Sicherheit bei optischer Strahlung

Dieses Buch steht im Regal Anleitungen.

Dieses Buch behandelt das Thema Sicherheit bei  optischer Strahlung. Grundsätzlich genießen wir die positiven Wirkungen der Sonnenstrahlung tagtäglich. Im technisch/industriellen sowie im medizinischen Umfeld gibt es eine Vielzahl von künstlichen optischen Strahlern, also vom Menschen erzeugte optische Strahlung. Da eine Überexposition  Haut und  Augen schädigen kann, gibt es eine Reihe von (komplizierten) Grenzwerten, um die Sicherheit zu gewährleisten. Diese Grenzwerte muss einerseits der Hersteller von optischen Strahlern berücksichtigen, um ein sicheres Produkt auf den Markt zu bringen, andererseits muss der Arbeitgeber für die Sicherheit sämtlicher Arbeitsplätze, die von optischer Überexposition betroffen sein können, sorgen. Zum Schluss werden noch Beispiele von Gefährdungsbeurteilungen gegeben.

• Zielgruppe: Sicherheitsfachkräfte (SFK, SiFa), Arbeitsmediziner, Hersteller von Lampen/Leuchten/Laser, im Arbeitnehmerschutz tätige Personen

• Lernziele: Die Gefahren von optischer Strahlung verstehen und richtige Maßnahmen umsetzen können. Eine dem Stand der Technik entsprechende Gefährdungsbeurteilung (Evaluierung) durchführen können.
• Buchpatenschaft/Ansprechperson: OptoFux

• Sind Co-Autoren gegenwärtig erwünscht? Wenn ich erst mal die detaillierte Gliederung fertig habe, könnt ihr euch gern beteiligen!

• Richtlinien für Co-Autoren: Das Buch sollte für den Anwender in der Praxis bestimmt sein.

• Themenbeschreibung: Arbeitssicherheit, Arbeitnehmerschutz, Produktsicherheit, Optische Strahlung, Lampen, Leuchten, Laser

• Aufbau des Buches: Von den biologischen Wirkmechanismen kommt man zu den Grenzwerten, die dann in Gesetzen, Verordnungen und Normen Eingang finden und am Arbeitsplatz eingehalten werden müssen.

Einleitung

Dieses Buch soll einen Überblick über den Arbeitnehmerschutz im Bereich der optischen Strahlung geben. Ausgehend von den gemeinsamen Grundlagen teilt sich dann die Kapitel jeweils in die parallelen Bereiche für Schutz vor inkohärenter optischer Strahlung (Lampen) und kohärenter optischer Strahlung vulgo Laser.

Abkürzungen

Um den Schreibstil kompakt zu halten, werden im Buch immer wieder Abkürzungen verwendet, die hier zusammengefasst dargestellt sind.

BCC

 basal cell carcinoma ( Basaliom, Basalzellenkarzinom)

BK

 Berufskrankheit

CMM

 Cutaneous malignant melanoma ( Malignes Melanom])

CQS

 Color quality scale Ein Wert, der eine gegenüber dem CRI verbesserte Beurteilung der Farbwiedergabe von angestrahlten Objekten ermöglicht. Vor allem bei LEDs mit ihren eher spitzenförmigen Spektren ist dies notwendig.

CRI

 Color rendering index (dt.  Farbwiedergabeindex): Ein Index zur Beurteilung, wie gut die Farben eines Objekts unter der Beleuchtung mit einer Lampe wiedergegeben werden (im Vergleich zur Beleuchtung mit einer vorgegebenen Spektralverteilung).

FOV

Field of view Ω, γ [sr, rad]. Jener (Raum-)Winkel, den das Meßgerät "sieht". Wenn ein ebener Winkel γ angegeben wird, so ist als Raumwinkel der zu einem Kegel ergänzte Raumwinkel gemeint. Der ebene Winkel γ ist der gesamte Winkel von einem Schenkel zum anderen. Eine vereinfachte Umrechnung bei kleinem γ ergibt sich zu $\Omega ={\frac {\gamma ^{2}\cdot \pi }{4}}$

LSB

Laserschutzbeauftragter (engl: laser safety officer)

MED

Minimale Erythemdosis [J/m²] (vgl. auch [SED])

