Neutronentomographie und -radiographie

Neutronenstrahlen zeichnen sich durch zahlreiche einzigartige Eigenschaften aus, die sie gerade für die Analyse metallischer Bauteile prädestinieren. So durchdringen sie zentimeterdicke Metallteile und reagieren gleichzeitig sehr empfindlich auf die Anwesenheit darin enthaltener anderer Stoffe, wie z.B.

  • Öle und Schmiermittel
  • Treibstoffe
  • Lacke
  • Klebstoffe
  • Biologisches Material
  • Wasser etc.,

aber auch einzelner Elemente wie Lithium und Bor.

In Verbindung mit der Radiographie oder Tomographie ist es so möglich in das Innere eines Bauteils hinein zu schauen und auf unterschiedliche Materialsorten hin zu untersuchen. Bei dem Tomogramm handelt es sich um einen dreidimensionalen Datensatz, der sich mit entsprechender Software virtuell zerlegen und analysieren lässt.
Einige Beispiele aus der Vielfalt an Anwendungsmöglichkeiten der Neutronentomographie sind:

  • die Visualisierung von Rissen und Hohlräumen
  • die Prüfung der Qualität von Schweißnähten
  • die Materialsegmentierung in Objekten aus Metallen und Kunststoffen
  • Untersuchung der dreidimensionalen Verteilung eines Klebstoffs an einer Klebestelle
  • die Qualitätskontrolle von Lackschichten, Ölen etc.

Da das Objekt bei der Untersuchung unbeschädigt bleibt, kann es jederzeit wieder auf Veränderungen hin untersucht werden. Dies könnten etwa zeitliche Veränderungen durch Gebrauch, Alterung oder der Abhängigkeit von bestimmten Umgebungsparametern sein. Beispiele hierfür sind:

  • die Öl-Verteilung in einem Motor oder einer Pumpe abhängig von der Betriebsdauer
  • Diffusion von Wasser im Mauerwerk, in einer Wasserstoff-Zelle oder in einem Schwamm
  • Wassertransport in biologischen Materialien
  • chemische Veränderungen in einem Bauteil bei Gebrauch etc.

Mit der installierten Tomographie-Stroboskopie-Anlage lassen sich auch zeitlich schnell ablaufende Prozesse, wie z.B. ein laufender Motor, untersuchen. Dabei wird dann auf die zeitsparende Radiographie zurückgegriffen, bei der ein zweidimensionales Projektionsbild erzeugt wird.

Die Erzeugung von Neutronen ist nur in Großforschungseinrichtungen, wie dem HZB, möglich. Zusammen mit dem Forschungsreaktor BER II steht am HZB eine Neutronentomographie-Einrichtung mit einem der höchsten Neutronenflüsse der Welt Verfügung. Damit ist die Untersuchung auch massiver Objekte mit einer sehr guten Qualität möglich, wo die Signalausbeute anderer Neutronenquellen nicht mehr ausreicht.