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Neutronen durchdringen dicke Materialien mit
Leichtigkeit - ein wichtiger Vorteil für
zerstörungfreie Werkstoffprüfung
In der Angewandten Forschung liegt einer der Schwerpunkte
zur Nutzung freier Neutronen in der Materialforschung.
So lassen sich Materialien zerstörungsfrei untersuchen,
da Neutronen elektrisch neutral sind und somit in jede
Materie -
sogar in Metalle - tief eindringen können. Diese
Durchstrahlungsmöglichkeiten lassen sich mittels
Methoden wie der Radiografie
(bildgebende Projektion) und Tomographie (computergenerierte
Schichtbilder) nutzen.
Diese Verfahren tragen dazu bei, die Struktur neuer
Materialien (Keramiken, Polymere, Faserverbundwerkstoffe)
aufzuklären.
Selbst unter Lastbetrieb können damit innere Spannungen
und daraus resultierende dynamische Strukturänderungen
im Inneren der Materie aufgedeckt und visualisiert
werden (Eigenspannungsanalyse). Denn Spannungen innerhalb eines Materials
können zu Materialermüdung
und -versagen führen. Derartige Untersuchungen sind vor
allem für alle im Flugzeug- und Eisenbahnbau
eingesetzten
Werkstoffe wichtig, um Versagensmechanismen zu verstehen und
diesen durch verbesserte
Fertigungs- und Konstruktionsmöglichkeiten
entgegenzuwirken.
Um ähnliche Fragestellungen geht es bei der Texturanalyse
von Werkstoffen.
Metallische und keramische Werkstoffe sind zumeist
kristallin, d.h. sie bestehen aus einer Vielzahl kleiner
Kristallite,
die sich in Ihrer Orientierung unterscheiden. Während
der Werkstoffherstellung und im Betrieb können sich
ausgeprägte
Vorzugsorientierungen (Texturen) einstellen, die einen
drastischen Einfluß auf die Werkstoffeigenschaften haben,
sei es vorzeitiges Bauteilversagen, ungünstiges
Umformverhalten oder Herabsetzung elektromagnetischer
Umspannverluste in
Transformatoren der Stromversorgung. Wie wichtig allein die
Texturoptimierung für Elektrostähle ist,
zeigt die Tatsache, daß die Umspannverluste allein in den
USA pro Jahr etwa 5 Milliarden US$ ausmachen.
Die Verteilung der Orientierungen der Kristallite im Volumen kann man zerstörungsfrei praktisch nur mit Neutronenbeugung messen.
Quellen: Bayerischer Forschungverbund Materialwissenschaften und FRM-II Garching
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Mehr zum Thema:
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Abb.: Verbrennungsmotor, am PSI mit Neutronen durchleuchtet.
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