Physik - Kaleidoskop

Laser 272
Die Gefährdung durch Laserstrahlung an Maschinen zur Lasermaterialbearbeitung wird oft nach der
Maschinenrichtlinie beurteilt und ergibt auf dem Risikograph meistens die bisherige Kategorie 4 beziehungsweise
die Sicherheitsanforderungsstufe 3 (auch Sicherheits-Integritätslevel 3, kurz SIL-3).
Sachschäden
Laserstrahlen können bei ausreichender Leistung oder Fokussierung Brände und Explosionen auslösen.
Hochbrillante Laser zur Materialbearbeitung können bei Versagen der Steuerung (zum Beispiel eines Roboters) auch
an weit außerhalb ihrer Fokusebene liegenden Bauteilen oder Wandungen Schäden verursachen.
Prävention
Jede kommerzielle Einrichtung, die einen Laser ab der Klasse 3R benutzt, muss von einem Laserschutzbeauftragten
auf Gefahren und richtige Verwendung des Lasers unterwiesen werden.
Laser-Klassen
Lasergeräte werden entsprechend der schädlichen biologischen Wirkung von Laserstrahlung in Klassen eingeteilt.
Maßgeblich für die nationalen und internationalen Laserklassen ist dabei die Definition von Grenzwerten, bei denen
keine Schädigung zu erwarten ist. Neben der amerikanischen ANSI-norm gibt die International Commission on
Non-Ionizing Radiation Protection Grenzwerte im Spektralbereich zwischen 400 und 1400 nm heraus. [12]
Maßgeblich ist bei nichtionisierender Strahlung die thermische Leistung pro Fläche sowie die spezifischen
wellenlängenabhängigen Absorptionseigenschaften des Gewebes (Haut sowie Retina, Hornhaut, Glaskörper und
Linse des Auges). Durch die Fokussierung der Augenlinse ist die Gefährlichkeit im sichtbaren und besonders im
angrenzenden infraroten Bereich erhöht.
Oberhalb von 1,4 µm Wellenlänge wird die Strahlung großflächig in der Hornhaut absorbiert. Sie bietet einen Schutz
für die Retina des Auges. Jedoch reduziert sich die Absorptionstiefe auf weniger als 0,1 mm bei 3 µm Wellenlänge,
weshalb es zu Schäden in der Hornhaut kommen kann. Aus diesem Grund heißt der Wellenlängenbereich von 1,5 bis
2 µm augensicher (engl. eye safe) .
Unterhalb 1,4 µm sind Hornhaut, Haut und darunter liegendes Gewebe im Bereich 1200 nm (Nahinfrarot) bis rot
(700 nm) teiltransparent, sodass hier tiefreichende Schädigungen auftreten können, deren Entstehung aufgrund dort
nicht vorhandenen Wärmeempfindens oft nicht bemerkt werden. Auch Netzhautschäden durch Laser-Strahlung im
Nahinfrarot werden oft nicht bemerkt und erst durch für entsprechende Arbeitsplätze vorgesehene ärztliche
Augenuntersuchungen entdeckt.
Bei Wellenlängen unterhalb von etwa 400 nm werden organische Molekülbindungen zerstört, die Absorptionstiefe in
Gewebe verlagert sich mit kürzerer Wellenlänge an die Oberfläche von Haut und Auge. Es treten auch bei geringen
thermischen Leistungsdichten Linsen- und Hornhauttrübungen sowie Schädigungen der Haut vergleichbar einem
Sonnenbrand auf. Dementsprechend sind die Grenzwerte der Leistungsdichte bei diesen kurzen Wellenlängen
geringer als beispielsweise im mittleren Infrarot.
Die Klasseneinteilung von Lasergeräten und -anlagen erfolgt anhand maximal auftretender Leistungs- bzw.
Energiedichten, je nachdem, ob es sich um kontinuierliche oder Pulslaser handelt. Dabei ist auch die
Expositionsdauer und die Wellenlänge maßgebend.