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Strahlenschutz

Fasern als Strah­len­ab­sor­ber

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Vor Rönt­gen­strah­len muss man sich schüt­zen, aber das ist meist aufwen­dig und unbe­quem. Textil­for­scher aus Nordrhein‐Westfalen und Thürin­gen haben deshalb eine beson­dere Tech­no­lo­gie entwi­ckelt. Profes­sor Dr. Boris Mahl­tig von der Hoch­schule Nieder­rhein erklärt diese im Inter­view.

Das Inter­view führte Kirs­ten Rein.

Profes­sor Dr. Boris Mahl­tig, wie war die Ausgangs­si­tua­tion für das Forschungs­pro­jekt?

Rönt­gen­strah­len sind beispiels­weise in der Medi­zin, aber auch für andere Zwecke unent­behr­lich. Gleich­zei­tig ist der Schutz vor gesund­heit­li­chen Risi­ken und Neben­wir­kun­gen aufwän­dig. Tradi­tio­nelle Rönt­gen­schutz­klei­dung hat ein beträcht­li­ches Gewicht. Die meist einge­ar­bei­te­ten Blei­kom­po­nen­ten können außer­dem leicht verrut­schen. Deshalb haben wir, Wissen­schaft­ler des Forschungs­in­sti­tuts für Textil und Beklei­dung FTB der Hoch­schule Nieder­rhein in Mönchen­glad­bach, und Kolle­gen vom Thürin­gi­schen Insti­tut für Textil‐ und Kunst­stoff­for­schung (TITK) in Rudol­stadt uns auf die Suche nach einer alter­na­ti­ven Lösung bege­ben.

Wo über­all wird eigent­lich mit Rönt­gen­strah­len gear­bei­tet?

Am bekann­tes­ten ist wahr­schein­lich die medi­zi­ni­sche Diagnos­tik. Anwen­dungs­be­rei­che sind aber auch Kontroll‐ und Sicher­heits­prü­fun­gen bezie­hungs­weise Rönt­gen­strah­len werden in der Forschung, für die Mate­ri­al­ana­lyse und bei Entwick­lungs­ar­bei­ten genutzt.

Wie genau funk­tio­niert der Strah­len­schutz?

Ganz allge­mein gesagt, bedeu­tet Strah­len­schutz durch Klei­dung, dass das Textil, aus dem die Klei­dung herge­stellt ist, Strah­lung absor­biert oder reflek­tiert. So ergibt sich für den Träger eine Vermin­de­rung der Strah­len­ex­po­si­tion. Herkömm­li­che textile Mate­ria­lien wie Baum­wolle, Poly­es­ter oder Viskose absor­bie­ren von sich aus kaum Strah­len, deshalb müssen Strah­len­ab­sor­ber „zuge­führt“ werden. Dazu eignen sich schwere chemi­sche Elemente und deren Verbin­dun­gen wie Bari­um­sul­fat, Bari­um­ti­ta­nat oder Bismutoxid. Bekann­ter sind wahr­schein­lich Blei und seine Verbin­dun­gen.

Wie sind Sie vorge­gan­gen?

Wir haben beträcht­li­che Mengen winzi­ger Bariumsulfat‐ und Bismutoxid­par­ti­kel direkt in Cellu­lo­se­fa­sern inte­griert. Maxi­mal reali­siert wurden Bela­dungs­grade von 40 Prozent. Um eine Faser­ver­ar­bei­tung zu gewähr­leis­ten, sind Bela­dun­gen bis 20 Prozent zweck­mä­ßig.

Und wie bringt man diese Elemente in die Fasern ein?

In voran­ge­gan­ge­nen Arbei­ten konnte gezeigt werden, dass sich diese anor­ga­ni­schen Absor­ber als mikro­sko­pi­sche Parti­kel in cellu­lo­si­sche Fasern einbrin­gen lassen. Solche soge­nann­ten organisch/anorganischen Kompo­sit­fa­sern sind als Stapel­fa­ser reali­sier­bar. Sie können durch Rotor­spin­nen zu Garn verar­bei­tet werden. Das ist möglich, weil der anor­ga­ni­sche Anteil in den Fasern im Bereich von 20 Prozent liegt. Der verblie­bene Anteil an cellu­lo­si­scher Matrix ist also ausrei­chend, um eine spinn­bare Stabi­li­tät der Faser zu gewähr­leis­ten.

Lassen sich die Kompo­sit­fa­ser­garne so verar­bei­ten wie andere Garne?