• U. a. verwendet in der DIN 5031 für die Definition der  Hauttypen

NIR

Nicht ionisierende Strahlung bzw. Nahes Infrarot

NMSC

Non-melanoma skin cancer (Nicht maligne Hautkrebse)

PPE

Personal protective equipment (dt. siehe PSA)

PSA

Persönliche Schutzausrüstung

SCC

 squamous cell carcinoma ( Spinaliom, Spinalzellenkarzinom)

SED

MED/100 [J/m²]

• U. a. verwendet in der EN 14255-3 für die Definition der  Hauttypen

SFK

Sicherheitsfachkraft

UV

 Ultraviolettes Licht

• UV-A: λ = 315-400 nm (ab 380 nm Überlappung mit VIS)
• UV-B: λ = 280-315 nm
• UV-C: λ = 200-280 nm

UVI

 UV-Index

VIS

Licht

• Der Wellenlängenbereich ist nicht genau abgegrenzt.
• λ = 360/400 - 760/830 nm (bis 400 nm Überlappung mit UV)

Physikalische Grundlagen

Grundbegriffe

Allgemein

Wellenlänge

Die  Wellenlänge λ charakterisiert bei sichtbarem Licht die Farbe des Lichtes. Bei UV- und IR-Strahlung, welche vom menschlichen Auge nicht wahrgenommen werden kann, bestimmt es den örtlichen Abstand von einem Wellenberg zum nächsten in einem Augenblick. Alternativ könnte man auch die Frequenz der Welle nennen, dies ist aber bei  optischer Strahlung nicht üblich.

Übliche Einheiten (bei optischer Strahlung): [nm], [µm] (entspricht Frequenzen von [PHz], [THz])

Frequenz

Die  Frequenz f charakterisiert die Schwingungen der Welle pro Sekunde an einem bestimmten Ort. Sie ist invers zur häufig verwendeten Wellenlänge.

Übliche Einheiten: [MHz], [GHz], [THz]

Zusammenhang Wellenlänge-Frequenz

$c=\lambda \cdot f$

c =  Lichtgeschwindigkeit (~ 3·10⁸ m/s)

 Bestrahlungsstärke E

(engl.: irradiance): Leistung pro Fläche. Größe der Radiometrie. Eine Empfängergröße.

W/m²

 Irradiance

siehe  Bestrahlungsstärke

 Beleuchtungsstärke E_v

(engl.: illuminance): Lichtstrom pro Fläche. Größe der Fotometrie, V(λ) berücksichtigt. Eine Empfängergröße.

Einheit: lx

 Illuminance

siehe  Beleuchtungsstärke

 Strahldichte L

(engl.:  radiance): Leistung pro Fläche und Steradiant. Einheit der Radiometrie. Eine Empfängergröße.

Einheit: W/m²/sr

 Radiance

siehe Strahldichte

α

Winkelausdehnung der scheinbaren Quelle. Es wird üblicherweise der ganze Winkel angegeben.

Einheit: rad

Vakuum-UV

UV-Strahlung mit λ < 180 nm

Laser

Lasermedium

Jener "Stoff", in dem die Laserstrahlung durch stimulierte Emission entsteht. Das Lasermedium ist meist namensgebend für den Laser selbst. Das Lasermedium kann dabei fest, flüssig oder gasförmig sein. Beispiele sind Nd:YAG-Laser, CO₂-Laser, Farbstofflaser, Rubin-Laser, ...

Betriebsarten

Die Laserleistung kann kontinuierlich oder gepulst abgegeben werden. Das sind die Betriebsarten des Lasers. Die kontinuierliche Leistungsabgabe wird als Dauerstrich bzw. im Englischen als continous wave (cw) bezeichnet.

Wirkungsgrad

Generell ist der Wirkungsgrad das Verhältnis aus gewünschter Nutzenergie zu zugeführter Energie. Abhängig von der Laserbauart kann dies von weniger als einem Prozent bis zu 50 Prozent reichen. Der Rest der zugeführten Energie muss in Form von Wärme abgeführt werden. Bei Hochleistungsanlagen ist diese Energiemenge beträchtlich, sodass eine Kühlung erforderlich ist.

