04.12.2018

Laserpulse mit Nebenwirkungen

Risiko von entstehender Röntgenstrahlung bei kurzen Pulsen untersucht.

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.

Abb.: Materialbearbeitung mit gepulster Laser­strahlung (Bild: BAM)
Abb.: Materialbearbeitung mit gepulster Laser­strahlung (Bild: BAM)

Wissenschaftler der 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 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 Herbert Legall, der gemeinsam mit Christoph Schwanke die experimentellen Unter­suchungen in der BAM durch­führt.

Das BAM-Team hat in Zusammenarbeit mit Günter Dittmar vom Steinbeis-Transfer­zentrum in Aalen 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 sich die ent­stehende Röntgen­emission wirk­sam abschirmen lässt.

BAM / DE

 

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