# 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.
* 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

# 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 (~ 3·10$^8$ 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, CO$_2$-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.

### Lampen
## 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

### Leuchten/Lampen
## 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
### Übersicht
### 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

## Referenzen

* ↑ DIN 5031-10:2000: Strahlungsphysik im optischen Bereich und Lichttechnik, Teil 10: Photobiologisch wirksame Strahlung: Größen, Kurzzeichen und Wirkungsspektren, März 2000.
* ↑ EN 14255-3:2008: Messung und Beurteilung von personenbezogenen Expositionen gegenüber inkohärenter optischer Strahlung, Teil 3: Von der Sonne emittierte UV-Strahlung, Mai 2008
* ↑ Fatiha El Ghissassi, Robert Baan, Kurt Straif, Yann Grosse, Béatrice Secretan, Véronique Bouvard, Lamia Benbrahim-Tallaa, Neela Guha, Crystal Freeman, Laurent Galichet, Vincent Cogliano : A review of human carcinogens—Part D: radiation The Lancet Oncology
* ↑ Ramirez CC, Federman DG, Kirsner RS (2005) Skin cancer as an occupational disease: the effect of ultraviolet and other forms of radiation. Int J Dermatol 44:95-100. doi:10.1111/j.1365-4632. 2005.20301.x
* ↑ IARC, A review of human carcinogens—Part D: radiation http://download.thelancet.com/pdfs/journals/lanonc/PIIS147020450970213X.pdf?id=9d3ded37aa4dcc76:-7f4a2913:122cad51187:3a291248947945796

# 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.