Beiträge für eine Normentwurfsvorlage im Hinblick auf die Erzeugung unerwünschter Röntgenstrahlung bei der Ultrakurzpulslaser-Materialbearbeitung; Akronym: RoeLaMat

Abstract

Das Forschungsvorhaben "RoeLaMat" verfolgt das Ziel, eine wissenschaftlich fundierte Grundlage für den sicheren Einsatz von Ultrakurzpuls-(UKP-)Lasern in industriellen und wissenschaftlichen Anwendungen zu schaffen. Im Mittelpunkt steht die Erstellung einer VDE-Anwendungsregel zur unerwünschten Entstehung von Röntgenstrahlung bei der UKP-Lasermaterialbearbeitung. Diese Anwendungsregel soll als Vorarbeit für eine internationale Norm dienen und über die DKE sowie ISO/TC 85/SC 2 in die internationale Standardisierung eingebracht werden. Dieses Dokument soll sowohl Anwendern, Integratoren als auch in der Prüfung von UKP-Laseranlagen in der Materialbearbeitung als Zusammenfassen des aktuellen Standes der Technik und Bündeln der neuesten Erkenntnisse dienen. Laseranlagen zur Anwendung ionisierender und nicht ionisierender Strahlung am Menschen fallen nicht in den Anwendungsbereich dieser Norm. Das Projekt leistet damit einen wesentlichen Beitrag zum Gesundheits- und Strahlenschutz beim Betrieb moderner Hochleistungs-UKP-Lasersysteme. Für die Bearbeitung dieser Thematik wurde ein interdisziplinäres Konsortium aus wissenschaftlichen Einrichtungen und Industriepartnern gebildet. Inhaltlich konzentriert sich das Vorhaben auf die experimentelle Untersuchung laserinduzierter Röntgenemissionen bei der UKP-Lasermaterialbearbeitung. Ziel ist es, grundlegende Zusammenhänge zwischen Laserparametern und der Entstehung von Röntgenstrahlung zu identifizieren. Hierzu sollen insbesondere die spektrale Verteilung der erzeugten Röntgenphotonenfelder, die Ortsdosisleistungen unter realen sowie Worst-Case-Bedingungen und die Abhängigkeit der Emissionen von verschiedenen Prozessparametern untersucht werden. Ein zentraler Schwerpunkt liegt auf der Bestimmung der Laser-Bestrahlungsstärke, ab der erstmals messbare Röntgenemissionen auftreten und gesetzliche Strahlenschutzgrenzwerte überschritten werden können. Darüber hinaus werden unterschiedliche Werkstoffgruppen wie Metalle, Gläser und Kerami-ken hinsichtlich ihres Gefährdungspotenzials untersucht. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen in eine Materialklassifizierung einfließen und die Grundlage für die Auswahl geeigneter Schutzmaßnahmen bilden. Parallel dazu erfolgt die Bewertung und Validierung verschiedener Strahlungsmessgeräte für die messtechnische Erfassung UKP-Laserinduzierter Röntgenemission. Da derzeit keine speziell zugelassenen Dosimeter für ultrakurz gepulste Röntgenstrahlung verfügbar sind, werden im Rahmen von Ringversuchen unterschiedliche Messsysteme unter definierten Bedingungen getestet, um Aussagen über deren Zuverlässigkeit und Messverhalten zu treffen. Auf Basis aller experimentellen Ergebnisse sollen allgemeingültige Empfehlungen für Schutzmaßnahmen gegen unerwünschte Röntgenemissionen erarbeitet werden. Dazu gehören Vorgaben für Schutzgehäuse, Prüfverfahren und geeignete Messmethoden. Die Projektergebnisse bilden die Grundlage für zukünftige nationale und internationale Normen und tragen dazu bei, Rechtssicherheit sowie einheitliche Sicherheitsstandards für Hersteller, Anlagenbauer und Anwender von UKP-Lasersystemen zu schaffen.