WO2006079335A2 - Verfahren und einrichtung zur bearbeitung von materialoberflächen mittels einer strahlung unter verwendung eines elektrostatischen feldes - Google Patents

Verfahren und einrichtung zur bearbeitung von materialoberflächen mittels einer strahlung unter verwendung eines elektrostatischen feldes Download PDF

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WO2006079335A2
WO2006079335A2 PCT/DE2006/000187 DE2006000187W WO2006079335A2 WO 2006079335 A2 WO2006079335 A2 WO 2006079335A2 DE 2006000187 W DE2006000187 W DE 2006000187W WO 2006079335 A2 WO2006079335 A2 WO 2006079335A2
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Jürgen KNORR
Wolfgang Lippmann
Anne-Maria Reinecke
Regine Wolf
Roland Rasper
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Technische Universität Dresden
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B08—CLEANING
    • B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
    • B08B7/00—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass
    • B08B7/0035—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass by radiant energy, e.g. UV, laser, light beam or the like
    • B08B7/0042—Cleaning by methods not provided for in a single other subclass or a single group in this subclass by radiant energy, e.g. UV, laser, light beam or the like by laser

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for processing material surfaces by means of a radiation which is directed to the material surface to be processed, on which the incident radiation is absorbed, and by means of an electrostatic field, wherein an aerosol / gas stream of atoms, molecules, Particles and / or electrically charged particles from the side of the material surface is formed, wherein the electrically charged particles are deflected by the electrostatic field and discharged at a ge to the electrically charged particles opposite poled electrode and condense there.
  • the invention may further be used for the decontamination of radioactive constituents on material surfaces, for the production of very pure surface coatings and for the production of precisely defined material compositions.
  • a method and a device for cleaning metal surfaces by means of pulsed laser radiation with two different wavelengths are described in document EP 1 340 556 A2.
  • a base frequency and a harmonic frequency of a laser beam in the order of magnitude of 1 to 40 ns are used in simultaneous or spatial superimposition of pulse series and different variations in energy intensity.
  • the process can be used to remove radioactive residues.
  • the process involves coating the contaminated surface with a sealing material, the process being characterized by treatment of the surface is carried out with an intensive heat treatment by means of a laser radiation.
  • the sealing material is melted and a glass-hard coating is formed on top of the surface by the thermal radiation.
  • the process essentially seals concrete and metal surfaces.
  • a method for cleaning metal surfaces by means of laser radiation in the document RU 2 104 846 is described.
  • the radioactive decontamination of metal structures and pipes of nuclear power plants can be removed during operation.
  • the process is carried out with the laser radiation on the surfaces treated with pulsed power, wherein an energy density on the surface to be processed for evaporation of the refractory bonds of the metal of the oxide film with a removal of the products from the surface to be machined by a Gas flow is provided.
  • the radioactive gases or vapors generated during the thermal processes are passed through filters through a conventional extraction system. There, the radioactive components are filtered out. This leads to a contamination of the entire extraction and filter system with radioactive Aerosols and thus for the secondary contamination of large volumes of other materials.
  • Another problem is that when an incident occurs, the deposited dust can be released again, so that an additional secondary contamination of the rooms can occur.
  • a method for workpiece machining, in particular for surface treatment is described in the document DE 41 08 541 A1, wherein a focused on the workpiece radiation generator - a laser - and an additional, directed to the focal point of the laser beam gas jet are available.
  • the workpiece is positively charged electrostatically by means of an applied current-voltage source.
  • the gas jet consists of an inert and / or reactive gas.
  • the processing is carried out with a laser beam and an inert gas jet at the electrically positively charged workpiece and by means of a negatively charged ring electrode.
  • the ring electrode forms an electrostatic field which is directed perpendicular to the workpiece surface and parallel to the laser beam.
  • the material By means of the focused laser beam, the material is melted on the surface of the material and evaporated, and at the same time positively charged by taking over positive charges from the workpiece.
  • the gas jet strikes the gas stream in parallel with the laser beam, the evaporating material is loosened and blown from the surface into the electrostatic field, the negatively charged electrode exerting forces on the positive particles and absorbing the positive particles, condensation on the electrode not occurring is excluded.
  • an arrangement for the ablation of biological tissue with the aid of a laser beam is described in the document DE 199 46 177 A1, wherein means are present for removing ablation products arising during ablation, such as, for example, smoke and tissue particles from the environment of the treatment site.
  • the electrostatic field is also directed to the active site and parallel to the laser beam is provided, wherein between the ring electrodes due to an applied electrical voltage, an electric field is formed, the waste products after a first scattering of the effect of the electrostatic field are exposed and their direction of movement is influenced by the field in such a way that they move away from the area of the laser radiation.
  • a suction device may be present, which supports the removal of the flue gas and the particles.
  • the waste products are essentially sucked off and removed by a suction device, the problem being that the electrostatic field has less influence.
  • Both electrodes are formed as spaced from the Wirkoberflä ⁇ he ring electrodes, through which the laser beam is guided. At the site of action - the biological tissue - is difficult to put the pole of a current-voltage source.
  • An apparatus for laser drilling by means of a laser is described in the document DE 103 10 293 A1, wherein a ring electrode is arranged opposite a workpiece to be machined.
  • a current-voltage source is connected so that an electrostatic field is applied between the workpiece and the ring electrode, which is directed parallel to the radiation of the laser and wherein the workpiece to be machined is positive and the ring electrode is electrically negatively charged.
  • the laser beam passing through the ring electrode causes a melt and a removal of material by acting on the workpiece at an operative point.
  • Metal and / or plasma ions produced in the vicinity of the active site are always positively charged due to the transfer of positive charges from the workpiece. They are accelerated in the direction of the ring electrode arranged parallel to the workpiece, whereby they are removed from the active site.
  • the object of the invention is to provide a method and a device for processing material surfaces which are designed so that a connection of the material to be processed to a current voltage source and thus a high power consumption is avoided. Furthermore, the aerosols / gaseous waste products produced during their thermal treatment should be fixed in the immediate vicinity of the place of origin in a simple manner.
  • the atoms, molecules, particles moving within the aerosol / gas stream change to ions and / or electrically charged particles through a radiation predetermined with at least one fixed wavelength, with the wavelength producing a photon energy of the radiation which is such is tuned to the binding energy / ion energy of the molecules, atoms of the aerosol / gas stream and / or on the exit energy of electrons in the electrically neutral particles that within the aerosol / gas stream on the one hand, the molecular bonds, broken and on the other hand, the electrically neutral atoms, molecules and particles to ions and / or electrically charged particles - to charge carriers - are converted, wherein the number of charge carriers generated is determined with a defined power density of the radiation.
  • the method thus has the following steps:
  • both positively and negatively charged particles - ions and electrically charged particles - can arise in different proportions, which are deflected according to their charge to correspondingly oppositely poled electrodes and there in the presence a true cooling can each form the condensates.
  • the electrode part or the relevant electrode can be replaced and disposed of.
