- Veröffentlichungsdatum : 28.07.2016
- – Letztes Update : 16.03.2018
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Vorsicht Laserstrahlung!
Laser werden wegen ihrer spezifischen Eigenschaften nicht nur in Industrie, Forschung und Medizin eingesetzt. Auch das militärische Verwendungsspektrum wird dabei immer umfangreicher, angefangen bei Laserentfernungsmessern, Laserzielhilfen, Laserbeleuchtung bis hin zu Laserzielmarkierung und Lasergegenmaßahmen zur Abwehr von Flugkörpern.
Der Umgang mit Lasern ist mit einem gewissen Risiko verbunden und bedarf daher besonderer Maßnahmen. Das gilt ganz besonders bei militärischen Anwendungen. Wesentliche Kennwerte geben Aufschluss für die Beurteilung der Lasergefahren. Kaum eine andere Querschnittstechnologie zeigt eine derartige Vielfalt an Einsatzmöglichkeiten, wobei die Weiterentwicklung von Lasern ein reges Forschungsfeld bildet.
Warnschilder
Die zahlreichen gelben Hinweisschilder „Vorsicht Laserstrahl“ auf den Truppenübungsplätzen grenzen jene Übungsräume, die für den Einsatz von Lasern vorgesehen sind, ab. Diese Warnschilder weisen darauf hin, dass in die Beurteilung einer eventuellen Gefährdung nicht nur die Wirkung von Waffen und Munition einzubeziehen ist, sondern auch die von der übenden Truppe eingesetzten Laser. Zusätzlich muss auch der Lasergefahrenbereich von benachbarten übenden Truppenteilen so wie beim Scharfschießen bewertet werden.
Da vom Großteil der im ÖBH verwendeten Laser, wie dem „Taktischen Laser Licht Modul“ (TLLM), aufgrund der eingebauten Filter kein Risiko ausgeht, ist dieser Zusatzaufwand häufig gering und fügt sich nahtlos in den üblichen Beurteilungsprozess in Bezug auf Scharfschießen und Übungen ein. Dort muss der Leitende aufgrund der Sicherheitsbestimmungen bzw. der Waffenvorschriften die notwendigen Maßnahmen im Schießbefehl/Übungsbefehl anordnen. Einige Verbände haben im Schießbefehl schon den Punkt „Verwendete Laser“ aufgenommen.
Gefährliche Laser
Tatsächlich gibt es derzeit nur wenige Laser-Einrichtungen, die ein deutliches Gefährdungspotenzial aufweisen. Diese sind:
- Handgehaltene Laser-Entfernungsmesser (HALEM)
- Laserentfernungsmesser (LEM) des Kampfpanzers „Leopard“ 2 A4
- LEM der 35-mm-Zwillings-Fliegerabwehrkanone 85 (ZFlAK85)
- Laser-Beleuchter des luftgestützten Forward Looking Infrared (FLIR) Aufklärungssystems der OH-58-Hubschrauber
- Laser-Beleuchter und Laser-Designator (Laser-Markierer) der Beobachtungs- und Aufklärungsausrüstung (BAA) des geschützten Mehrzweckfahrzeuges (GMF) „Husar“
Die Grundlagen für die Risikobewertung sind in der Dienstvorschrift für das Bundesheer (DVBH) „Lasersicherheit“ festgelegt, in der die Gefahrenbereiche der im ÖBH eingesetzten Laser und die Aufgaben der verantwortlichen Kommandanten beschrieben sind.
Laserschutzbeauftragte
Daneben wird ein gezielt auf die militärischen Bedürfnisse abgestimmter Kurs für den Laserschutzbeauftragten ÖBH an der HLogS angeboten, den bereits weit über 100 Teilnehmer absolviert haben. In diesem Kurs werden nicht nur die Grundlagen von Lasern und ihre Wirkung auf die Netzhaut des Auges erläutert, sondern die Teilnehmer führen anhand von zahlreichen praktischen Beispielen - auch im Gelände auf dem Truppenübungsplatz (TÜPl) „Bruckneudorf“ - mehrere Risikoanalysen durch.
