Neue Anwendungen von Techniken im Bereich der ionisierenden und nichtionisierenden Strahlung - moderne Laser in der Praxis

Ein Resümee

Neue Anwendungen von Techniken im Bereich der ionisierenden und nichtionisierenden Strahlung – in der ganzen Breite – darzustellen, das war die Idee. Schnell schälte sich heraus, dass bereits die modernen Laseranwendungen in der Lage waren, den Schwerpunkt zu füllen. Dabei sind insbesondere Ultrakurzpulslaser von besonderem Interesse, treten bei ihnen doch neben der Laserstrahlung auch Röntgenstrahlung und unter Umständen sogar Elektronenstrahlung auf.

Die Grundlagen sind so gut verstanden, dass sie für viele verschiedene Materialien durch Modelle nachgerechnet bzw. vorhergesagt werden können, wie Rudolf Weber (Institut für Strahlwerkzeuge IFSW) in seinem Beitrag aufzeigt. Die grundlegenden Erzeugungsmechanismen können erklärt werden und auch die Propagation in Luft ist gut verstanden. Auch die notwendigen Schutzmechanismen zur Abschirmung der Strahlung sind bekannt und es können dementsprechend Empfehlungen gegeben werden. Matthias Rothmund (Regierungspräsidium Stuttgart) berichtet aus der Sicht der Behörde über den Umgang mit UKP-Lasern und die Rechtslage. Das behördliche Aufsichtsverfahren beinhaltet neben der Bearbeitung von Anzeigen und Anmeldungen auch eine Strahlenschutzprüfung der Geräte. Schutzkonzepte sollen die Dosis des Personals unter 1 mSv/a halten. Für Strahlenschutzbeauftragte wurde eine neue Fachkundegruppe eingeführt.

Die Ultrakurzpuls-Laser-Technologie ist in vielen Anwendungen von Laserbohren über Laserschneiden und gar das Laserdrehen extrem attraktiv. Die in Deutschland geschaffene Vorreiterrolle durch jahrelange intensive und durch Förderung ermöglichte Forschungs- und Entwicklungsarbeiten bietet exzellente Zukunftsaussichten. Das Innovationsnetzwerk Ultrakurzpulslaser, hier von Thomas Schwarzbäck (EurA AG) dargestellt, ist der wahrscheinlich weltgrößte Zusammenschluss an Firmen und Forschungseinrichtungen im Fachgebiet UKPL. Es verfolgt seit vielen Jahren innovative Entwicklungen und Technologietransfer.

Der Beitrag von Roswitha Giedl-Wagner (GFH GmbH) behandelt reale industrielle Anwendungen. Auch wenn Laserprozesse stabil laufen, kann und wird deswegen noch lange nicht konstant Röntgenstrahlung abgestrahlt. Im optimalen Arbeitsbereich, und nur dieser ist aus wirtschaftlicher Sicht sinnvoll, wird nur eine sehr geringe Dosisleistung emittiert. Die Erfahrungen aus der industriellen Praxis zeigen also ein durchaus differenziertes Bild. Die Herausforderungen im täglichen Strahlenschutz sowie bei der Messung der Dosisleistung werden deutlich.

Die Messung an sich stellt Günter Dittmar (Ingenieurbüro Dittmar) in seinem Beitrag nochmals ausführlicher dar. Für den hauptsächlichen Emissionsbereich von UKP-Anlagen wurde ein spezielles Messgerät entwickelt. Es wurde in Kooperation mit der Industrie ausführlich getestet. Interessant sind 2 Varianten. Ein Röntgenwächter wird zum Monitoring in der Schutzumhausung industrieller UKP-Anlagen eingesetzt. Er verfügt über eine Schnittstelle zur Maschinensteuerung. Ein wissenschaftliches Gerät dient zur Untersuchung der Strahlenfelder.

Weg von den industriellen Anwendungen gehen Roman Adam, Markus Büscher, Olaf Felden, Christian Greb und Claus M. Schneider (Forschungszentrum Jülich GmbH) mit ihrem Bericht über das wissenschaftliche Jülicher JuSPARC-Labor. Die Einrichtung besteht aus 4 leistungsstarken UKP-Laser-Anlagen. Der Laser VEGA ist aus Strahlenschutzsicht besonders interessant. An einem der Strahlplätze sollen künftig Elektronen beschleunigt werden. Da ist dann auch die Fachkunde für Beschleuniger gefragt.

Über die bereits bestehende Laserbeschleunigungsanlage CALA berichtet Sabine Kiermayer (LMU München). Auch hier kommen UKP-Laser zum Einsatz. Eine Besonderheit ist, dass der Beschleuniger sowohl Elektronen als auch Protonen und andere Ionen beschleunigen kann. Durch die Auswahl von Laserparametern und Targets kann gezielt auf wissenschaftliche Fragestellungen eingegangen werden. Derzeit ist die Anlage im Probebetrieb, wird aber noch 2021 in den wissenschaftlichen Betrieb gehen. Bei CALA ist sowohl  Laserstrahlenschutz als auch Beschleunigerstrahlenschutz wichtig. Moderne Laseranwendungen sind nicht auf UKP-Laser beschränkt.

So widmen sich Martin Brose und Eva Janick (BGETEM) aus berufsgenossenschaftlicher Sicht der Sicherheit von Show- und Projektionslasern. Nur eine umfassende Gefährdungsbeurteilung und eine wohlüberlegte Auswahl der erforderlichen Schutzmaßnahmen sowie das grundlegende Verständnis über potenzielle Gefahren (Laserklassen, Reflexion oder Streustrahlung) können auch für Laser mit Leistungsklassen 3 oder 4 zu sicheren Veranstaltungen führen. In einem Fachbeitrag zum Schwerpunktthema ab Seite 49 berichten Rolf Behrens, Björn Pullner und Marcel Reginatto (PTB) über erste Messungen der PTB an Lasematerialbearbeitungsmaschinen. Mit TLD-basierten Dosimetern bestimmten sie Dosisverteilungen und spektrale Verteilung der entstandenen Strahlung und legten so die Grundlage für Verbesserungen an Geräten. Diese Messungen beeinflussten auch die Gesetzgebung.

Im Fazit ist das Gebiet der modernen Laseranwendungen ein faszinierendes Feld der modernen Physik, das auch den Strahlenschutz mit neuen Problemstellungen konfrontiert.

Peter Hill, Thomas Schwarzbäck