  • the molecular bonds can be broken and the atoms are converted into electrically charged ions.
  • the appropriate ionizing wavelength is used in the radiation to generate cesium ions and divert them from the aerosol / 6as stream, and later dispose of them.
  • the device for processing material surfaces by means of a radiation which is incident on the material to be processed Surface is directed on which the incident radiation is absorbed, and which forms an Aeros ⁇ l- / gas stream of atoms, molecules, particles and / or electrically charged particles, comprising - a radiation generator with a radiation and
  • At least one of the condensate exhibiting electrode part or the electrode itself may be formed interchangeable.
  • the electrodes may be formed as capacitor plates and may be provided as a cooled electrode connected to a cold trap capacitor plate.
  • the electrodes can be designed in several parts.
  • At least one of the electrodes may be formed as an arrangement comprising an electric lens and at least one condensate container downstream of the lens, the ions and / or electrically charged particles being discharged through the electric lens to the condensate container, where they discharge and be deposited on the inner walls of the serving as a cold trap condensate container as condensate.
  • the radiation may be a laser beam emitted by a laser.
  • a high voltage in the range of about 4000 volts can be applied to the electrodes.
  • both one of the electrodes and both electrodes of an electrostatic field can be cooled.
  • a melt is produced in a work step, eg sintering a laser from the material surface to be machined and from it evaporating atoms, eg cesium, or molecules ionized by the laser wavelength set, so that the ions and / or the electrically charged Particles can be passed through the electrostatic field in each case to the associated cooled electrode at which deposit the ions / electrically charged particles after discharge, wherein the deposition process can be carried out near the region of origin.
  • the incident on the surface of the material radiation has a dual function, wherein the radiation - on the one hand on the material surface a melt with an aerosol / Gasström of atoms, molecules and particles produced and
  • the charge generation does not take place by means of a transfer of charges from an electrically charged material or an electrically charged material surface, but in the intersection of the region of the matched radiation and the region of the melt evaporating as an aerosol / gas stream.
  • the invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment by means of a drawing.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the inventive device with an aerosol / gas stream emerging from a melt produced by means of a laser beam with ions / electrically charged particles in an electrostatic field directed transversely to the laser beam with a cold trap for condensate formation using the example of a material - A concrete component - and a radioactively contaminated material surface thereon.
  • FIG. 1 shows in a s ⁇ hematis ⁇ hen representation of a device 1 for processing a material surface 5 by means of a radiation 4, which is directed to the processed material surface 5 on which the incident radiation 4 is absorbed, the aerosol / gas flow 19th from atoms, molecules, particles and / or electrically charged particles is shown, the
  • the oppositely poled electrodes 7, 8, which are adjacent to the radiation 4 and which generate a radiation 4 are located in the region above the processing point. generate differently electrostatic field 18, wherein at least one wavelength at photon energy tuned and defined by power density radiation 4 is present, which generates 19 within the formed aerosol / gas flow 19 ions and / or electrically charged particles 15, and wherein at least one
  • the electrodes 7 are connected to a cold trap 13 in such a way that the ions and / or electrically charged particles 15 are condensed on a surface 16 of the cooled electrodes 7, 8 which are respectively oppositely poled to the ions and / or electrically charged particles 15 knock down.
  • the free-moving atoms and molecules are ionized in the radiation 4, which is defined by wavelength and by power density, and by the aerosol / gas stream 19 formed by the laser beam.
  • the two ions 15 are located in the area above the melt 6.
  • the two oppositely poled electrodes 7, 8, eg in the form of capacitor plates - with a cathode terminal 9 and an anode terminal 10 - generate the electrostatic field 18 within of the laser beam 4, wherein at least one capacitor plate 7 is in communication with a cooling 13, cause the escape of the melt 6 and then with a z .B.
  • FIG. 1 as shown in FIG.
  • the generated ions with an electrically negative charge can be diverted to the positive electrode 8 and likewise precipitated and / or disposed there.
  • the immediately escaping from the melt 6 electrically charged particles 14 may be present in substantial minority.
  • the change in charge occurring in the laser beam 4 relates to the atoms 14 which form and originate from the molecules to form ions 15, so that the carrying part of the deflectable aerosol / gas stream 19 is the ions 15.
  • a high voltage in the range of about optionally 4000 volts is applied to the capacitor plates 7, 8 via terminals 11.
  • the atoms, molecules, particles 14 moving within the aerosol / gas stream 19 are changed to ions and / or electrically charged particles 15 by a radiation 4 predetermined with at least one predetermined wavelength, a photon energy of the radiation 4 being emitted at the wavelength is generated, which is so matched to the binding energy / ion energy of the molecules, atoms of the aerosol / gas stream 19 and / or on the discharge energy of electrons in the electrically neutral particles 14, that within the aerosol / gas stream 19 on the one hand, the MoIe- külitatien
  • the electrically neutral atoms, molecules and particles 14 are converted into ions and / or electrically charged particles 15 - into charge carriers, the number of charge carriers 15 generated having a defined power density of the radiation 4 being determined.
  • silicate material such as concrete, glass, semiconductor structures as well as pure metal, alloys, metals with non-metallic components as well as metals with coatings and surface layers can be included in the invention, the z .B. can be represented with radioactive constituents and associated with the concrete material surfaces 5.
  • the method has the following steps:
  • the capacitor plate 7 After the formation of sufficient condensate 17 on the cooled capacitor plate 7, the capacitor plate 7 can be replaced and disposed of.
  • the method essentially represents a selective separation of ions 15 present in an aerosol / gas stream 19 by means of an electrostatic field 18 and a cold trap 13.
  • the mode of operation of the device 1 will be explained below with reference to FIG. 1, for example with a contaminated material surface 5 on a concrete component.
  • the treated with radioactive constituents material surface 5 of the concrete component 2 is melted by absorption of a laser beam 4.
  • individual, including radioactive elements and compounds 14 go into the gaseous phase.
  • the photon energy of the laser beam 4 can break molecular bonds and ionize the resulting and existing atoms become.
  • the ions 15, which are positive in FIG. 1, are deflected by the electrostatic field 18 in the direction towards the capacitor plate 7 provided with the opposite charge / polarity-negative in FIG. 1-and the tube-like aerosol / gas flow 19 points towards the capacitor plate 7 directed a curvature.
  • the ions 15 then hit a cooled O- 16 surface of the capacitor plate 7, are discharged there, condense on the surface 16 of the cooled capacitor plate 7 and are thus removed from the aerosol / gas flow 19. Due to the turbulence in the melt 6 it can be ensured that the radioactive constituents of the material surface 5 are effectively removed.
  • both a radioactive material surface 5 can be removed in a single technological working step and the product can be conditioned in such a way that it is largely capable of end-storage via the condensate, solid-state and exchangeable capacitor plate 7.
  • an arrangement of an electric lens and at least one condensate container arranged downstream of the lens may be provided as electrodes into which the ions and / or electrically charged particles 15 are discharged through the electric lens, discharged there and on the inner walls of the condensate tank serving as a cold trap are condensed as condensate.