Die Basis für diese Risikoanalyse bilden eigentlich nur zwei Kenngrößen: das ist einerseits die Wellenlänge des Lasers und anderseits der Gefahrenbereich für das ungeschützte Auge - die Nominal Ocular Hazard Distance (NOHD). Kennt man diese beiden Größen, kann (mit etwas Übung) relativ schnell ein räumlicher Gefahrenbereich definiert und folglich die notwendigen Maßnahmen - zum Beispiel die Verwendung von Laserschutzbrillen - getroffen werden. Besteht trotzdem ein weiterer Klärungsbedarf, können die Experten im Amt für Rüstung und Wehrtechnik (ARWT) bei der Lösung unterstützen. In vielen Fällen, besonders bei zeitkritischen Vorhaben, lassen sich offene Punkte oft unbürokratisch klären.
Militärische Anwendungen von Lasern
Die Zahl der militärischen Anwendungen von Lasern wird immer umfangreicher (es werden hier nur die derzeit am häufigsten verwendeten Laser beschrieben):
- Roter Laser: Zielhilfe bei Faust- und Handfeuerwaffen (Laserpointer VIS)
- IR-Laser: Zielhilfe bei Faust- und Handfeuerwaffen (Laserpointer IR)
- IR-Laser: Beleuchtung für Nachtsichtgeräte (Laserilluminator LI)
- IR-Laser: Laser-Range Finder (LRF), Laser-Designator (LD)
Die Wellenlägen für Zielhilfen und Beleuchtung im Infrarot (IR) sind so gewählt, dass sie mit Nachtsichtgeräten noch gesehen werden können. Für das freie Auge sind sie nicht sichtbar. Intensive Laser sind zumeist Laser-Beleuchter mit großer Reichweite und vor allem Laser-Designatoren.
Laser-Entfernungsmesser arbeiten zumeist im augensicheren Bereich. Eine Ausnahme bildet hier der HALEM, der aufgrund seiner bereits lange zurück liegenden Produktionszeit ein gewisses Gefahrenpotenzial aufweist und daher durch ein zeitgemäßes Produkt ersetzt werden sollte.
Moderne Beobachtungs- und Zielortungssysteme (Target Locator) verwenden GPS (Global Positioning System) zur eigenen Standpunktbestimmung, einen digitalen magnetischen Kompass für die Zielrichtung und sind nachtsichtfähig.
Da diese Laser im freien oder urbanen Gelände eingesetzt werden, sind geeignete Maßnahmen zu setzen, um ein gesundheitliches Risiko auszuschließen.
Schutz vor Laserstrahlung
NOHD und ENOHD
Laser strahlen ihre Energie bzw. Leistung beinahe parallel aus. Das bedeutet, dass die Strahlleistung nur sehr langsam mit der Entfernung abnimmt. Diese geringe Strahlaufweitung, die Divergenz genannt wird, liegt in der Größenordnung von einem Milliradiant (ein Milliradiant entspricht fast genau einem Strich, so dass ein Laserstrahl in einer Entfernung von 1.000 Meter einen Durchmesser von rund einem Meter aufweist). Damit verbunden ist eine langsame Abnahme der Leistungsdichte bzw. der Energiedichte mit zunehmendem Abstand vom Laser.
Jene Entfernung, bei der die Leistungsdichte auf das für das Auge ungefährliche Maß abfällt, wird „Nominal Ocular Hazard Distance“ oder üblicherweise NOHD genannt. In der DVBH „Lasersicherheit“ entspricht die „Gefahrenzone 2 Laser“ (GZ 2 L) dieser NOHD. Personen außerhalb der NOHD sind nicht mehr gefährdet. Das gilt aber nur, wenn keine Feldstecher, Zielfernrohre oder Teleskope verwendet werden.
Feldstecher und Zielfernrohre sammeln das Licht über die Objektivfläche und konzentrieren die Intensität auf einen kleinen Fleck, dessen Größe auf die Augenpupille abgestimmt ist. Damit wird auch die gesamte Strahlungsintensität, die auf das Objektiv einfällt, im Auge konzentriert. Für Objektive mit einem Durchmesser bis zu 50 mm wird daher eine weitere Grenzentfernung verwendet, die „Extended Nominal Ocular Hazard Distance“ oder einfach ENOHD (GZ 3 L).
Ist nur der Wert der NOHD bekannt, kann mit der einfachen Näherungsformel die ENOHD bestimmt werden:
ENOHD = 7,2 x NOHD
Manche Laser sind für das freie Auge ungefährlich, aber bei Verwendung eines Feldstechers bleibt eine gewisse, wenn auch geringe Restgefährdung bestehen. Die Laser-Entfernungsmesser des SPz „Ulan“ und der Waffenstation GMF „Husar“ gehören dazu (siehe Tabelle).
