Hintergründe zu Expositionsgrenzwerten

[corwe]

Hallo zusammen,
ich habe mich ein bißchen mit dem Thema Lasersicherheit beschäftigt. Habe mir unter anderem die TROS/OStrV angeschaut.
Die Berechnung von Expositionswerten und der Vergleich mit den maximal zulässigen Werten ist darin ja recht gut erklärt.
Allerdings würde mich interessieren wie die Expositionsgrenzwerte zustande kommen. Vllt. weiß ja jemand dazu weiterführende Literatur.

Insbesondere verwundert mich etwas das Prinzip der Messblende für Strahlung abseits des sichtbaren Spektrums z.B. IR. Wenn zum Beispiel der Strahldurchmesser viel kleiner als die Messblende von z.B. 3.5 mm ist, dann ist die lokale Leistungsdichte viel höher. Bei Beispielrechnungen in der TROS wird aber bei einem Strahl kleiner der Messblende trotzdem auf die Messblendenfläche und nicht auf die Strahlfläche normiert.
Im sichtbaren Bereich im Auge kann ich mir vorstellen, dass ein kleinerer Strahl nicht zu einem kleineren Fleck auf der Netzhaut führt. Da macht dieses Prinzip Sinn, da alles Licht was auf die Pupille fällt auf "einen" Punkt" abgebildet wird und somit die Bestrahlungsstärke über die Pupillenfläche integriert werden kann um die maximal deponierte Leistung zu berechnen. Aber im Infrarotbereich wo das Licht in der Hornhaut des Auges absorbiert wird und auf der Haut macht es so im Moment keinen Sinn. Es tritt ja keine Fokussierung auf.

Vllt. kann mir ja jemand weiterhelfen.

Danke und Gruß
corwe

[ekkard]

Allerdings würde mich interessieren, wie die Expositionsgrenzwerte zustande kommen. Vllt. weiß ja jemand dazu weiterführende Literatur.

Einiges davon habe ich auf meiner Homepage (hier) zusammen getragen. Weiteres findet man in den Anhängen der BGV B2, DIN 56912 und der DIN EN 60825 Teil 1. Dort ist auch irgendwo die Blendenwahl begründet.

Zur Blende bei Strahldurchmessern < Blendendurchmesser: Es ist in diesem Fall immer die Querschnittsfläche der Blende zu verwenden, egal wie dünn der Strahl auch sei. Anders im Falle größerer Strahldurchmesser. In diesem Fall ist auszurechnen (oder auszumessen), wie viel Leistung durch die Blende fällt.

Wenn zum Beispiel der Strahldurchmesser viel kleiner als die Messblende von z.B. 3.5 mm ist, dann ist die lokale Leistungsdichte viel höher.

Aber ja! Je kleiner die (möglicherweise fokussierte) Strahlfläche auf dem getroffenen Gewebe ist, umso stärker ist der Wärmeabfluss in das umliegende Gewebe, was einer Kühlung gleichkommt. Anders, wenn der Strahlquerschnitt größer wird, dann ist das umliegende Gewebe bereits belastet. (Das sagt aber nocht nichts darüber aus, wie hoch der Grenzwert in einem speziellen Fall sein darf. Bei im Auge fokussierter Strahlung ist er eben sehr klein.)

Bei Beispielrechnungen in der TROS wird aber bei einem Strahl kleiner der Messblende trotzdem auf die Messblendenfläche und nicht auf die Strahlfläche normiert.

Korrekt.

Im sichtbaren Bereich im Auge kann ich mir vorstellen, dass ein kleinerer Strahl nicht zu einem kleineren Fleck auf der Netzhaut führt. Da macht dieses Prinzip Sinn, da alles Licht was auf die Pupille fällt auf "einen" Punkt" abgebildet wird und somit die Bestrahlungsstärke über die Pupillenfläche integriert werden kann um die maximal deponierte Leistung zu berechnen. Aber im Infrarotbereich wo das Licht in der Hornhaut des Auges absorbiert wird und auf der Haut macht es so im Moment keinen Sinn. Es tritt ja keine Fokussierung auf.

Doch! Der Grund ist nur ein anderer, wie zuvor dargestellt. Hinzu kommt noch, dass unser Auge nie in Ruhe ist (so genannte Sakkaden). So kommt (im Auge) immer eine leichte "Verschmierung" der eingestrahlten Leistung zustande. Grenzwerte und Blenden sind aufeinander abgestimmt.

[corwe]

Hallo ekkehard,
vielen Dank für deine ausführliche Antwort und die verlinkte Webseite.
Deine Erklärung macht Sinn, allerdings finde ich die Vorstellung, dass im Extremfall ein beugungsbegrenzt fokussierter Strahl "nur" die gleiche Schadwirkung hat als ein Strahl mit Durchmesser von 3,5 mm gleicher Leistung unintuitiv. Aber vermutlich ist durch den größeren Gradienten auch die Diffusion und der Wärmeabtransport erhöht. Zudem kommt es vermutlich auch sehr stark auf die Definition der schädigenden Wirkung an, z.B. wie wird Schädigungsgrad and Volumen des geschädigten Gewebes gegeneinader gewichtet.

Gibt es eigentlich den Text zur DIN EN 60825 irgendwo frei zugänglich?

Danke und Gruß
corwe

[ekkard]

allerdings finde ich die Vorstellung, dass im Extremfall ein beugungsbegrenzt fokussierter Strahl "nur" die gleiche Schadwirkung hat als ein Strahl mit Durchmesser von 3,5 mm gleicher Leistung unintuitiv. Aber vermutlich ist durch den größeren Gradienten auch die Diffusion und der Wärmeabtransport erhöht.

Ja, gewiss! Du hast es richtig wiedergegeben.

Zudem kommt es vermutlich auch sehr stark auf die Definition der schädigenden Wirkung an, z.B. wie wird Schädigungsgrad and Volumen des geschädigten Gewebes gegeneinader gewichtet.

Im einzelnen kann ich dir das nicht sagen; denn die Schädigungsschwellen sind experimentell unter Messbedingungen ermittelt worden. Von den Leistungen für gerade noch sichtbare ophtalmoskopische Läsionen bleiben die Grenzwerte (zumindest beim Auge) etwa um den Faktor 10 weg. Denn ophtalmoskopische Sichtbarkeit schließt eine unsichtbare Schädigung der Sehzellen nicht aus.

Gibt es eigentlich den Text zur DIN EN 60825 irgendwo frei zugänglich?

Nur illegal! In der Normung steckt sehr viel Arbeit (ich war in einigen Fällen dabei). Diese wird durch Verkauf der Normen finanziert (neben Abgaben, die von mitarbeitenden Betrieben verlangt werden).