  • the larger condensate tanks are then less time consuming disposable.
  • Components are made possible. By choosing at least one predetermined ionization and / or Aufbre ⁇ hungs wavelength and the power density of the laser beam 4 is thus carried out a selective deposition of ions and / or electrically charged particles 15 out of the range of the laser beam 4 out.
  • the process can also be used for the production of very pure surface coatings and for the production of precisely defined material compositions.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung (1) zur Bearbeitung von Materialoberflächen (5) mittels einer Strahlung (4) und mittels eines elektrostatischen Feldes (18) , wobei ein Aerosol- /Gasstrom (19) aus Atomen, Molekülen, Partikeln (14) und/ oder elektrisch geladenen Partikeln (15) von Seiten der Materialoberfläche ausgebildet wird, wobei die elektrisch geladenen Partikel von dem elektrostatischen Feld abgelenkt werden sowie an einer zu den elektrisch geladenen Partikeln entgegengesetzt gepolten Elektrode (7, 8) entladen werden und dort kondensieren, wobei die sich innerhalb des Aerosol- /Gasstromes bewegenden Atome, Moleküle, Partikel durch eine mit einer festgelegten Wellenlänge vorgegebenen Strahlung (4) zu Ionen und elektrisch geladenen Partikeln verändert werden, wobei mit der Wellenlänge eine Photonenenergie der Strahlung erzeugt wird, die derart auf die Bindungsenergie/ Ionenenergie der Moleküle, Atome des Aerosol-/Gasstromes und/oder auf die Austrittsenergie von Elektronen in den elektrisch neutralen Partikeln abgestimmt wird, dass innerhalb des Aerosol-/Gasstromes einerseits die Molekülbindungen aufgebrochen und andererseits die elektrisch neutralen Atome, Moleküle und Partikel zu Ionen und/oder elektrisch geladenen Partikeln umgewandelt werden.

Description

Verfahren und Einrichtung zur Bearbeitung von Materialoberflächen
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Bearbeitung von Materialoberflächen mittels einer Strahlung, die auf die zu bearbeitende Materialoberfläche gerichtet ist, auf der die auftreffende Strahlung absorbiert wird, und mittels eines elektrostatischen Feldes , wobei ein Aerosol- /Gasstrom aus Atomen, Molekülen, Partikeln und/oder elektrisch geladenen Partikeln von seiten der Materialoberfläσhe ausgebildet wird, wobei die elektrisch geladenen Partikel von dem elektrostatischen Feld abgelenkt werden sowie an einer zu den elektrisch geladenen Partikeln entgegengesetzt gepolten Elek- trode entladen werden und dort kondensieren. Die Erfindung kann des Weiteren zur Dekontamination von radioaktiven Bestandteilen auf Materialoberflächen, zur Herstellung von sehr reinen Oberflächenbeschichtungen und zur Herstellung von genau definierten MaterialZusammensetzungen eingesetzt werden.
Es ist ein Verfahren und eine Einrichtung zur Reinigung von Metall-Oberflächen mittels gepulster Laserstrahlung mit zwei unterschiedlichen Wellenlängen in der Druckschrift EP 1 340 556 A2 beschrieben. Dabei wird eine Basisfrequenz und eine harmonische Frequenz eines Laserstrahlenbündels in der Größenordnung von 1 bis 40 ns in gleichzeitiger oder räumlicher Ü- berlagerung von Impulsserien und unterschiedlichen Energiein- tensitäts-Variationen genutzt. Das Verfahren kann zur Beseiti- gung von radioaktiven Rückständen eingesetzt werden.
Ein anderes Verfahren und eine zugehörige Einrichtung zur Dekontamination von Metallobjekten ist in der Druckschrift FR 2 €73 389 beschrieben, in der die Metallobjekte in einem Gehäuse angeordnet sind, die eine energiegeringe Laserstrahlenerzeugungseinrichtung enthält und eine Schale, die das Laserstrahlenbündel aufnimmt, aufweist. Verwendet wird das Verfahren insbesondere zur Dekontamination von Nadeln und Skalpellen in Krankenhäusern.
Des Weiteren ist ein Verfahren zur Behandlung von mit Radionukliden kontaminierten Oberflächen von Ausrüstungen in der Druckschrift RU 2 120 677 beschrieben. Das Verfahren schließt eine Überzugsausbildung der kontaminierten Oberfläche mittels eines Verschlussmaterials ein, wobei das Verfahren durch Be- handlung der Oberfläche mit einer intensiven Wärmebehandlung mittels einer Laserstrahlung durchgeführt wird.
Das Verschlussmaterial wird geschmolzen und es wird ein glas- harter Überzug oben auf der Oberfläche durch die Wärmestrahlung ausgebildet.
Ein Problem besteht darin, dass die Radionuklide innerhalb des ausgebildeten Überzugs vorhanden und dort gebunden bleiben, wodurch aber nicht die Radioaktivität beseitigt wird. Mit dem Verfahren können im Wesentlichen Beton- und Metalloberflächen versiegelt werden.
Auch ist ein Verfahren zur Reinigung von Metalloberflächen mittels einer Laserstrahlung in der Druckschrift RU 2 104 846 beschrieben. Mit der Laserstrahlung kann die radioaktive Dekontamination von Metallstrukturen und Rohren von Kernkraftwerken während des Betriebes entfernt werden. Das Verfahren erfolgt mit der Laserstrahlung auf den Oberflä- σhen, die mit gepulster Leistung behandelt werden, wobei eine Energiedichte auf der zu bearbeitenden Oberfläche zur Verdampfung der schwer schmelzbaren Bindungen des Metalls des Oxidfilms mit einer Abtragung der Produkte von der zu bearbeitenden Oberfläche weg durch einen Gasstrom vorgesehen ist.
Die bei den thermischen Verfahren entstehenden radioaktiven Gase oder Dämpfe werden durch ein herkömmliches Absaugsystem hindurch über Filter geleitet. Dort werden die radioaktiven Bestandteile ausgefiltert. Dabei kommt es zu einer Kontamina- tion des gesamten Absaug- und Filtersystems mit radioaktiven Aerosolen und damit zur Sekundärkontamination großer Volumina weiterer Materialien.
Ein weiteres Problem besteht darin, dass bei einem Eintreten eines Störfalles der abgelagerte Staub wieder freigesetzt werden kann, so dass eine zusätzliche Sekundärkontamination der Räume auftreten kann.
