Thulium
Thulium
Was ist Thulium?
Thulium (chemisches Symbol Tm) ist ein seltenerdmetallisches Element mit der Ordnungszahl 69. Es gehört zur Gruppe der Lanthanide und ist ein silbrig glänzendes, weiches Metall. In reiner Form ist es relativ stabil an der Luft und leicht formbar. Trotz seiner Seltenheit spielt Thulium eine wichtige Rolle in der modernen Lasertechnik und Medizin.[1]
Namensherkunft
Thulium wurde 1879 vom schwedischen Chemiker Per Teodor Cleve entdeckt. Der Name leitet sich vom altgriechischen Wort Thule ab – der mythischen Bezeichnung für den „nördlichsten Ort der Welt“. Damit steht Thulium, wie auch Ytterbium und Erbium, in der Tradition der vielen skandinavischen Entdeckungen unter den Seltenerdmetallen.[2]
Physikalische Eigenschaften
- Symbol: Tm
- Ordnungszahl: 69
- Atommasse: ca. 168,93 u
- Schmelzpunkt: ca. 1545 °C
- Siedepunkt: ca. 1950 °C
- Dichte: ca. 9,3 g/cm³
Thulium ist nicht radioaktiv und gilt als vergleichsweise harmlos. Es wird vor allem in Form von Thulium-Ionen in Glas oder Kristallen eingesetzt, um Laserlicht im Infrarotbereich zu erzeugen.[1]
Thulium in der Lasertechnik
Thulium ist besonders bekannt als Dotierstoff für Laserfasern. Wenn man eine Glasfaser mit Thulium-Ionen versieht, entsteht eine sogenannte thulium-dotierte Faser (Tm-doped fiber). Diese erzeugt oder verstärkt Licht im Bereich von 1,9–2,1 µm (also im nahen Infrarot).[3]
Damit liegt Thulium zwischen Ytterbium (1,06 µm) und Holmium (2,1 µm) – eine Zone, die für medizinische Anwendungen und Materialbearbeitung besonders interessant ist.[4]
Wie funktioniert ein Thulium-Laser?
In einer aktive-faser mit Thulium werden die Thulium-Ionen mit Licht aus Diodenlasern (meist bei 790–800 nm) angehoben. Wenn sie ihre Energie wieder abgeben, entsteht Laserlicht bei ca. 2000 nm (2 µm). Dieses Licht kann in Resonatoren verstärkt oder in Faserlasern direkt genutzt werden.[3]
Diese Wellenlänge liegt genau in einem Bereich, der für viele Materialien eine hohe Absorption hat – insbesondere für Wasser und organisches Gewebe. Daher sind Thulium-Laser besonders schonend und präzise in der Medizin.
Anwendungen von Thulium-Lasern
- Medizin: Thulium-Faserlaser (TFL) werden in der Urologie zum Zerkleinern von Nierensteinen, in der Chirurgie zum Schneiden von Gewebe und in der Dermatologie zur Hautbehandlung eingesetzt.
- Materialbearbeitung: Schneiden und Gravieren dünner Metalle und Kunststoffe, wo CO2-Laser oder Faserlaser anderer Wellenlängen zu stark wären.
- Forschung: Thulium wird für Mid-IR-Laserquellen genutzt, z. B. zur Spektroskopie und Gasanalyse.
Ein großer Vorteil ist, dass Thulium-Laserstrahlung vom menschlichen Gewebe stark absorbiert wird, wodurch sie sehr kontrolliert wirkt.[5]
Vorteile von Thulium als Dotierstoff
- Angenehme Wellenlänge (2 µm): Sicherer für das Auge als sichtbares oder 1-µm-Licht, da sie vom Auge stärker absorbiert wird.
- Effiziente Energieübertragung: Gut mit Diodenlasern zu pumpen.
- Hohe Wärmeleitfähigkeit: In Faserform gut kühlbar – ideal für Dauerbetrieb.
- Breites Verstärkungsband: Erlaubt flexible Laserdesigns (kontinuierlich oder gepulst).
- Biologisch vorteilhaft: 2 µm wird in Wasser stark absorbiert – ideal für präzise, gewebeschonende Schnitte.
Deshalb gilt Thulium heute als Schlüsselmaterial für moderne medizinische Laser.[4]
Vergleich zu Erbium und Ytterbium
Die drei Elemente sind eng verwandt, aber decken unterschiedliche Laserwellenlängen ab:
- Ytterbium: 1,03–1,1 µm → Metallbearbeitung, Gravur.
- Erbium: 1,55 µm → Telekommunikation, Glasfaserverstärker.
- Thulium: ca. 2 µm → Medizin, Gewebelaser, Forschung.
Man kann sie sich als Laserfamilie vorstellen, die gemeinsam fast den gesamten Infrarotbereich abdeckt.[4]
Sicherheit & Umwelt
Thulium ist nicht giftig und nicht radioaktiv. In metallischer Form kann es mit Wasser leicht reagieren, weshalb es trocken gelagert wird. In Glas oder Kristallen gebunden ist es jedoch völlig stabil und sicher. In der Medizin gelten Thulium-Laser als besonders schonend, weil ihre Energie nur oberflächlich ins Gewebe eindringt.[1]
Zusammenfassung für Einsteiger
Thulium ist ein seltener, aber bedeutender Baustein moderner Lasersysteme. Es erzeugt sanftes Infrarotlicht bei etwa 2 µm – eine Wellenlänge, die perfekt für medizinische Anwendungen und präzise Materialbearbeitung geeignet ist. Zusammen mit Erbium und Ytterbium gehört Thulium zu den wichtigsten Elementen, die das Licht der Zukunft formen.[4]
