Grenzwerte zugänglicher Strahlung - Frage

[neo200]

Hallo zusammen,

ich habe eine Verständnisfrage zum GZS Wert. Ich habe vor mir liegend die DIN EN 60825-1. Wenn ich mir in der Tabelle die Grenzwerte anschaue, dann werden diese kleiner, je kürzer die Emmisionsddauer ist. Wie kann man das verstehen? Nach meinem Verständnis wäre es genau umgekehrt. Das heißt ja im Umkehrschluss: Je länger ich ins Auge strahle, desto mehr Energie darf ich nutzen? Oder verstehe ich da etwas falsch? Gleiches gilt für die MZB Werte. Das würde ja auch heißen, wenn ich einen gepulsten Laser habe, der alle 50ms einen Puls emittiert, ist das gefährlicher als ein Laserstrahl gleicher Leistung der mir 1s ins Auge brät? Das kann doch nicht sein?

Könnt ihr mir helfen?

[adminoli]

Je länger ich ins Auge strahle, desto mehr Energie darf ich nutzen?

Probier es mal mit einem Herd! Je länger du deine Hand auf einer Herdplatte darauflässt, desto heißer darf Sie werden?
Also: Falsch verstanden. Je mehr Enerige, desto kürzer die zul. Einwirkdauer.

[neo200]

Nein gerade nicht! Darum kann ich ja auch nicht die MZB Werte nachvollziehen...

[adminoli]

Je größer der auftreffende Punkt, je größer darf die Energie sein, die aber die MZB nicht überschreiten darf.
Welche Tabelle meinst du denn? Ich hab die DIN gerade nicht zur Hand.

[neo200]

Ja das ist klar, dass der Punkt wenn er größer wird mehr Leistung enthalten darf. Auf dieser Seite unter Punkt 6 https://www.vbg.de/apl/uvv/93/anh2.htm . Je kleiner die Einwirkdauer, desto kleiner wird der Wert der maximal zulässigen Bestrahlung.

[afrob]

In der Tabelle sind Leistungsdichten in Watt pro Quadratmeter und Energiedichten pro Einzelpuls in Joule pro Quadratmeter = Watt mal Sekunde pro Quadratmeter
gemischt vertreten.

Angenommen, es wäre ungefährlich das Auge mit 0,5mW in 1 Sekunde zu bestrahlen. Würdest du erwarten es ist genau so ungefährlich ist das Auge mit
500mW in 1ms
500W in 1us
500000W in 1ns
500000000W in 1ps
....
zu bestrahlen? Ist ja die selbe Energiemenge...

Grüße,
afrob

[ekkard]

Die GZS-Werte der Tabellen ab S. 42 sind für die Impulse Energien in Joule (oder W*s). Ab etwa 10s werden Leistungen (in Watt) angegeben. Wenn man alle Energie-Werte durch ihre Dauer teilt, erhält man einheitlich W - und diese Leistungen werden immer größer je kürzer die Impulsdauern sind.
Von dieser Leistung hängen aber einige Wirkungen in menschlichen Geweben ab, z. B. Temperaturerhöhungen bis hin zu explosiver Verdampfung, Durchbruch der auftretenden elektrischen Feldstärken, Elektrolyse (molekulare Zersetzung). Um diese Schäden zu vermeiden, müssen die Energie-Werte mit fallender Bestrahlungsdauer begrenzt werden. Wieder umgerechnet auf Energien kommen dabei halt immer kleiner werdende Werte heraus.

Bei den maximal zulässigen Bestrahlungen (MZB) ist dies genauso. Gegenüber den Grenzwerten zugänglicher Strahlung (GZS) der Klasse 1 wird nur die Messblende berücksichtigt, weiter nichts.

[neo200]

Okay, das bedeutet, wenn ich einen Laserpuls einer bestimmten Dauer habe, dann kann ich den Energiewert der MZB durch diese Dauer teilen und erhalte die Leistung, die ich maximal nutzen darf?

[ekkard]

Bei "Rechteck-Impulsen": Ja.

[neo200]

Okay, wenn ich jetzt einen Impuls mit einer definierten Frequenz aussende, muss ich dann nur den einzelnen Impuls bewerten oder eine Impulsfolge? Wenn ich eine Impulsfolge bewerten muss, über welche Dauer bewerte ich dann?

Vielleicht direkt ein Beispiel:

Ich habe einen Laser mit einer Pulsperiode von 1 s, bei dem 0,5s der Laser an ist und 0,5s aus (Rechteckimpuls). Reicht es jetzt, die Leistung und die Zeitdauer von 0,5s für die Bewertung anzunehmen oder muss ich eine bestimmte Zeitspanne betrachten und dann berechnen wielange der Laser in dieser Zeitspanne eingeschaltet ist?

Danke für die Unterstützung!!

[ekkard]

Äh, das ist eine vertrackte Frage, weil Impuls-Betrachtungen nur für Impulse von höchsten 0,25s gelten (S. 38 der Norm von 2008 bei der Erläuterung zu C5). Hast du sichtbare Strahlung, kannst du versuchen, nach Klasse 2 zu klassifizieren. In dem Falle beträgt die Zeitbasis ohnehin nur 0,25 s. Es besteht als quasi eine "Dauerbestrahlung" in der Zeitbasis.

