Leichtgewichtige Materialien mit hoher Schutzwirkung

Die Bayer MaterialScience AG hat spezielle Polymer-Werkstoffe entwickelt, die eine effiziente Abschirmung gegen kosmische Strahlung bieten. Dabei handelt es sich um eine komplexe Mischung aus verschiedenen Strahlenarten, die von Sternen – auch von der Sonne – erzeugt wird und durch das Weltall zur Erde gelangt. Ein Großteil der auf die Erde eintreffenden Strahlung wird von ihrem eigenen Magnetfeld abgelenkt. Außerhalb des Einflussbereichs des Erdmagnetfelds steigt die Strahlungsintensität merklich an und kann dort eine schädliche Wirkung auf den menschlichen Organismus ausüben, aber auch Fehlfunktionen in elektronischen Systemen verursachen. Aus diesem Grund werden Raumkapseln und Flugzeuge bisher wirkungsvoll mit Aluminium abgeschirmt. So liegt die jährliche Dosisleistung, der zum Beispiel das Flugpersonal in der Zivilluftfahrt ausgesetzt ist, deutlich unter dem von der Internationalen Kommission für Strahlenschutz, ICRP, festgelegten Grenzwert für beruflich strahlenexponierte Arbeitskräfte. „Unsere Polymere haben jedoch den Vorteil, dass sie bei gleicher Abschirmleistung eine Gewichtsersparnis von bis zu 30 Prozent gegenüber Aluminium bieten können“, sagt Dr. Heinz Pudleiner, der das Projekt bei Bayer MaterialScience betreut.

Zur quantitativen Bestimmung der Abschirmwirkung kam ein unter Leitung von Prof. Dr. Norbert Vana am Atominstitut der Österreichischen Universitäten an der TU Wien entwickeltes, weltweit einzigartiges Messverfahren zum Einsatz, mit dem sich die Strahlendosis und ihre biologische Relevanz vor und hinter den Proben messen lässt. „Aus den Messergebnissen können wir die Abschirmwirkung von Werkstoffen für biologische und elektronische Systeme zuverlässig beurteilen“, sagt Dr. Michael Hajek, Projektmitarbeiter am Atominstitut. Darüber hinaus können die Forscher die kosmische Strahlung bei Experimenten auf der Erde bereits ziemlich realitätsnah simulieren. Diese Möglichkeit stellt eine wichtige Alternative zur Prüfung der Werkstoffe bei unbemannten Raumflügen dar.

„Wenn sich die Ergebnisse weiterhin so positiv entwickeln, könnten die neuen Polymer-Werkstoffe eines Tages in Flugzeugen und Raumkapseln eingesetzt werden und auf leichtgewichtige Weise die Sicherheit von Flugzeugbesatzungen und Weltraumfahrern gegen kosmische Strahlung gewährleisten“, sagt Dr. Harald Pielartzik, im Bereich New Business von Bayer MaterialScience verantwortlich für Kontakte zu Hochschulen und Instituten. Besondere Bedeutung hat ein solcher Schutz bei einer möglichen bemannten Mission zum Mars, denn während der langen Reise durch den luftleeren Raum würde die Raumkapsel einer besonders großen Strahlendosis ausgesetzt.