Risiko durch Röntgenstrahlung. Laser -
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Laser

Risiko durch Rönt­gen­strah­lung

Laser werden häufig zur Materialbearbeitung eingesetzt. (Foto: © Wisky - stock.adobe.com)
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Wissen­schaft­le­rin­nen und Wissen­schaft­ler der Bundes­an­stalt für Mate­ri­al­for­schung und -prüfung (BAM) haben erst­mals syste­ma­tisch darge­stellt, bei welchen Laser­in­ten­si­tä­ten und bei welchen Mate­ria­lien die Rönt­gen­emis­sion über den erlaub­ten Grenz­wer­ten liegen kann. Sie weisen auf ein Gesund­heits­ri­siko durch ultra­kurz­ge­pulste Laser hin.

Ob Schnei­den, Bohren, Abtra­gen oder Struk­tu­rie­ren – die indus­tri­elle Bear­bei­tung von Mate­ria­lien soll möglichst schnell und kosten­güns­tig sein. Als geeig­ne­tes „Allround‐Werkzeug“ für verschie­denste Bear­bei­tungs­me­tho­den haben sich gepulste Laser etabliert. Zum Einsatz kommen sie bei unter­schied­li­chen Mate­ria­lien, von Glas und Stahl bis hin zu komple­xen Verbund­sys­te­men. Auch in der Medi­zin finden ultra­kurze Laser­im­pulse immer häufi­ger Anwen­dung, beispiels­weise in der Augen­chir­ur­gie. Aller­dings kann es uner­wünschte Neben­ef­fekte geben: Bei der Nutzung von Laser­im­pul­sen mit hoher Inten­si­tät entsteht Rönt­gen­strah­lung.

Bei welchen Laser­in­ten­si­tä­ten und bei welchen Mate­ria­lien die Rönt­gen­emis­sion über den erlaub­ten Grenz­wer­ten liegen kann, haben Wissen­schaft­le­rin­nen und Wissen­schaft­ler der Bundes­an­stalt für Mate­ri­al­for­schung und -prüfung (BAM) darge­stellt und daraus erste Empfeh­lun­gen für Arbeits­schutz­maß­nah­men abge­lei­tet.

Der Einsatz von ultra­kurz­ge­puls­ten Lasern mit Dauern im Bereich von Piko­se­kun­den (10 -12 Sekun­den) und Femto­se­kun­den (10 -15 Sekun­den) in der Mate­ri­al­be­ar­bei­tung bietet viele Vorteile: Der Laser­strahl ist sehr ener­gie­reich, wirkt aber nur für eine sehr kurze Zeit auf das Mate­rial ein. Dieser Laser­im­puls reicht aus, um das Mate­rial präzise zu bear­bei­ten. Gleich­zei­tig wird das Mate­rial im Bereich rund um die Bear­bei­tungs­stelle kaum erwärmt und bleibt unver­än­dert.

Unter­schätzte Rönt­gen­strah­lung

Zur Bear­bei­tung der Mate­rial­ober­flä­che werden in der Regel viele Laser­im­pulse hinter­ein­an­der auf das Werk­stück fokus­siert. Dabei entsteht ein Gesund­heits­ri­siko, das bislang unter­schätzt wurde: „Beim Auftref­fen des Laser­im­pul­ses auf das Mate­rial kann Rönt­gen­strah­lung entste­hen“, erklärt Dr. Jörg Krüger, wahr­neh­men­der Leiter des Fach­be­reichs Tech­no­lo­gien mit Nano­werk­stof­fen. Bei einem einzel­nen Laser­im­puls ist die Menge der entste­hen­den Strah­lung bei den in der Mate­ri­al­be­ar­bei­tung übli­chen Bedin­gun­gen zwar gering, aber: „Durch die hohen Wieder­hol­ra­ten mit mehre­ren Hundert­tau­send Impul­sen pro Sekunde kann die Rönt­gen­strah­lung einen kriti­schen Wert errei­chen, der über den erlaub­ten Grenz­wer­ten im Strah­len­schutz liegt“, so Dr. Herbert Legall, der gemein­sam mit Chris­toph Schwanke die expe­ri­men­tel­len Unter­su­chun­gen in der BAM durch­führt.

Das BAM‐Team hat in Zusam­men­ar­beit mit Profes­sor Günter Ditt­mar vom Steinbeis‐Transferzentrum in Aalen erst­mals syste­ma­tisch darge­stellt, bei welcher Laser­in­ten­si­tät und bei welchem Mate­rial eine kriti­sche Menge an Rönt­gen­strah­lung entste­hen kann: „Der Einsatz von ultra­kurz­ge­puls­ten Lasern muss sicher sein“, so Jörg Krüger, „mögli­che Gesund­heits­ri­si­ken müssen durch geeig­nete Schutz­maß­nah­men so gering wie möglich gehal­ten werden.“ Im aktu­el­len Forschungs­pro­jekt werden daher auch Möglich­kei­ten unter­sucht, wie die entste­hende Rönt­gen­emis­sion wirk­sam abge­schirmt werden kann.

Die Arbei­ten werden im Rahmen des BMBF‐Vorhabens „Emis­sio­nen von Rönt­gen­strah­lung bei der Ultra­kurz­puls­la­ser­be­ar­bei­tung“ an der BAM geför­dert. Erste Ergeb­nisse sind bereits Open Access publi­ziert.

Tech­no­lo­gie mit Poten­zial

Die Entwick­lung von Laser­sys­te­men für die Mate­ri­al­be­ar­bei­tung hat in der Vergan­gen­heit große Fort­schritte gemacht. Während ultra­kurz­ge­pulste Laser noch vor 20 Jahren als exoti­sches Werk­zeug galten, ist ihr Einsatz mitt­ler­weile weit verbrei­tet. Die Bedeu­tung dieser Tech­no­lo­gie unter­streicht aktu­ell auch die Vergabe des Physik‐Nobel‐Preises im Okto­ber 2018, der unter ande­rem an Profes­sor Gérard Mourou und Profes­sor Donna Strick­land verlie­hen wurde. Gewür­digt wurden die beiden Wissen­schaft­ler für die Entwick­lung einer Methode, mit der sich hoch­en­er­ge­ti­sche, ultra­kurze opti­sche Pulse erzeu­gen lassen.

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