Für die Klasse 1 sind in der Zeitbasis 100s alle Impulse zusammen zu rücken. Das macht im Beispiel eine Bestrahlungsdauer von 50s, und man legt der Klassifizierung diese Dauer und die volle Impulsleistung zugrunde. Zusätzlich wird der einzelne Impuls betrachtet, der für seine Dauer den entsprechenden GZS einhalten muss. Die ungünstigere der beiden Berechnungen bestimmt die Klasse (oder die Sicherheitsmaßnahmen).

[neo200]

Okay, das macht soweit Sinn. Und jede Laserklasse besitzt EINE bestimmte Zeitbasis, die ich zugrunde legen muss? Also Klasse 1 (100s) und Klasse 2 (0,25s)? Wie sieht es dann mit den 3er Klassen und Klasse 4 aus?

Danke!

[ekkard]

Die "Zeitbasis" ist nicht klassenbezogen, sondern richtet sich nach dem bestimmungsgemäßen Gebrauch der Lasereinrichtung, wie folgt:

• 100 s in allen normalen Fällen, bei denen eine Dauerbestrahlung eines Körperteils weder beabsichtigt noch erforderlich ist;
• 30000 s, wenn die Bestrahlung beabsichtigt, erforderlich oder unvermeidlich ist;
• 0,25 s, wenn die Strahlung sichtbar und dadurch mit einer Warnfunktion verbunden ist. Ferner muss die Bestrahlung insbesondere der Augen im Grunde unerwünscht und vermeidbar sein. Im Wesentlichen sind das die Laser der Klassen 2 und 2M. Sofern die Strahlung sichtbar ist, gilt sie auch für Laserklasse 3R.

[ekkard]

Davon zu unterscheiden ist die Expositionsdauer (Dauer der Bestrahlung). Diese kann z. B. ein paar Minuten dauern. Wenn dies zwangsweise so ist, wird die MZB mit der Expositionsdauer ermittelt, während der GZS mit Hilfe der Zeitbasis berechnet wird. So kommt es überhaupt dazu, einen Klasse 4 Laser vor Publikum (als Showlaser) anwendbar zu machen. Durch Aufweitung und Strahlbewegung wird u. a. die Expositionsdauer stark reduziert.

[neo200]

Okay, das ist logisch soweit. Also für die MZB ist die Expositionsdauer von Bedeutung? Bezieht sich diese dann auf die Zeitbasis: Also wie lange befindet sich der Laser innerhalb der Zeitbasis im Auge? In meinem Fall habe ich Sichtbare Strahlung und würde die Zeitbasis 0,25s annehmen. Jetzt würde ich im nächsten Schritt die Expositonsdauer meines Laserstrahls im Auge pro Periode ausrechnen und dannschauen wie groß die Expositionsdauer innerhalb des Zeitintervals 0,25s ist. Ist das so richtig?

[ekkard]

Ja, wenn die Expositionsdauer kürzer als die geltende Zeitbasis ist, dann ist die Expositionsdauer maßgebend.

[neo200]

Hallo zusammen,

mich lässt das Thema Augensicherheit nicht so ganz los.

Wenn ich eine bestimmte Laserleistung und Spotgröße hätte, die als augensicher gilt, also bspw.:

1mW und Spotdurchmesser 1mm --> Bestrahlungssstärke=0,001W/0,00000025m²= 4000W/m²

Ist ein Laser, der mehr Leistung auf eine größere Fläche verteilt genauso augensicher? Also bspw.:

100mW und Spotdurchmesser 10mm --> Bestrahlungssstärke=0,1W/0,000025m²= 4000W/m²

Ich habe somit ja die gleichen Bestrahlungsstärken und somit den gleichen Energieeintrag ins Auge. Die Frage ist, ob das von der Augensicherheit auch das gleiche ist?

[karsten]

Mal davon abgesehen, dass ich auf andere Rechenergebnisse komme (da scheint was mit der Flächenberechnung nicht zu stimmen), ist es aus anatomischen Gründen nicht das Gleiche. Ein Strahl mit 1mm Durchmesser wird vollständig in das Auge gelangen, während ein 10mm breiter Strahl nicht vollständig durch die Iris passt. Entscheidend ist (in erster Linie, Wellenlängenabhängigkeiten nicht berücksichtigt) die Leistungsdichte, die auf der Netzhaut landet (also Abbildungsgröße auf der Netzhaut, welche wieder von der Quellgröße abhängt, und die Leistung) sowie die Einwirkdauer.

[neo200]

Ja ich habe das Pi unterschlagen Also ist die Leistungsdichte der entscheidene Faktor...

[ekkard]

Die Modellbildung (die Berechnung) ist nicht ganz so trivial. Ist der Strahldurchmesser aktuell kleiner als 7 mm (allgemeiner die vorgeschriebene Aperturblende), dann ist die Leistung bzw. die Impulsenergie entscheidend. Ist der Strahldurchmesser größer, dann wird nach der maximal möglichen Bestrahlungsstärke (bzw. bei Impulsen Bestrahlung) auf der (7mm-) Blende gefragt. Die tritt bei Gauß-Verteilung im Zentrum auf und ist bis zu 2x höher als der Durchschnitt (also Leistung/Querschnittsfläche). Bei Prüfungen nehme ich einfach die doppelte, durchschnittliche Leistung - ist nicht ganz exakt, liegt aber auf der sicheren Seite. Man muss aber auf so genannte "Hot Spots" achten, die können ein Vielfaches der Bestrahlungsstärke bzw. Bestrahlung erreichen, wobei wieder die Frage nach der Aperturblende auftritt.