Die Laser der ZFlAK und der Laser-Designator der Beobachtungs- und Aufklärungsausstattung (BAA) des GMF „Husar“ werden mit Laserfiltern betrieben, die den Gefahrenbereich stark oder sogar vollständig reduzieren.
Wellenlänge des Lasers
Die Wirkung auf das Gewebe wird u. a. von der Wellenlänge des Lasers bestimmt. Die Wellenlänge wird dabei zumeist in Nanometer (1 nm = 1/1.000.000 mm, ein europäisches Haar ist durchschnittlich 70.000 nm dick) angegeben und mit dem griechischen Buchstaben Lambda gekennzeichnet. Sichtbares Licht überstreicht Wellenlängen von 400 nm bis zu 700 nm und wird von der Hornhaut und der Augenlinse auf die Netzhaut fokussiert. Das bedeutet, dass die Intensität der Laserstrahlung um ein Vielfaches verstärkt wird und daher besonders gefährlich ist. Darum werden bei vielen Lasern geeignete Filter verwendet, um die Strahlleistung auf ein ungefährliches Maß zu reduzieren.
Besondere Vorsicht ist aber bei IR-Lasern, die in militärischen Anwendungen weit verbreitet sind, geboten. Sie sind zwar nicht sichtbar, trotzdem wird die Strahlung auf die empfindliche Netzhaut fokussiert. Dazu gehören die IR Laser der TLLMs, Laser-Beleuchter und die LEM der oben genannten Systeme. Auch hier werden oft entsprechende Übungsfilter verwendet.
Erst ab einer Wellenlänge von 1.400 nm wird die Laserstrahlung von der Hornhaut absorbiert und nicht mehr auf die Netzhaut des Auges fokussiert. Augensichere Laser verwenden daher Laser mit Wellenlängen um die 1.500 nm. Beispiele sind der LEM des „Ulan“ und der LEM der Waffenstation des GMF „Husar“.
Laserschutzbrille
(Foto: ARWT/Kalinka)
Ist es bei einer Übung notwendig sich im Laser-Gefahrenbereich aufzuhalten, sind Laser-Schutzbrillen zu verwenden. Laser-Schutzbrillen schwächen die Strahlungsintensität für ganz bestimmte Wellenlängenbereiche ab. Zum Beispiel wird ein grüner Laser von der im ÖBH eingeführten Laserschutzbrille nicht abgeschwächt, während IR-Laser - vor allem bei 1.064 nm stark gedämpft werden. Auch dann, wenn ein Wellenlängenbereich abgeschwächt wird, bleibt noch ein Restgefahrenbereich übrig (Gefahrenzone 1 Laser - GZ 1 L).
In der Dienstvorschrift für das Bundesheer (DVBH) „Lasersicherheit“ ist eine Tabelle eingefügt, mit der dieser Restgefahrenbereich je nach Abschwächungsgrad der Laser-Schutzbrille ermittelt werden kann. Die Abschwächung wird dabei durch die so genannte Optische Dichte (OD) definiert, die auf der Laser-Schutzbrille eingraviert ist. Eine OD von 3 schwächt die Intensität auf 1/1.000 der Ausgangsleistung ab.
Als Beispiel soll der LEM des KPz „Leopard“ 2 A4 dienen. Die Ausgangswerte sind dabei die Wellenlänge Lambda = 1.064 nm, die NOHD beträgt 3.300 m. Verwendet man eine Laserschutzbrille mit einer OD von 5 (Abschwächung auf 1/100.000 der Ausgangsleistung), so verringert sich der Gefahrenbereich auf elf Meter (NOHD) bzw. auf 64 Meter bei Verwendung eines Feldstechers (ENOHD).