Ein Verfahren zur Werkstückbearbeitung, insbesondere zur Ober- flächenbearbeitung ist in der Druckschrift DE 41 08 541 Al beschrieben, wobei ein auf das Werkstück fokussierter Strahlungserzeuger - ein Laser - und ein zusätzlicher, auf den Brennpunkt des Laserstrahles gerichteter Gasstrahl vorhanden sind. Das Werkstück ist dabei positiv elektrostatisch mittels einer angelegten Strom-Spanungsquelle aufgeladen. Der Gasstrahl besteht aus einem inerten und/oder reaktivem Gas. Durch den Einsatz einer zum positiven Werkstück negativ elektrostatisch geladenen Ringelektrode werden verdampfende Materialpartikel über das Werkstück positiv geladen und im elektrostati- sehen Feld zur parallel zum Werkstück angeordneten Ringelektrode geführt.
Dabei erfolgt die Bearbeitung mit einem Laserstrahl und einem inerten Gasstrahl an dem elektrisch positiv geladenen Werkstück sowie mittels einer negativ geladenen Ringelektrode. Die Ringelektrode bildet ein elektrostatisches Feld aus , das senkrecht zur Werkstückoberfläche und parallel zum Laserstrahl gerichtet ist.
Mittels des fokussierten Laserstrahls wird das Material auf der WerkstoffOberfläche geschmolzen und verdampft und durch Übernahme von positiven Ladungen vom Werkstück aus gleichzeitig positiv aufgeladen. Mithilfe des von außerhalb eingebraσh- ten und parallel zum Laserstrahl auftreffenden Gasstrahles wird das verdampfende Material unterstützend gelockert und von der Oberfläche in das elektrostatische Feld Verblasen, wobei die negativ geladene Elektrode auf die positiven Partikel an- ziehende Kräfte ausübt und die positiven Partikel aufnimmt, wobei eine Kondensation an der Elektrode nicht ausgeschlossen ist.
Ein Problem besteht darin, dass zur erzeugung des positiv ge- ladenen Partikelstroms ein hoher Energieaufwand erforderlich ist» Es können nur positiv geladene Partikel erzeugt werden.
Eine Anordnung zur Ablation von biologischem Gewebe mit Hilfe eines Laserstrahls ist in der Druckschrift DE 199 46 177 Al beschrieben, wobei Mittel zur Entfernung von bei der Ablation entstehenden Abprodukten, wie beispielsweise Rauch und Gewebepartikel aus der Umgebung des Behandl ungsortes vorhanden sind. Bei der Anordnung sind mindestens zwei Ringelektroden, deren elektrostatisches Feld ebenfalls zur Wirkstelle und parallel zum Laserstrahl gerichtet ist, vorgesehen, wobei zwischen den Ringelektroden aufgrund einer anliegenden elektrischen Spannung ein elektrisches Feld ausgebildet ist, wobei die Abprodukte nach einer ersten Streuung der Wirkung des elektrostatischen Feldes ausgesetzt sind und ihre Bewegungsrichtung durch das Feld derart beeinflusst wird, dass sie sich aus dem Bereich der LaserStrahlung entfernen.
Nach den Ringelektroden kann eine Absaugeinrichtung vorhanden sein, die Beseitigung des Rauchgases und der Partikel unterstützt. Die Abprodukte werden im Wesentlichen von einer Absaugeinrichtung abgesaugt und entfernt, wobei das Problem darin besteht, dass die das elektrostatische Feld weniger Einfluss hat. Beide Elektroden sind als von der Wirkoberfläσhe beabstandete Ring- elektroden ausgebildet, durch die hindurch der Laserstrahl geführt wird. An die Wirkstelle - am biologischen Gewebe - ist schwerlich der Pol einer Strom-Spannungsquelle zu legen.
Eine Vorrichtung zum Laserbohren mittels eines Lasers ist in der Druckschrift DE 103 10 293 Al beschrieben, wobei gegenüber einem zu bearbeitenden Werkstück eine Ringelektrode angeordnet ist. Eine Strom-Spannungsquelle ist so geschaltet, dass zwischen dem Werkstück und der Ringelektrode ein elektrostatisches Feld anliegt, das parallel zur Strahlung des Lasers ge- richtet ist und wobei das zu bearbeitende Werkstück positiv und die Ringelektrode elektrisch negativ geladen ist. Der durch die Ringelektrode führende Laserstrahl ruft durch Beaufschlagung des Werkstücks an einer Wirkstelle eine Schmelze und einen Materialabtrag hervor. In der Nähe der Wirkstelle entstehende Metall- und/oder Plasmaionen sind durch die Übernahme von positiven Ladungen aus dem Werkstück heraus immer positiv geladen. Sie werden in Richtung der parallel zum Werkstück angeordneten Ringelektrode beschleunigt, wobei sie von der Wirkstelle entfernt werden.
Das Problem besteht darin, dass durch den Anschluss des zu bearbeitenden Werkstücks an die Strom-Spannungsquelle ein hoher Energieaufwand vorhanden ist und die Vorrichtung nicht unabhängig vom Werkstück betätigbar ist. Alle elektrostatischen Felder in den Druckschriften DE 4 108 541 Al,, DE 199 46 177 Al und DE 103 10 293 Al sind parallel zur Strahlung und senkrecht zur Oberfläche des jeweilig zu bearbeitenden Materials gerichtet. Ein Problem besteht darin, dass darin die Strahlungsenergie nur genutzt wird, um eine dampfende/verdampfende Schmelze zu erzielen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Bearbeitung von Materialoberflächen an- zugeben, die derart geeignet ausgebildet sind, dass ein An- schluss des zu bearbeitenden Materials an einer Strom- Spannungsquelle und damit ein hoher Energieverbrauch vermieden wird. Des Weiteren sollen in einfacher Weise die bei deren thermischer Behandlung entstehenden Aerosole/gasförmigen Abprodukte in unmittelbarer Nähe des Entstehungsortes fixiert werden.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 4 gelöst. In dem Verfahren zur Bearbeitung von Materialoberflächen mittels einer Strahlung, die auf die zu bearbeitende Materialoberfläche gerichtet ist, auf der die auftreffende Strahlung absorbiert wird, und mittels eines elektrostatischen Feldes, wobei ein Aerαsol-/Gasstrom aus Atomen, Molekülen, Partikeln und/oder elektrisch geladenen Partikeln von Seiten der Materialoberfläche ausgebildet wird, wobei die elektrisch geladenen Partikel von dem elektrostatischen Feld abgelenkt werden sowie die elektrisch geladenen Partikel an einer zu den elektrisch geladenen Partikeln entgegengesetzt gepolten Elektrode entla- den werden und dort kondensieren, werden gemäß dem Kennzeichenteil des Patentanspruchs 1 _ g _
die sich innerhalb des Aerosol-/Gasstromes bewegenden Atome, Moleküle, Partikel durch eine mit mindestens einer festgelegten Wellenlänge vorgegebenen Strahlung zu Ionen und/oder e- lektrisch geladenen Partikeln verändert, wobei mit der Wellen- länge eine Photonenenergie der Strahlung erzeugt wird, die derart auf die Bindungsenergie/Ionenenergie der Moleküle, Atome des Aerosol-/Gasstromes und/oder auf die Austrittsenergie von Elektronen in den elektrisch neutralen Partikeln abgestimmt wird, dass innerhalb des Aerosol-/GasStromes einerseits die Molekülbindungen, aufgebrochen und andererseits die elektrisch neutralen Atome, Moleküle und Partikel zu Ionen und/oder elektrisch geladenen Partikeln - zu Ladungsträgern - umgewandelt werden, wobei mit einer definierten Leistungsdichte der Strahlung die Anzahl der erzeugten Ladungsträger be- stimmt wird.