Ja, sie lassen sich zu Gewe­ben und Gestri­cken verar­bei­ten. Die über Spinn­ma­schi­nen gewon­ne­nen Kompo­sit­fa­ser­garne sind sehr fein. Sie wiegen nur 100 Gramm pro Kilo­me­ter Faden­länge. Im Falle unse­rer strah­len­ab­sor­bie­ren­den Beklei­dung wird für den Schuss das Kompo­sit­garn und für die Kette ein Poly­es­ter­fi­la­ment einge­setzt. Die Gestri­cke werden aus zwei unter­schied­li­chen Kompo­sit­garn­ty­pen herge­stellt. Die texti­len Flächen sind vernäh­bar und können mit Reiß­ver­schlüs­sen oder Knöp­fen verse­hen werden. Auch das Besti­cken ist kein Problem. Die Muster­kol­lek­tion besteht aus Kopf­be­de­ckung, Hand­schu­hen, Hemden, Strick­ja­cken und Latz­hose.

Und diese Proto­ty­pen haben Sie bereits alle getes­tet?

Ja, Unter­su­chun­gen im Labor und mit Hilfe von Rönt­gen­to­mo­gra­phie haben belegt, dass die Beklei­dungs­teile tatsäch­lich Rönt­gen­strah­lung in ihrer Inten­si­tät verrin­gern. Einge­ar­bei­tete Reiß­ver­schlüsse und Knöpfe haben diese Wirkung nicht beein­träch­tigt. Auch Besti­cken ist problem­los möglich. Abge­se­hen von einem etwas höhe­ren Flächen­ge­wicht lassen sich die neuar­ti­gen Klei­dungs­stü­cke wie übli­che Texti­lien tragen. Der Komfort ist weit­ge­hend iden­tisch.

Eignet sich die Schutz­klei­dung für alle Anwen­dungs­fel­der glei­cher­ma­ßen?

Über­all dort, wo die Strah­len­ex­po­si­tion mini­miert und ein hohes Maß an Mobi­li­tät des Trägers sicher­ge­stellt werden soll, ist sie ange­bracht. Also in Rönt­gen­ab­tei­lun­gen von Kran­ken­häu­sern, in Arzt‐ und Zahn­arzt­pra­xen, aber auch im Sicher­heits­be­reich von Flug­hä­fen oder in Logis­tik­un­ter­neh­men mit Kontroll­auf­ga­ben bei Gepäck, Post‐ und Fracht­gut. Selbst in Forschungs­be­rei­chen, in denen nied­rig emit­tie­rende Gamma­stah­len wie Pluto­nium – zum Beispiel in auslän­di­schen Kern­kraft­wer­ken – vorzu­fin­den sind, könnte sie einge­setzt werden. Oder bei Strah­len­ri­si­ken in Berg­wer­ken, Unter­neh­men der Wasser­auf­be­rei­tung oder der Metall­in­dus­trie.

Wirkt die Schutz­klei­dung auch bei hoher Strah­lungs­in­ten­si­tät?

Nein, gegen direkte Bestrah­lung, also Primär­strah­lung mit hoher Foto­en­er­gie, schützt sie nur gering­fü­gig. Gute abschir­mende Wirkung hinge­gen konnte bei Sekun­där­strah­lung (zum Beispiel Streu­strah­lung vom Pati­en­ten weg) und Rönt­gen­strah­lung mit nied­ri­ger Foto­en­er­gie fest­ge­stellt werden. Anwen­dungs­fel­der erge­ben sich also dort, wo die Expo­si­tion gegen­über Sekun­där­strah­lung zu mindern ist und der Träger sich gleich­zei­tig unge­hin­dert bewe­gen können muss. Beispiels­weise wäre dies die mobile Mate­ri­al­ana­ly­tik, bei der Rönt­gen­spek­tro­sko­pie einge­setzt wird, oder die Kombi­na­tion mit herkömm­li­chen Rönt­gen­schutz­sys­te­men, bei denen die beweg­li­chen Körper­teile – Arme und Hände – zusätz­lich geschützt werden müssen.

Wie sieht es mit der Verfüg­bar­keit der neuen Beklei­dung im Markt aus?

Unsere Ergeb­nisse sind publi­ziert und allge­mein zugäng­lich. Jetzt wollen wir mit Forschungs‐ und Indus­trie­part­nern die Umset­zung unse­rer Erkennt­nisse in markt­fä­hige Produkte in Angriff nehmen. Unsere Arbeit wurde mit Mitteln des Bundes­wirt­schafts­mi­nis­te­ri­ums geför­dert. Für die weitere Entwick­lungs­ar­beit gibt es auch staat­li­che Förde­run­gen. Aus konkre­ten Anwen­dun­gen erge­ben sich neue Chan­cen und umge­kehrt erkennt man, wo Opti­mie­rungs­be­darf für die Schutz­wir­kung besteht. Ange­dacht ist beispiels­weise eine pigment­hal­tige Beschich­tung des Kompo­sit­ge­we­bes mit einer Kombi­na­tion aus unbe­denk­li­chen Bari­um­ver­bin­dun­gen und metal­li­schen Effekt­pig­men­ten. So könnte die Strah­len­ab­sorp­tion deut­lich erhöht werden.

Vielen Dank für das Gespräch.

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