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Risiko durch Röntgenstrahlung

Laser
Risiko durch Röntgenstrahlung

Laser werden häufig zur Materialbearbeitung eingesetzt. (Foto: © Wisky - stock.adobe.com)

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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