Ziellaser

Da der eigentliche Arbeitsstrahl oftmals unsichtbar ist, wird parallel dazu ein sichtbarer Laser geringerer Leistung (meist rot) in den Strahlengang eingekoppelt. Damit wird der Auftreffpunkt der Strahlung angezeigt. Manchmals werden dieses Laser auch als Pilotlaser bezeichnet. Sie entsprechen überlicherweise der Laserklasse 2 oder 3R gem. EN 60825-1.

Einteilung nach Wellenlängen

Optische Strahlung umfasst den Wellenlängenbereich von 1 nm - 1.000.000 nm, wobei in der Praxis der Bereich von 180 nm - 3.000 nm relevant ist. Folgende Einteilung gliedert die optische Strahlung:

• 1 nm - 400 nm: UV - Ultraviolett
  • 180 nm - 280 nm: UV-C
  • 280 nm - 315 nm: UV-B
  • 315 nm - 400 nm: UV-A
• 380 nm - 780 nm: Sichtbares Licht
  • violett
  • blau
  • indigo
  • grün
  • gelb
  • orange
  • rot
• 780 nm -1.000.000 nm: IR - Infrarot
  • 780 nm - 1.400 nm: IR-A
  • 1.400 nm - 3.000 nm: IR-B
  • 3.000 nm - 1.000.000 nm: IR-C

Einteilung in der Lasertechnik

In der Lasertechnik wird der sichtbare Teil des Spektrums definiert als:

• 400 nm - 700 nm: Sichtbares Licht
• 700 nm -1.000.000 nm: IR - Infrarot
  • 700 nm - 1.400 nm: IR-A

Der Grund dafür liegt darin, dass die Lasertechnik aus einem anderen Teil der Normung kommt. Wichtig ist der gemeinsame Bereich von sichtbarem Licht und IR-A, also der Bereich 400 nm - 1400 nm, da Strahlung dieser Wellenlängen bis zur Netzhaut vordringt.

Technik optischer Strahler

Lampen

Lampen/Strahler sollte man regelmäßig reinigen. Die Reinigung bei ausgeschalteter Lampe mit einem trockenen Tuch durchführen. Bei starken Verschmutzungen können alkoholhaltige Mittel zur Reinigung verwendet werden. Niemals die Röhren mit den bloßen Händen angreifen, da das Fett an der Röhre die Lampe verunreinigt und zu einem vorzeitigen Defekt führt.

UV-Strahler

• Ozonerzeugung:
  • Optimal bei 185 nm (siehe SterilAir)
  • 2O2 -> O + O + O2 -> O + O3
  • Ozon ist in der Lage Geruchsträger zu oxidieren. Daher oftmals Einsatz zur Geruchsneutralisation, z. B. in Kadaverhallen.
  • Ozon selbst wirkt (neben UV-C) desinfizierend.
  • Ozon ist toxisch -> MAK-Werte beachten

Laser

Laserniveaus

• 2-Niveau
• 3-Niveau
• 4-Niveau

Besetzungsinversion

Erklärung: Vortragender sitzt und TN stehen

Rauche, Stäube, Dämpfe

Bei der Bearbeitung von Materialien kann es zur Entstehung von Rauchen, Stäuben und Dämpfen kommen. Im Wesentlichen sind hierbei die MAK- bzw. TRK-Werte einzuhalten. Im Zweifelsfall sollte jedenfalls eine passende Absaugung samt Filterung erfolgen.

Biologische Wirkungen

• Positiv/Negativ
• Akut/Chronisch

Haut

Hauttypen

Hauttyp	Bild1	Bild2	Bild3	Bild4	Bild5	Bild6
Hauttyp	I	II	III	IV	V	VI
Haut	sehr hell	hell	hellbraun	braun, oliv
Sommersprossen	stark	selten	keine	keine
Haare	rötlich	blond-braun	dunkelblond-braun	dunkelbraun	schwarz	schwarz
Augen	blau	blau, grün, braun	grau, braun	dunkel	dunkel	dunkel
Bräunung	keine, nur Rötung	kaum, Haut schält sich	durchschnittlich	schnell, tief	-	-
Sonnenbrand	immer stark, schmerzhaft	stark, schmerzhaft	selten, mäßig	kaum	selten	selten
MED [J/m²]	200	250	350	450	-	-
SED [J/m²]	1,5-3,0	2,5-3,5	3,0-5,0	4,5-6,0	6-10	10-20

• Hauttypen sind u. a. definiert in der DIN 5031-10 .
• Weiter gibt es eine Definition in der EN 14255-3 .
• Die MED ist für Hauttypen 1-4 angegeben.
• Die SED ist für alle 6 Hauttypen angegeben.
• Die Eigenschutzzeit der Haut hängt vom Hauttyp ab und wird bei einem UV-Index von 8 (entspricht der Mittagssonne im Sommer in Mitteleuropa) ermittelt.