Multinationale Übungen und Operationen
Bei multinationalen Übungen werden die Lagebeurteilung und Maßnahmen zur Lasersicherheit durch den Laser Safety Officer (LSO) koordiniert. Jede teilnehmende Nation hat einen eigenen LSO zu benennen, wobei die Aufgaben gastgebender Nationen von jenen teilnehmender Nationen abweichen können. In den Verantwortungsbereich der gastgebenden Nation (Host Nation) fallen:
- Sammeln und Bewerten der Laser-Gefahrenbereiche aller verwendeten Laser-Einrichtungen (Laser Hazard Data)
- Erstellung der ortsgebundenen Laser-Sicherheitsanweisungen und deren Verteilung an die Gastnationen (Range Regulations)
- Einweisung (Briefing) der Gastnationen vor dem Betrieb der Laser-Einrichtungen; diese umfasst ausgehend von der erstellten Risikoanalyse zumindest:
- Sicherheitsmaßnahmen - Gefahrenbereiche und erlaubte Bereiche für die standardisierten Bedienungsverfahren der Laser-Einrichtungen
- Zeitlicher Ablauf, vor allem Tätigkeiten bei Beginn- und Beendigung einzelne Übungsabläufe (Opening/Closure Procedure)
- Ausgenommene Bereiche und Bewegungslinien
- Vorgesehene Stellungen (Fire Points), Zielorte (Target Location), Pufferzonen (Buffer Angles) und Gefahrenbereiche (Nominal Hazard Zone)
- Vorgesehene Laser-Warnzeichen, falls notwendig
In den Verantwortungsbereich der Gastnation (Visiting Nation) fallen:
- Verbindungsaufnahme mit der gastgebenden Nation und Festlegung der Termine zur Vorlage benötigter Information
- Auflisten benötigter Information
- Sicherstellen, dass alle Laser-Einrichtungen ordnungsgemäß und richtig beschriftet sind (Laser Device Label)
- Mitnahme von Laserschutzausrüstung (Protective Equipment)
- Auflisten laserrelevanter Sicherheitsinformationen verwendeter Laser-Einrichtungen (Laser Safety Informations)
Laserkompetenz im Bundesheer
Das Amt für Rüstung und Wehrtechnik weist neben seinen zahlreichen naturwissenschaftlich-technischen Kompetenzen eine breite Messausstattung für Laser auf, die in der Abteilung für Optronik und Physikalische Messtechnik (OPMT) konzentriert ist. Diese verfügt über zahlreiche Untersuchungsmöglichkeiten wie:
- Laserleistung
- Laser-Strahlprofil
- Laserenergie und Laserpulswiederholfrequenz bei gepulsten Lasern
- Laserwellenlänge
- Optische Dichten bei Laser-Schutzbrillen und Laser-Filtern
- Laborlaser im UV, VIS und NIR Bereich
- Reflexion von Laserstrahlung
- Divergenz der Laserstrahlung
Viele Untersuchungen können auch vor Ort durchgeführt werden und sind nicht an das Laserlabor gebunden. Die folgende Abbildung illustriert die Messeinrichtung für das Strahlprofil. Neben routinemäßigen technischen Untersuchungen der im ÖBH eingesetzten Laser während des gesamten Lebenszykluses werden Qualitätsprüfungen bei Nachbeschaffungen von Lasern durchgeführt. Untersuchungsergebnisse bei neuen Lasersystemen fließen in die Planungsgrundlagen von Neubeschaffungen mit ein. Risikoanalysen für internationale Übungen, Sportveranstaltungen und Leistungsvorführungen gehören genauso zum Aufgabenbereich des ARWT, wie Präsentationen über Laserschutz und Unterstützung bei der Ausbildung von Laserschutzbeauftragten im ÖBH an der Heereslogistikschule. Die Erfahrung und das Wissens der Experten des ARWT können von jeder Dienststelle im ÖBH genutzt werden.
Warum ist Laserstrahlung gefährlich?
Lichtquellen wie die Sonne strahlen ihr Licht in Form von kurzen Wellenpaketen in unterschiedlichen Wellenlängen in jede Raumrichtung und zeitlich voneinander unabhängig aus. Die durchschnittliche Wirkung auf die Netzhaut im Auge ist daher gering. Um das zu verdeutlichen, ist in der Abbildung ein kurzer Ausschnitt aus einem Wellenpaket illustriert. Der maximale Wert der elektrischen Feldstärke (blauer Pfeil) bestimmt die Wirkung (= Kraft) auf Moleküle der Netzhaut. Da die einzelnen Wellenzüge zu unterschiedlichen Zeiten und aus verschiedenen Richtungen auf das Auge treffen, ist die Gesamtwirkung gering.