Das Verfahren weist somit folgende Schritte auf:
- Erwärmung der zu behandelnden Materialoberfläche durch Absorption der Strahlung, - Erzeugung des Aerosol-/Gasstromes aus den Atomen, Molekülen, Partikeln und/oder elektrisch geladenen Partikeln,
- Umwandlung der strömenden Atome, Moleküle und/oder Partikel durch die durch mindestens eine Wellenlänge und Leistungsdichte definierte Strahlung zu Ionen und/oder elektrisch ge- ladene Partikel,
- Zuschaltung eines elektrostatischen Feldes,
- Ablenkung und Strömung der Ionen/elektrisch geladenen Partikel zu mindestens einer gekühlten und zur Ladung der Ionen/ elektrisch geladenen Partikel entgegengesetzt gepolten Ξlek- trode und — Q —
- Entladung und Ablagerung der Ionen/elektrisch geladenen Partikel im Bereich der jeweiligen gekühlten Elektrode als feststoff- und gasbeladenes Kondensat.
Im Vorgang der Ionisierung und LadungsVeränderungen der Atome, Moleküle und/oder Partikel können unterschiedlich anteilig sowohl positive als auch negativ geladene Teilchen - Ionen und elektrisch geladenen Partikel - entstehen, die gemäß ihrer Ladung zu entsprechend entgegengesetzt gepolten Elektroden abge- lenkt werden und dort bei Vorhandensein einer zutreffenden Kühlung jeweils die Kondensate bilden können.
Nach ausreichender Ausbildung des jeweiligen Kondensats an zumindest einem Elektrodenteil der zugehörigen gekühlten Elek- trode kann das Elektrodenteil oder die betreffende Elektrode ausgewechselt und entsorgt werden.
Insbesondere bei einer Abstimmung der Bindungsenergie/Ionisierungsenergie der Atome/Moleküle der Gasphase und der Austrittsenergie von Elektronen aus den elektrisch neutralen Partikeln mit der Photonenenergie der Strahlung können die Molekülbindungen aufgebrochen und die Atome in elektrisch geladene Ionen umgewandelt werden. Um bestimmte Atome, z.B. Cäsiumatome aus der Materialoberflä- che abzutragen, wird die zutreffende ionisierende Wellenlänge in der Strahlung eingesetzt, um Cäsiumionen zu erzeugen und diese aus dem Aerosol-/6asstrom abzulenken, und später zu entsorgen.
In der Einrichtung zur Bearbeitung von Materialoberflächen mittels einer Strahlung, die auf die zu bearbeitende Material- Oberfläche gerichtet ist, auf der die auftreffende Strahlung absorbiert wird, und die einen Aerosαl-/Gasstrom aus Atomen, Molekülen, Partikeln und/oder elektrisch geladenen Partikeln ausbildet, enthaltend - einen Strahlungserzeuger mit einer Strahlung und
- mindestens zwei mit einer Hochspannungsquelle verbundene E- lektroden zur Erzeugung eines elektrostatischen Feldes, wobei die geladenen Partikel zu den Elektroden abgelenkt werden und dort kondensieren, und betrieben mittels des vorgenannten Verfahrens, befinden sich gemäß dem Kennzeichenteil des Patentanspruchs 4 im Bereich oberhalb der Bearbeitungsstelle die entgegengesetzt gepolten Elektroden, die an die Strahlung angrenzen und die ein zur Strahlung richtungsverschieden ausgebildetes elektro- statisches Feld erzeugen, wobei eine durch mindestens eine Wellenlänge auf Photonenenergie abgestimmte und durch Leistungsdichte definierte Strahlung vorhanden ist, die innerhalb des ausgebildeten Aerαsol- /Gasstromes Ionen und/oder elektrisch geladene Partikel er- zeugt, und wobei zumindest eine der Elektroden mit einer Kühlfalle derart in Verbindung steht, dass die Ionen und/oder elektrisch geladenen Partikel sich auf einer Oberfläche der gekühlten, zu den Ionen und/oder elektrisch geladenen Partikeln jeweils entge- gengesetzt gepolten Elektrode als Kondensat niederschlagen.
Dabei kann zumindest ein das Kondensat aufweisender Elektrodenteil oder die Elektrode selbst austauschbar ausgebildet sein. Die Elektroden können als Kondensatorplatten ausgebildet und als gekühlte Elektrode eine mit einer Kühlfalle in Verbindung stehende Kondensatorplatte vorgesehen sein.
Des Weiteren können die Elektroden mehrteilig ausgebildet sein.
Vorzugsweise kann bei großen zu bearbeitenden Materialflächen mindestens eine der Elektroden als eine Anordnung aus einer elektrischen Linse und mindestens einem der Linse nachgeordne- ten Kondensatbehälter ausgebildet sein, wobei die Ionen und/oder elektrisch geladenen Partikel durch die elektrische Linse hindurch zum Kondensatbehälter abgeleitet, dort entladen und an den Innenwänden des als Kühlfalle dienenden Kondensat- behälters als Kondensat niedergeschlagen werden.
Die Strahlung kann ein von einem Laser emittierter Laserstrahl sein.
Von der Hochspannungsquelle aus kann eine Hochspannung im Be- reich von etwa 4000 Volt an die Elektroden angelegt sein. Dabei können sowohl eine der Elektroden als auch beide Elektroden eines elektrostatischen Feldes gekühlt sein.
Als Material kann z.B. silikatisches Material wie Beton, Glas, Halbleiterstrukturen, reines Metall , Legierungen, Metalle mit nichtmetallisσhen Anteilen sowie Metalle mit Überzügen und O- berflächenschichten, die z.B. mit radioaktiven Bestandteile kontaminierte und mit dem Beton wahlweise verbundene Material- Oberflächen darstellen, ausgewiesen sein. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in einem Arbeitsschritt, z.B. tinter Einsatz eines Lasers aus der zu bearbeitenden Materialoberfläche eine Schmelze erzeugt und daraus abdampfende Atome, z.B. Cäsium, oder Moleküle durch die einge- stellte Laserwellenlänge ionisiert, so dass die Ionen und/oder die elektrisch geladenen Partikel durch das elektrostatisches Feld hindurch jeweils an die zugeordnete gekühlte Elektrode geleitet werden können, an der sich die Ionen/elektrisch geladenen Partikel nach der Entladung abscheiden, wobei der Ab- scheidungsprozess nahe dem Bereich des Entstehungsortes erfolgen kann.
