Endbericht - NachhaltigWirtschaften.at

2.1.3 Medizin und Forschung
Bezüglich der Stoffflussanalyse von Neodym in Österreich fanden im Bereich „Medizin und
Forschung“ die beiden Anwendungen Nd:YAG-Laser und Magnetresonanztomographie
Berücksichtigung.
2.1.3.1 Nd:YAG-Laser
Laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) sind ein unverzichtbares
Werkzeug sowohl in Bereichen der Wissenschaft und Forschung als auch der Medizin und
Materialbearbeitung. Deren Prinzip basiert auf dem Effekt der stimulierten Emission von
Strahlung. Diese Stimulation kann optisch (Einstrahlung von Licht) oder elektrisch (z.B. Gasentladung)
erfolgen. Zunächst werden die Atome im Lasermedium durch die eingespeiste
Leistung vom Ruhezustand in einen metastabilen, angeregten Zustand versetzt. Nach
diesem Absorptionsvorgang („angeregtes Atom“) fällt das Elektron durch die Anregung eines
einfallenden Photons mit der auszustrahlenden Energie wieder zurück in den Grundzustand
und sendet dabei ein Photon identischer Energie (das heißt gleicher Wellenlänge und
Frequenz) aus wie das stimulierende Photon. Das „neu entstandene“ Photon kann dann
seinerseits andere angeregte Atome zur Ausstrahlung stimulieren. All diese Photonen
bewegen sich in die gleiche Richtung, es entsteht monochromatisches Licht.
Im Gegensatz hierzu fällt bei Licht, welches durch Verwendung einer Glühbirne entsteht, das
Elektron nach dem Absorptionsprozess vom Grundzustand in den angeregten Zustand
(„angeregtes Atom“) spontan in den Grundzustand zurück. Es wird polychromatisches Licht
in alle Richtungen des Raumes emittiert.
Der Werkstoff Neodym-Yttrium-Aluminium-Granat (Nd:YAG) gehört zur Gruppe der Festkörperlasermaterialien
(im Gegensatz zu gasförmigen oder flüssigen Lasermedien), die aus
einem Wirtsmaterial und dem Lasermaterial bestehen. Im Fall von Nd:YAG fungiert Yttrium-
Aluminium-Granat (Y 3 Al 5 O 12 ) als Wirtsmaterial und Neodym als Lasermaterial indem Yttrium
im Kristallgitter durch 0,8–1,1 Mol-% Neodym ersetzt ist [Angerer et al. 2009]. Der Bereich
der Festkörperlaser wird von Nd:YAG dominiert.
Laser lassen sich vor allem zur Bearbeitung von Materialien verwenden. Dazu gehören unter
anderem das Schneiden und Verbinden, Oberflächenbehandlungen und die Formgebung. In
der industriellen Materialbearbeitung werden vor allem drei Lasertypen herangezogen: CO 2 -,
Nd:YAG- und Dioden-gepumpte Hochleistungs-Laser [Angerer et al. 2009]. Neben der
Materialbearbeitung ist der Einsatz von Lasern in Medizin und Forschung weit verbreitet
[Angerer et al. 2009]. Im medizinischen Bereich finden Nd:YAG-Laser häufig in der Dermatologie
Einsatz, sowohl mit einer Wellenlänge von 1.064 nm als auch frequenzverdoppelt mit
532 nm [Greve und Raulin 2011].
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