Forschung & Entwicklung

Lasermaterialbearbeitung: Risiko von Röntgenstrahlung reduzieren

Erstmals wird systematisch dargestellt, bei welcher Laserintensität und bei welchem Material eine kritische Menge an gesundheitsgefährdender Röntgenstrahlung entstehen kann. Daraus lassen sich Arbeitsschutzmaßnahmen entwickeln.

Ob Schneiden, Bohren, Abtragen oder Strukturieren – die industrielle Bearbeitung von Materialien soll möglichst schnell und kostengünstig sein. Als geeignetes 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.

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. Aus ihren Erkenntnissen haben sie erste Empfehlungen für Arbeitsschutzmaßnahmen abgeleitet.

Der Einsatz von ultrakurzgepulsten Lasern mit Dauern im Bereich von Piko- und Femtosekunden 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.

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, Leiter des Fachbereichs Technologien mit Nanowerkstoffen an der BAM. Bei einem einzelnen Laserimpuls ist die Menge der entstehenden Strahlung bei den in der Materialbearbeitung üblichen Bedingungen 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.

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.

von mn

Originalveröffentlichung:

[H. Legall, C. Schwanke, S. Pentzien, G. Dittmar, J. Bonse, J. Krüger, X-ray emission as a potential hazard during ultrashort pulse laser material processing, Applied Physics A (2018), DOI: 10.1007/s00339-018-1828-6]

www.bam.de

© photonik.de 2018 - Alle Rechte vorbehalten