Dabei hat die auf die Materialoberflache auftreffende Strahlung eine Doppelfunktion, wobei die Strahlung - einerseits an der Materialoberfläche eine Schmelze mit einen Aerosol-/Gasström aus Atomen, Molekülen und Partikeln erzeugt und
- andererseits mittels der abgestimmten Photonenenergie Atome, Moleküle und Partikel innerhalb des Aerosol-/Gasstroms in Ionen und elektrisch geladene Partikel umwandelt, ohne dass das Material mit einem elektrischen Pol einer Strom- Spannungsquelle verbunden ist.
Die Ladungserzeugung erfolgt nicht mittels einer Übergabe von Ladungen von einem elektrisch geladenen Material bzw. einer elektrisch geladenen Materialoberfläche aus, sondern im Schnittbereiσh des Bereiches der abgestimmten Strahlung und des Bereiches der als Aerosol-/Gasstrom verdampfenden Schmelze. Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels mittels einer Zeichnung naher erläutert.
Es zeigt:
Fig. 1 eine Schematische Darstellung der erfinderischen Ein- richtung mit einem aus einer mittels eines Laserstrahls erzeugten Schmelze austretenden Aerosol- /Gasstrom mit darin befindlichen Ionen/elektrisch geladenen Partikeln in einem quer zum Laserstrahl gerichteten elektrostatischen Feld mit einer Kühlfalle zur Kondensatbildung am Beispiel eines Materials - eines Betonbauteils - und einer darauf befindlichen radioaktiv kontaminierten Materialoberfläche.
In Fig. 1 ist in einer sσhematisσhen Darstellung eine Einrich- tung 1 zur Bearbeitung einer Materialoberfläche 5 mittels einer Strahlung 4, die auf die zu bearbeitende Materialoberfläche 5 gerichtet ist, auf der die auftreffende Strahlung 4 absorbiert wird, die einen Aerosol-/Gasstrom 19 aus Atomen, Molekülen, Partikeln und/oder elektrisch geladenen Partikeln ausbildet, gezeigt, die
- einen Laser 3 mit der Strahlung 4 und
- mindestens zwei mit einer Hochspannungsquelle 12 verbundene Elektroden 7 ,8 zur Erzeugung eines elektrostatischen Feldes 18, wobei die geladenen Partikel 15 zu den Elektroden 7,8 abgelenkt werden und dort kondensieren, enthält.
Erfindungsgemäß befinden sich im Bereich oberhalb der Bearbeitungsstelle die entgegengesetzt gepolten Elektroden 7 , 8 , die an die Strahlung 4 angrenzen und die ein zur Strahlung 4 rieh- tungsverschieden ausgebildetes elektrostatisches Feld 18 erzeugen, wobei eine durch mindestens eine Wellenlänge auf Photonenenergie abgestimmte und durch Leistungsdichte definierte Strahlung 4 vorhanden ist, die innerhalb des ausgebildeten Aerosol-/Gas- stromes 19 Ionen und/oder elektrisch geladene Partikel 15 erzeugt, und wobei zumindest eine der Elektroden 7 mit einer Kühlfalle 13 derart in Verbindung steht, dass die Ionen und/oder elektrisch geladenen Partikel 15 sich auf einer Oberfläche 16 der gekühlten, zu den Ionen und/oder elektrisch geladenen Partikeln 15 jeweils entgegengesetzt gepolten Elektrode 7,8 als Kondensat 17 niederschlagen.
Dadurch werden in dem durch Wellenlänge und durch Leistungsdichte definierten Strahlung 4 und durch den Laserstrahl ausgebildeten Aerosol-/Gasstrom 19 die sich frei bewegenden Atome und Moleküle ionisiert. Die Ionen 15 befinden sich im Bereich oberhalb der Schmelze 6. Die beiden am Laserstrahl 4 angren- zenden, entgegengesetzt gepolten Elektroden 7, 8, z.B. in Form von Kondensatorplatten - mit einem Katodenanschluss 9 und einem Anodenanschluss 10 - zur Erzeugung des elektrostatischen Feldes 18 innerhalb des Laserstrahls 4, wobei zumindest die eine Kondensatorplatte 7 mit einer Kühlung 13 in Verbindung steht, führen dazu, dass sich die aus der Schmelze 6 entweichenden und danach mit einer z .B. infolge von Elektronenaustritt erzeugten positiven Ladung versehenen Ionen 15, wie in Fig. 1 gezeigt ist, auf der Oberfläche 16 der gekühlten Kondensatorplatte 7 mit der entgegengesetzten Polung - mit dem Katodenanschluss 9 - als Kondensat 17 niederschlagen, wobei die das Kondensat 17 aufweisende Kondensatorplatte 7 austauschbar ausgebildet ist.
Die erzeugten Ionen mit elektrisch negativer Ladung können zur positiven Elektrode 8 abgeleitet werden und dort ebenfalls niederschlagen und/oder entsorgt werden.
Die aus der Schmelze 6 unmittelbar entweichenden elektrisch geladenen Partikel 14 können dabei in wesentlicher Minderzahl vorhanden sein.
Durch die Einwirkung der Strahlung 4 auf die Partikel 14 kann aus der Minderzahl eine größere Anzahl von elektrisch geladenen Partikeln 15 - positiv und/oder negativ geladenen Ionen - entstehen.
Im Wesentlichen betrifft aber die im Laserstrahl 4 auftretende Ladungsveränderung die vorhandenen und aus den Molekülen entstehenden Atome 14 zu Ionen 15, so dass der tragende Teil des ablenkbaren Aerosol-/Gasstromes 19 die Ionen 15 sind.
Von der Hochspannungsquelle 12 aus ist- über Anschlüsse 11 eine Hochspannung in dem Bereich von etwa wahlweise 4000 Volt an die Kondensatorplatten 7 ,8 angelegt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bearbeitung der Material- Oberfläche 5 erfolgt mittels einer Strahlung 4 - eines Laserstrahls -, der auf die zu bearbeitende Materialoberfläche 5 gerichtet ist, auf der die auftreffende Strahlung 4 absorbiert wird, und mittels eines zum Laserstrahl 4 richtungsverschieden, insbesondere quer gerichtet ausgebildeten elektrostati- sehen Feldes 18, wobei ein Aerosol-/Gasstrom 19 aus Atomen, Molekülen, Partikeln 14 und/oder elektrisch geladenen Partikeln von Seiten der Materialoberfläche 5 ausgebildet wird, wobei die elektrisch geladenen Partikel 15 von dem elektrostati- sehen Feld 18 abgelenkt werden sowie die elektrisch geladenen Partikel 15 an einer zu den elektrisch geladenen Partikeln 15 entgegengesetzt gepolten Elektrode 7 , wie in Fig. 1 gezeigt ist, entladen werden und dort kondensieren.