Laserstrahlung sieht in dieser Darstellung ganz anders aus. Zunächst werden geeignete Atome durch Energiezufuhr - das Pumpen - angeregt. Unter bestimmten Voraussetzungen werden diese angeregten Atome durch ein Lichtquant zu einer stimulierten Abstrahlung von elektromagnetischen Wellen angeregt. Die Maxima der Feldstärke jedes einzelnen Wellenzuges liegen zeitlich und örtlich genau übereinander. Das heißt, die einzelnen Wellenzüge sind kohärent überlagert.
Die Teilwellen haben alle die gleiche Wellenlänge und die gleiche Richtung. Sie überlagern sich daher konstruktiv. Werden an beiden Enden des Lasermediums Spiegel geeignet angebracht, entsteht eine verstärkte elektromagnetische Welle, die sich nur in eine Richtung ausbreitet.
Diese Lichtverstärkung kann nur durch eine bestimmte Anregungsart - die stimulierte Emission - erzeugt werden, die durch die Langform des Akronyms Laser „Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation“ zum Ausdruck gebracht wird. Die Überlagerung einer extrem großen Anzahl von Wellenzügen, wie es in Lasern der Fall ist, führt daher zu sehr hohen Feldstärken, die enorme Kräfte auf die Moleküle des Gewebes ausüben können. Im schlechtesten Fall kann es dabei zu Verbrennungen (Koagulation) und sogar zur gänzlichen Zerstörung des Gewebes (Ablation, Mikroexplosionen) kommen.
In der folgenden Abbildung ist die Wechselwirkung Laserstrahl - Materie durch die intensive Anregung von Olivenöl durch einen grünen Laser dargestellt.
Lehrgang zum Laserschutzbeauftragten im ÖBH
Die im zivilen Bereich angebotene Ausbildung zum Laserschutzbeauftragten für z. B. technisch-industrielle oder medizinische Anwendungen, aber auch für Unterhaltungs-Shows berücksichtigen die besonderen Erfordernisse des militärischen Lasereinsatzes nicht. Dennoch muss die Verwendung von militärischen Lasereinrichtungen grundsätzlich zivilrechtlichen Normen im Bereich des Laserschutzes entsprechen. Die Einführung der Vorschrift „Lasersicherheit“ im ÖBH und die Implementierung des Laserschutzbeauftragten (LSB ÖBH) beseitigen diese normenspezifische Lücke.
Die Ausbildung zum LSB ÖBH wird unter Einhaltung der ÖNORM S 1100, die Dauer, Inhalt und Prüfungsmodalität regelt, an der Heereslogistikschule in Wien durchgeführt. Sie besteht aus den Lehrveranstaltungen:
- Grundlagen der Optik und Lasertechnik (8 UE)
- Optische Größen und Einheiten, Optik
- Physikalische Grundlagen des Lasers und der Laserstrahlung
- Aufbau von Lasereinrichtungen
- Laserschutz und angewandter Laserschutz (15 UE)
- Wirkung der Laserstrahlung
- Einteilung der Laserklassen, Grenzwerte zugänglicher Strahlung (GZS)
- Einteilung, Evaluierung der Sicherheitsbereiche (E)NOHD Werte
- Aufbau und Beschaffenheit der persönlichen Schutzausrüstung
- Erstellung von Sicherheitsoleaten (Laserschutz)
- Gesetzliche Bestimmungen
Der praktische Ausbildungsanteil (5 UE) findet am Truppenübungsplatz „Bruckneudorf“ statt. Im Gelände werden verschiedene Ausbildungsvorhaben unter Verwendung von eingeführten Lasereinrichtungen in Bezug auf Lasersicherheit evaluiert, Sicherheitsoleaten erstellt und organisatorische Maßnahmen zum Laserschutz erarbeitet. Den Abschluss der Ausbildung bildet eine genormte, schriftliche Prüfung im Umfang von 60 Fragen im Multiple-Choice Verfahren.
Mag. Dr. Georg Kalinka; Studium der Physik an der Universität Wien, Ludwig Boltzmann Institut für Festkörperphysik und Universität Würzburg, Referent für Tarntechnologie mit Schwerpunkte Lasertechnologie, Zieloptiken und Nachtsichttechnologie im Referat Optik und Optronik Aufklärungstechnik im ARWT
Amtsdirektor Ing. Walter Gerstenmayer; Kommandant und Hauptlehroffizier der Lehrgruppe Panzer- und Artilleriewaffen
