Laser: Gefährdungen und Schutzmaßnahmen

Zusammenfassung

Überblick

In vielen Betrieben werden heute Laser eingesetzt. Die Einsatzbereiche der Laser reichen dabei vom Laserpointer als modernem Zeigestock über Barcodelaser zum Erfassen von Ware bis hin zum Laserschweißen und Laserschneiden. Der Einsatz von Lasern der unterschiedlichen Laserklassen erfordert jedoch technische und/oder organisatorische Schutzmaßnahmen. Dieser Beitrag gibt einen Überblick über den Bereich "Laser".

Gesetze, Vorschriften und Rechtsprechung

Grundlegend sind die folgenden Vorschriften:

• Maschinenverordnung (9. ProdSV)
• Verordnung über das Inverkehrbringen elektrischer Betriebsmittel zur Verwendung innerhalb bestimmter Spannungsgrenzen (1. ProdSV)
• Gesetz über die elektromagnetische Verträglichkeit von Geräten (EMVG)
• Arbeitsschutzverordnung zu künstlicher optischer Strahlung (OStrV)
• Medizinproduktegesetz (MPG)
• Betriebssicherheitsverordnung (BetrSichV)
• DGUV-V 11 "Laserstrahlung"
• TROS Laserstrahlung: Technische Regeln zu künstlicher optischer Strahlung

1 Einsatzbereiche von Lasern

Laser werden heute in den unterschiedlichsten Bereichen eingesetzt. Doch was ist ein Laser? Der Begriff "Laser" setzt sich aus den Anfangsbuchstaben zusammen, die den Effekt "Light amplification by stimulated emission of radiation" (Verstärkung von Licht durch angeregte Strahlenaussendung) beschreiben.

Laserstrahlen werden heute u. a. in folgenden Bereichen eingesetzt:

• in Laboren
• in der Medizin (z. B. Anschweißen der Netzhaut an der Aderhaut, unblutige Operationen, Entfernung von Geschwülsten)
• Zeichenerkennung (z. B. Barcodelaser)
• Laserbeschriftung von Teilen
• Laserschneiden
• Laserschweißen
• Entfernungsmessungen
• Lichtschranken
• Laserpointer
• CD-Spieler
• Laserdrucker
• Kopierer

2 Grundlagen

2.1 Lasereffekt

Laserstrahlung ist elektromagnetische Strahlung, die durch kontrollierte stimulierte Emission entsteht. Normalerweise wird ein Teil der elektromagnetischen Lichtwellen von den Atomen eines durchstrahlten Mediums aufgenommen (Absorption). Beim Lasereffekt hingegen werden die Atome des zu durchstrahlenden Materials (Feststoffe, Flüssigkeiten oder Gase) bereits vor Lichtdurchgang angeregt. Dadurch geben sie beim Lichtdurchgang durch das Medium zusätzlich elektromagnetische Lichtwellen an den Lichtstrahl ab. Der austretende Lichtstrahl ist damit stärker als der eingehende. Die zur Anregung der Atome im Medium benötigte Energie nennt man "Pumpenergie" (vgl. Abb. 1).

Abb. 1: Prinzip der Entstehung von Laserstrahlen

2.2 Erzeugung von Laserlicht

Um einen Lichtstrahl mit geringem Durchmesser zu erzeugen, ist eine Anordnung notwendig, in der ein Lasermaterial, das Licht einer bestimmten Wellenlänge erzeugt, zwischen zwei Spiegeln (optischen Resonatoren) angeordnet ist. Die Lichtstrahlen, die dabei auf der Achse zwischen den beiden Krümmungsmittelpunkten verlaufen, werden in sich selbst reflektiert. Dadurch wird die Lichtleistung erhöht (Abb. 2).

Abb. 2: Prinzip des Laserstrahles

2.3 Eigenschaften von Laserstrahlung

Laserstrahlung ist eine elektromagnetische Strahlung im optischen Spektralbereich von 100 nm bis 1 mm. Laserstrahlung kann technisch in folgenden Wellenlängenbereichen realisiert werden (Tab. 1):

Wellenlängenbereich	Wellenlänge in nm
Ultraviolett C (UV-C)	100	bis	280
Ultraviolett B (UV-B)	280	bis	315
Ultraviolett C (UV-C)	315	bis	400
Sichtbare Strahlung	400	bis	700
Infrarot A (IR-A)	700	bis	1.400
Infrarot B (IR-B)	1.400	bis	3.000
Infrarot C (IR-C)	3.000	bis	1.000.000

Tab. 1: Wellenlängenbereiche technisch realisierbarer Laserstrahlung

Laserstrahlung besitzt hauptsächlich die folgenden Eigenschaften:

• Das Laserlicht ist scharf gebündelt und die Strahlen verlaufen parallel.
• Das Laserlicht ist in Phase – also "kohärent". Das heißt, die Lichtwellenzüge werden zum gleichen Zeitpunkt ausgelöst.
• Das Laserlicht ist einfarbig ("monochromatisch"), d. h., es hat immer eine ganz bestimmte Wellenlänge (Abb. 3) (dies ist z. B. bei der Auswahl der richtigen Laserschutzbrille entscheidend). Eine Ausnahme bilden Farbstofflaser (gefärbte Flüssigkeit als Lasermaterial), deren Wellenlängenbereich veränderbar ist.

Praxis-Beispiel

Laser im sichtbaren Bereich

• Argon-Laser (grüner Gaslaser; Einsatz z. B. in der Holographie, Messtechnik, Spektroskospie, Medizin);
• Rubin-Laser (roter Feststofflaser; Einsatz z. B. in der Medizin, Materialbearbeitung);
• Helium-Neon-Laser (roter Gaslaser; Einsatz z. B. Messtechnik, Holographie, Justieren).

Praxis-Beispiel

Laser im nicht sichtbaren Bereich

• Gallium-Arsenid-Laser (Feststofflaser im nahen Infrarot; Einsatz z. B. bei der optischen Informationsübertragung, Laserdruckern, Messtechnik);
• Yttrium-Aluminium-Granat (Y3Al5O12)-Neodym(Nd)-Laser (Feststofflaser im nahen Infrarot; Einsatz z. B. in der Medizin, Materialbearbeitung);
• Kohlendioxid (CO2)-Laser (Gaslaser im fernen Infrarot; Einsatz z. B. in der Materialbearbeitung).

Abb. 3: Wellenlänge von Laserstrahlen und Durchlässigkeit der optischen Medien des Auges (Lehder/Skiba)

3 Gefährdungen durch Laser

3.1 Biologische Wirkung des Lasers

Die biologische Wirkung von Laserstrahlung hängt von der Energiedichte sowie der Einwirkdauer ab. Die Wirkungen können dabei in drei Bereiche unterteilt werden:

1. Fotochemische Prozesse (z. B. Hautrötung, Sonnenbrand, Pigmentfle...