 | ||||||||
Sichtbar | 400 - 600 Fotochemische Netzhautschädigung (siehe b) | 7 | H = 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-A | 700 - 1 400 | α ≤ 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-C | 1 400 - 105 | 3,5 | E = 1 000 W · m-2 | |||||||
105 - 106 | 11 | |||||||||
a | Sind für eine Wellenlänge zwei Expositionsgrenzwerte aufgeführt, so ist unter Einbeziehung der zugeordneten Messverfahren das Ergebnis anzuwenden, welches den strengeren Wert darstellt. | |||||||||
b | Bei 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. | |||||||||
c | Für 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 D | Expositionsdauer t in s | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
< 10-9 | 10-9-10-7 | 10-7-10-3 | 10-3-10 | 10-103 | 103-3 · 104 | |||||
UV (A, B, C) | 100 * - 400 | 3,5 mm | E = 3 · 1010 W · m-2 | Gleiche Werte wie Expositionsgrenzwerte für das Auge | ||||||
sichtbar und IR-A | 400 - 700 | E = 2 · 1011 W · m-2 | H = 200 · CA J · m-2 | H = 1,1 · 104 · CA · t0,25 J · m-2 | E = 2 · 103 · CA W · m-2 | |||||
700 - 1 400 | E = 2 · 1011 · CA W · m-2 | |||||||||
IR-B und IR-C | 1 400 - 1 500 | E = 1012 W · m-2 | Gleiche Werte wie Expositionsgrenzwerte für das Auge (siehe b) | |||||||
1 500 - 1 800 | E = 1013 W · m-2 | |||||||||
1 800 - 2 600 | E = 1012 W · m-2 | |||||||||
2 600 - 106 | E = 1011 W · m-2 | |||||||||
a | Sind für eine Wellenlänge zwei Expositionsgrenzwerte aufgeführt, so ist unter Einbeziehung der zugeordneten Messverfahren das Ergebnis anzuwenden, welches den strengeren Wert darstellt. | |||||||||
b | Für 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
Parameter | Gültiger Spektralbereich λ in nm | Wert |
---|---|---|
CA | < 700 | 1 |
700 - 1 050 | 100,002 (λ - 700) | |
1 050 - 1 400 | 5 | |
CB | 400 - 450 | 1 |
450 - 600 | 100,02 (λ - 450) | |
CC | 700 - 1 150 | 1 |
1 150 - 1 200 | 100,018 (λ - 1150) | |
1 200 - 1 400 | 8 | |
T1 | < 450 | 10 s |
450 - 500 | 10 · 100,02 (λ - 450) s | |
> 500 | 100 s |
Parameter | Biologische Wirkung | Wert |
---|---|---|
αmin | alle thermischen Wirkungen | 1,5 mrad |
Parameter | Winkelausdehnung in mrad | Wert |
---|---|---|
CE | α ≤ αmin | 1 |
αmin < α ≤ 100 | α / αmin | |
α > 100 | αmax / αmin bei αmax = 100 mrad | |
T2 | α ≤ 1,5 | 10 s |
1,5 < α ≤ 100 | 10 · 10[(α - 1,5) / 98,5] s | |
α > 100 | 100 s |
Parameter | Expositionsdauer t in s | Wert in mrad |
---|---|---|
γρ | t ≤ 100 | 11 |
100 < t ≤ 104 | 1,1 · t0,5 | |
t > 104 | 110 |
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 nm | Tminin s |
---|---|
315 < λ ≤ 400 | 10-9 |
400 < λ ≤ 1 050 | 18 · 10-6 |
1 050 < λ ≤ 1 400 | 50 · 10-6 |
1 400 < λ ≤ 1 500 | 10-3 |
1 500 < λ ≤ 1 800 | 101 |
1 800 < λ ≤ 2 600 | 10-3 |
2 600 < λ ≤ 106 | 10-7 |
(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.
Die Exposition durch jeden einzelnen Impuls einer Impulsfolge darf den Expositionsgrenzwert für einen Einzelimpuls dieser Impulsdauer nicht überschreiten.
- 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.
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 nm | Bestrahlungsstärke E | Bestrahlung H | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
D * | M ** | M | I ***, R **** | |||||
Impulsdauer in s | E/W · m-2 | Impulsdauer in s | E/W · m-2 | Impulsdauer in s | H/J · m-2 | Impulsdauer in s | H/J · m-2 | |
100 ≤ λ < 315 | 30 000 | 0,001 | < 10-9 | 3 · 1010 | - | - | > 10-9 bis 3 · 104 | 30 |
315 ≤ λ < 1 400 | > 5 · 10-4 bis 10 | 10 | - | - | < 10-9 | 1,5 · 10-4 | > 10-9 bis 5 · 10-4 | 0,005 |
1 400 ≤ λ ≤ 106 | > 0,1 bis 10 | 1 000 | < 10-9 | 1011 | - | - | > 10-9 bis 0,1 | 100 |
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.
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.
Nach § 2 "Begriffsbestimmungen" der OStrV ist der Wellenlängenbereich der optischen Strahlung auf 100 nm bis 1 mm festgelegt.
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.
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.
Nach § 2 "Begriffsbestimmungen" der OStrV ist der Wellenlängenbereich der optischen Strahlung auf 100 nm bis 1 mm festgelegt.
redaktionelle Änderung
redaktionelle Änderung
Nach § 2 "Begriffsbestimmungen" der OStrV ist der Wellenlängenbereich der optischen Strahlung auf 100 nm bis 1 mm festgelegt.
Die maximale Impulsdauer ist bereits in den Begriffsbestimmungen (Teil "Allgemeines") beschrieben. Bei der Anwendung der Formel ist diese Einschränkung wichtig.
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.
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)