Erfindungsgemäß werden die sich innerhalb des Aerosol- /Gasstromes 19 bewegenden Atome, Moleküle, Partikel 14 durch eine mit mindestens einer festgelegten Wellenlänge vorgegebenen Strahlung 4 zu Ionen und/oder elektrisch geladenen Partikeln 15 verändert, wobei mit der Wellenlänge eine Photonen- energie der Strahlung 4 erzeugt wird, die derart auf die Bindungsenergie/Ionenenergie der Moleküle, Atome des Aerosol- /Gasstromes 19 und/oder auf die Austrittsenergie von Elektronen in den elektrisch neutralen Partikeln 14 abgestimmt wird, dass innerhalb des Aerosol-/Gasstromes 19 einerseits die MoIe- külbindungen aufgebrochen und andererseits die elektrisch neutralen Atome, Moleküle und Partikel 14 zu Ionen und/oder elektrisch geladenen Partikeln 15 - zu Ladungsträgern - umgewandelt werden, wobei mit einer definierten Leistungsdichte der Strahlung 4 die Anzahl der erzeugten Ladungsträger 15 be- stimmt wird.
Als Material 2 kann in der Erfindung silikatisches Material wie Beton, Glas, Halbleiterstrukturen sowie reines Metall, Legierungen, Metalle mit nichtmetallischen Anteilen sowie Metal- Ie mit Überzügen und Oberflächenschichten einbezogen werden, die z .B. mit radioaktiven Bestandteilen belegte und mit dem Beton verbundene Materialoberflächen 5 darstellen können.
Das Verfahren weist unter Einsatz der erfindungsgemäßen Ein- richtung 1 folgende Schritte auf:
- Erwärmung der zu behandelnden Materialoberfläche 5 und Erzeugung einer Schmelze 6 auf der zu bearbeitenden Materialoberfläche 5 durch Absorption eines Laserstrahls 4 ,
- Erzeugung eines Aerosol-/Gasstromes 19 aus neutral geladenen Atomen und Molekülen 14,
- Aufbrechen der Molekülbindungen und Ionisierung der strömenden neutral geladenen Atome 14 durch einen durch mindestens eine Wellenlänge und Leistungsdichte bestimmten Laserstrahl 4 zu Ionen und/oder elektrisch geladenen Partikeln 15, - Zusσhaltung eines elektrostatischen Feldes 18,
- Ablenkung und Strömung der Ionen und/oder elektrisch geladenen Partikeln 15 zu der gekühlten und zu den Ionen entgegengesetzt geladenen Kondensatorplatte 7 und
- Entladung und Ablagerung der Ionen und/oder elektrisch gela- denen Partikeln 15 an der Oberfläche 16 der gekühlten Kondensatorplatte 7 als feststoff- oder gasbeladenes Kondensat 17.
Nach der Ausbildung ausreichenden Kondensats 17 an der gekühl- ten Kondensatorplatte 7 kann die Kondensatorplatte 7 ausgewechselt und entsorgt werden.
Das Verfahren stellt im Wesentlichen eine selektive Abscheidung von in einem Aerosol-/6asstrom 19 befindlichen Ionen 15 mittels eines elektrostatischen Feldes 18 und einer Kühlfalle 13 dar. Die Funktionsweise der Einrichtung 1 wird im Folgenden anhand der Fig. 1 beispielsweise mit einer kontaminierten Materialoberfläche 5 auf einem Betonbauteil erläutert. Die zu bearbeitende, mit radioaktiven Bestandteilen kontaminierte Materialoberfläche 5 des Betonbauteils 2 wird durch Absorption eines Laserstrahls 4 geschmolzen. Bei der dazu notwendigen Temperatur gehen einzelne, auch radioaktive Elemente und Verbindungen 14 in die gasförmige Phase über. Bei einer Abstimmung der Bindungsenergie/Ionisierungsenergie der neutral geladenen Atome und Moleküle 14 und der Austrittsenergie von Elektronen in den elektrisch neutralen Partikeln 14 des Aero- sol-/Gasstromes 19 können mit der Photonenenergie des Laserstrahls 4 Molekülbindungen aufgebrochen und die entstehenden und die vorhandenen Atome ionisiert werden.
Nach der Zuschaltung des zum Laserstrahl 4 quer oder unter einem anderen Winkel, der kleiner als 90° zur Materialoberfläche 5 gerichtet ist, richtungsverschieden angeordneten elektrosta- tischen Feldes 18 - eines Hochspannungsfeldes - wird der mit den so erzeugten Ionen 15 versehene, zum weitgehend senkrecht auf die Materialoberfläche gerichteten Laserstrahl 4 etwa annähernd gleichgerichtete, schlauchartig aufsteigende Aerosol- /Gasstrom 19 aus seiner vorhergehenden Richtung schlagartig abgelenkt.
Dabei werden die - in Fig. 1 positiven - Ionen 15 durch das elektrostatische Feld 18 in Richtung zu der mit der entgegengesetzten Ladung/Polung versehenen - in Fig. 1 negativen - Kondensatorplatte 7 abgelenkt und der schlauchartige Aerosol- /Gasstrom 19 weist zur Kondensatorplatte 7 gerichtet eine Krümmung auf. Die Ionen 15 treffen dann auf eine gekühlte O- berflache 16 der Kondensatorplatte 7 auf, werden dort entladen, kondensieren an der Oberfläche 16 der gekühlten Kondensatorplatte 7 und werden somit dem Aerosol-/Gasström 19 entzogen. Aufgrund der Turbulenzen in der Schmelze 6 kann sicherge- stellt werden, dass die radioaktiven Bestandteile der Materialoberfläche 5 effektiv entfernt werden.
In einem einzigen technologischen Arbeitsschritt kann somit sowohl eine radioaktive Materialoberfläche 5 abgetragen als auch das Abprodukt derart konditioniert werden, dass es über die kondensatbehaftete, feststoffbehaftete und austauschbare Kondensatorplatte 7 weitgehend endlagerfähig ist.
Wenn größere Materialoberflächen bearbeitet bzw. abgetragen werden, dann sind einfache Kondensatorplatten zu klein. Vorzugsweise können dann je nach Bedarf als Elektroden jeweils eine Anordnung aus einer elektrischen Linse und mindestens aus einem der Linse nachgeordneten Kondensatbehälter vorgesehen sein, in den die Ionen und/oder elektrisch geladenen Partikel 15 durch die elektrische Linse hindurch abgeleitet, dort entladen und an den Innenwänden des als Kühlfalle dienenden Kondensatbehälters als Kondensat niedergeschlagen werden. Die größeren Kondensatbehälter sind dann weniger zeitaufwendig entsorgbar.
Für die erzeugten, elektrisch negativ geladenen Ionen/elektrisch geladenen Partikel gilt weitgehend Analoges.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine laserinduzierte Dekontamination ohne großvolumige Freisetzung von radioaktiven
Bestandteilen ermöglicht werden. Durch Wahl mindestens einer vorgegebenen Ionisierungs- und/oder Aufbreαhungs-Wellenlänge und der Leistungsdichte des Laserstrahls 4 erfolgt somit ein selektives Abscheiden von Ionen und/oder elektrisch geladenen Partikeln 15 aus dem Bereich des Laserstrahls 4 heraus.