Hautkrebs

 Hautkrebs wird von der IARC eindeutig als kanzerogen eingestuft

Arten von Hautkrebs

Malignes Melanom

Das  maligne Melanom ist gekennzeichnet durch

• hohe Metastasenbildung

Basaliom

Das  Basaliom

Spinaliom

Das  Spinaliom

Weitere Arten

Weitere Arten von Hautkrebs sind:

• ...

Thermische Wirkung

• Schädigung bei kurzen, hohen Bestrahlungsstärken

Photochemische Wirkung

• Schädigung bei langen, eher niedrigen Bestrahlungsstärken
• Dosis in 8h ist entscheidend
• Belichtung eines Films ist ein chemischer, photochemischer Vorgang. Wenn zu wenig belichtet wird, entsteht kein Bild -> Belichtungszeit muss erhöht werden

Chronobiologie

blau = aktivierend: Melatoninbildung wird unterdrückt -> wach rot = beruhigend

Schädigungen

Hautkrebs

• Malignes Melanom
  • Pigmentzelle (Melanom) entartet und geht in den Blutkreislauf -> Metastasen. Melanom ist ähnlich einer Nervenzelle und geht daher leicht in den Blutkreislauf.
• Nicht-Maligner Hautkrebs
  • Hautzelle entartet, bleibt aber am Platz

Verweise

• http://www.akh-consilium.at/daten/hauttumoren.htm
• Malignes Melanom: Empfehlungen und Leitlinien zur Diagnostik
• Basaliom: Empfehlungen und Leitlinien zur Diagnostik
• Spinaliom: Empfehlungen und Leitlinien zur Diagnostik

Grenzwerte bei Exposition durch optische Strahlung

• Grenzwert - Schädigungsschwellwert - Sicherheitsfaktor
• Physikalische vs. biologische Grenzwerte
• Messgeräte: Integrierende vs. spektrale Messgeräte

Regelwerke

Gesetze, Verordnungen, Normen, Leitfäden und wissenschaftliche Erkenntnisse zum Thema Sicherheit bei optischer Strahlung

• Normen
  • Horizontal
    • EN 60825
    • EN 62471
  • Vertikal
    • EN 60601-2-22
    • EN 11553-1

Evaluierungen, Beispiele

Anhand von Beispielen soll die korrekte Gefährdungsbeurteilung (Evaluierung) gezeigt werden.

Fragen und Antworten

Einzelne Fragen sollten hier noch geklärt werden, die entweder noch nicht beantwortet wurden oder eben als einzelne wichtige Frage herausragt.

Kursinhalte & Qualifikationen

Dieses Kapitel behandelt die Kursinhalte und von welcher Ausbildung man welche Qualifikationen erwarten kann.

SFK - Sicherheitsfachkraft

Ziel des Kurses soll es sein, Gefahren am Arbeitsplatz zu erkennen. Wenn man dann noch weiß, wo man nachsehen muss, um die Fragen zu klären und welche zu treffenden Schutzmaßnahmen wirksam sind, dann erfüllt man die Anforderungen an eine SFK.

Dieser Kurs handelt die Themen in der nötigen Kürze ab, um in insgesamt 4 Lerneinheiten einen Überblick über den Arbeitsplatz zu geben. Dieser Kurs versteht sich als Mindestanforderung an die Ausbildung zur SFK in Österreich.

• Modul A: 2 Stunden: Strahlenphysik, VOPST
• Modul B: 2 Stunden: Sicherheit bei Lampen und Laser, Evaluierungen

Sonnenbeobachtung

Für die Beobachtung der Sonne sind wegen ihrer großen Helligkeit Schutzmaßnahmen zu treffen, siehe Einführung in die Astronomie: Sonne.