Das Verfahren kann auch zur Herstellung von sehr reinen Ober- flächenbeschichtungen und zur Herstellung von genau definierten Materialzusammensetzungen eingesetzt werden.
Durch die Erfindung können übergreifende Stäube vermieden werden.
Bezugszeichenliste
1 Einrichtung
2 Material 3 Laser
4 Strahlung
5 Materialoberfläche
6 Schmelze
7 erste Elektrode 8 zweite Elektrode
9 Katodenanschluss
10 Anodenanschluss
11 Anschlüsse
12 Hochspannungsquelle 13 Kühlfalle
14 neutral geladene Atome, Moleküle, Partikel
15 Ionen und/oder elektrisch geladene Partikel
16 Oberfläche der gekühlten Elektrode
17 Kondensat 18 elektrostatisches Feld
19 Aerosol-/6asstrom
20 Kühleinrichtung

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Bearbeitung von Materialoberflächen mittels einer Strahlung, die auf die zu bearbeitende Materialober- fläche gerichtet ist, auf der die auftreffende Strahlung absorbiert wird, und mittels eines elektrostatischen Feldes, wobei ein Aerosol-/Gasstrom aus Atomen, Molekülen, Partikeln und/oder elektrisch geladenen Partikeln von selten der Materialoberfläche ausgebildet wird, wobei die e- lektrisch geladenen Partikel von dem elektrostatischen Feld abgelenkt werden sowie an einer zu den elektrisch geladenen Partikeln entgegengesetzt gepolten Elektrode entladen werden und dort kondensieren, dadurch gekennzeichnet, dass die sich innerhalb des Aerosol-/Gasstromes (19) bewegenden Atome, Moleküle, Partikel (14) durch eine mit mindestens einer festgelegten Wellenlänge vorgegebenen Strahlung (4) zu Zonen und/oder elektrisch geladenen Partikeln (15) verändert werden, wobei mit der Wellenlänge eine Pho- tonenenergie der Strahlung (4) erzeugt wird, die derart auf die Bindungsenergie/Ionenenergie der Moleküle, Atome des Aerosol-/Gasstromes (19) und/oder auf die Austrittsenergie von Elektronen in den elektrisch neutralen Partikeln (14) abgestimmt wird, dass innerhalb des Aerosol-/Gasstromes (19) einerseits die Molekülbindungen aufgebrochen und andererseits die elektrisch neutralen Atome, Moleküle und Partikel (14) zu Ionen und/oder elektrisch geladenen Partikeln (15) umgewandelt werden, wobei mit einer definierten Leistungsdichte der Strahlung (4) die Anzahl der erzeugten Io- nen und/oder elektrisch geladenen Partikeln (15) bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet, durch folgende Schritte:
- Erwärmung der zu behandelnden Materialoberfläche (5) durch Absorption der Strahlung (4) ,
- Erzeugung des Aerosol-/GasStromes (19) aus den Atomen, Molekülen, Partikeln (14) und/oder elektrisch geladenen Partikeln,
- Umwandlung der strömenden Atome, Moleküle und/oder Parti- kel (14) durch die durch mindestens eine Wellenlänge und
Leistungsdichte definierte Strahlung (4) zu Ionen und/oder elektrisch geladene Partikel (15) ,
- Zuschaltung eines elektrostatischen Feldes (18) ,
- Ablenkung und Strömung der Ionen/elektrisch geladenen Partikel (15) zu mindestens einer gekühlten und zur Ladung der Ionen/elektrisch geladenen Partikel entgegengesetzt gepolten Elektrode (7 ,8) und
- Entladung und Ablagerung der Ionen/elektrisch geladenen Partikel (15) im Bereich der jeweiligen gekühlten Elekt- rode (7,8) als feststoff- und gasbeladenes Kondensat (17) .
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach ausreichender Ausbildung des jeweiligen Kondensats (17) an mindestens einer gekühlten Elektrode (7 ,8) ein Elektrodenteil der Elektrode (7,8) oder die Elektrode (7 , 8) selbst ausgewechselt und entsorgt wird.
4. Einrichtung zur Bearbeitung von Materialoberflächen mittels einer Strahlung, die auf die zu bearbeitende Materialober- fläche gerichtet ist, auf der die auftreffende Strahlung absorbiert wird, die einen Aerosol-/Gasstrom aus Atomen, Molekülen, Partikeln und/oder elektrisch geladenen Partikeln ausbildet, enthaltend - einen Strahlungserzeuger mit einer Strahlung und
- mindestens zwei mit einer Hochspannungsquelle verbundene Elektroden zur Erzeugung eines elektrostatischen Feldes, wobei die geladenen Partikel zu den Elektroden abgelenkt werden und dort kondensieren, und betrieben mittels des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich im Bereich oberhalb der Bearbeitungsstelle die entgegengesetzt gepolten Elektroden (7,8) befinden, die an die Strahlung (4) angrenzen und die ein zur Strahlung (4) richtungsverschieden ausgebildetes elektrostatisches Feld (18) erzeugen, wobei eine durch mindestens eine Wellenlänge auf Photonenenergie abgestimmte und durch eine Leistungsdichte definierte Strahlung (4) vorhanden ist, die innerhalb des aus- gebildeten Aerosol-/Gasstromes (19) Ionen und/oder elektrisch geladene Partikel (15) erzeugt, und wobei zumindest eine der Elektroden (7) mit einer Kühlfalle (13) derart in Verbindung steht, dass die Ionen und/oder elektrisch geladenen Partikel (15) sich auf einer Oberflä- che (16) der gekühlten, zu den Ionen und/oder elektrisch geladenen Partikeln (15) jeweils entgegengesetzt gepolten Elektrode (7 ,8) als Kondensat (17) niederschlagen.
5. Einrichtung nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein das Kondensat (17) aufweisender Elektrodenteil oder die Elektrode (7, 8) selbst austauschbar ausgebildet ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (7 ,8) als Kondensatorplatten ausgebildet sind und als gekühlte Elektrode (7 ,8) eine mit einer Kühlfalle (13) in Verbindung stehende Kondensatorplatte vorgesehen ist.
7. Einrichtung nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (7 ,8) mehrteilig ausgebildet sind.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Elektroden (7 ,8) als eine Anordnung aus einer elektrischen Linse und mindestens einem der Linse nachgeordneten Kondensatbehälter ausgebildet ist, wobei die Ionen und/oder elektrisch geladenen Partikel (15) durch die elektrische Linse hindurch zum Kondensatbehälter abgeleitet, dort entladen und an den Innenwänden des als Kühlfalle dienenden Kondensatbehälters als Kondensat nie- dergeschlagen werden.
9. Einrichtung nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlung (4) ein Laserstrahl aus einem Laser (3) ist.
10.Einrichtung nach Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet, dass von der Hochspannungsquelle (12) eine Hochspannung von etwa 4000 Volt an den Elektroden (7 ,8) angelegt ist.
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