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Magnetfelder als Antennen

30.01.2007
Flüssigkeiten, die elektrischen Strom leiten, begegnen uns in der Umwelt und in der Industrie häufig, angefangen vom schwach leitenden Ozeanwasser über das flüssige Erdinnere bis hin zu flüssigem Silizium in der Kristallzüchtung oder Stahl und Aluminium in der Metallurgie.

Magnetfelder können die Strömung solch leitfähiger Flüssigkeiten beeinflussen, aber auch der umgekehrte Prozess ist möglich, denn jede Strömung verzerrt Magnetfelder in spezifischer Weise. Diese strömungsbedingte Magnetfeldverzerrung kann außerhalb der Flüssigkeit gemessen werden. Physiker im Forschungszentrum Dresden-Rossendorf haben erstmalig einen Tomographen entwickelt, der aus externen Magnetfeldsignalen die Strömung der Flüssigkeit errechnen und sichtbar machen kann.

Mit einem Kick-off-Meeting startet am 1. Februar 2007 das EU-Projekt "MAGFLO-TOM" unter Rossendorfer Leitung, an dem Partner aus vier europäischen Ländern beteiligt sind. Sie alle interessieren sich dafür, wie Strömungen, die einem Magnetfeld ausgesetzt sind, durch ihre besondere Strömungsform wiederum auf das Magnetfeld zurück wirken. Das eigentliche Ziel dabei ist es, durch Magnetfeldmessungen außerhalb der Schmelze die Strömung in der Flüssigkeit zu bestimmen.

Dass die Strömung leitfähiger Flüssigkeiten ein vorhandenes Magnetfeld verzerrt, ist seit langem bekannt. Dank der im Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (FZD) entwickelten Technik CIFT (Contactless Inductive Flow Tomography - kontaktlose induktive Strömungstomographie) konnte die Abteilung von Dr. Gunter Gerbeth vor kurzem erstmalig demonstrieren, dass die mit diesem Tomographen aufgezeichneten Magnetfelder quantitative Rückschlüsse auf die zugrunde liegenden Strömungen zulassen. Dabei ist der Ansatz, das Magnetfeld als verzerrtes Spiegelbild der Strömung quasi wie eine Antenne zu nutzen, innovativ und stellt beträchtliche Herausforderungen an die Forscher.

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»FZD »Flüssigkeit »Magnetfeld »Strömung

In dem neuen EU-Projekt sind industrienahe Fragestellungen ebenso vertreten wie die Geo- und Astrophysik. Eine britische Forschergruppe von der Universität Manchester beschäftigt sich etwa damit, wie beim Gießen von Stahl Verklumpungen vermieden werden können. Das Anliegen ist zunächst, die genauen Bewegungen und Strömungen in der Schmelze beobachten und besser verstehen zu können, um damit die Prozesse im Stahlguss zu optimieren. Einen konkreten Einsatz findet die neue Forschungsrichtung auch in der Kristallzüchtung. So wird das Forschungszentrum Dresden-Rossendorf gemeinsam mit der Siltronic AG die CIFT-Technik auf Silizium-schmelzen anwenden, um durch Kenntnis der Strömungen den Prozess des Kristallwachstums zu optimieren.

Die Strömungen der Ozeane bewirken eine sehr schwache Verzerrung des Erdmagnetfeldes, die aus Satellitenmessungen aber zunehmend genauer aufgelöst werden kann. Forscher vom GeoForschungsZentrum in Potsdam wollen aus diesen Daten auf die Strömungen in den Ozeanen schließen. Eine besondere Herausforderung wird hier die Umsetzung der Strömungsrekonstruktion vom Labor- in den realen Maßstab von Ozeanströmungen sein. Und schließlich sind Physiker aus Riga, Zürich und Dresden an der Erforschung des Magnetfeldes der Erde und an den unregelmäßig in der Erdgeschichte auftretenden Umpolungen interessiert. Es gilt, den flüssigen Erdkern, dessen Strömungen und Verwirbelungen für die Entstehung des Erdmagnetfeldes verantwortlich sind, genauer zu erforschen, um beispielsweise die Umpolung von magnetischem Nord- und Südpol eines Tages erklären zu können.

Das Fachgebiet, das sich mit der Beeinflussung von leitfähigen Flüssigkeiten beschäftigt, wird Magnetohydrodynamik genannt. "MAGFLOTOM" ist die Abkürzung von "Magnetic flow tomography in technology, geophysics, and ocean flow research". Es wird im Rahmen des EU-Programms NEST mit einem Volumen von 1,35 Mio ge-fördert. Folgende Einrichtungen sind an dem EU-Projekt "MAGFLOTOM" beteiligt:

o Forschungszentrum Dresden-Rossendorf, Deutschland
o GeoForschungsZentrum Potsdam, Deutschland
o Universität Lettland in Riga, Lettland
o Eidgenössisch Technische Hochschule (ETH) Zürich, Schweiz
o University of Manchester, Großbritannien
o Siltronic AG, Deutschland
Weitere Informationen:
Dr. Gunter Gerbeth
Institut für Sicherheitsforschung, Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (FZD)
Tel.: 0351 260 - 3484
g.gerbeth@fzd.de
Pressekontakt:
Dr. Christine Bohnet
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit, Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (FZD)
Bautzner Landstr. 128, 01328 Dresden
Tel.: 0351 260 - 2450 oder 0160 969 288 56
Fax: 0351 260 - 2700
c.bohnet@fzd.de
Information:
Das FZD erbringt wesentliche Beiträge der Grundlagenforschung sowie der anwendungsorientierten Forschung und Entwicklung zu folgenden Fragestellungen:

o Wie verhält sich Materie unter dem Einfluss hoher Felder und in winzigen Dimensionen?

o Wie können Tumor- und Stoffwechselerkrankungen frühzeitig erkannt und wirksam behandelt werden?

o Wie schützt man Mensch und Umwelt vor technischen Risiken?

Dazu werden 6 Großgeräte eingesetzt, die europaweit unikale Untersuchungsmöglichkeiten auch für auswärtige Nutzer bieten.

Das FZD ist mit ca. 650 Mitarbeitern das größte Institut der Leibniz-Gemeinschaft (www.wgl.de) und verfügt über ein jährliches Budget von rund 54 Mill. Euro. Hinzu kommen etwa 7 Mill. Euro aus nationalen und europäischen Förderprojekten sowie aus Verträgen mit der Industrie. Zur Leibniz-Gemeinschaft gehören 84 außeruniversitäre Forschungsinstitute und Serviceeinrichtungen für die Forschung. Leibniz-Institute arbeiten interdisziplinär und verbinden Grundlagenforschung mit Anwendungsnähe. Jedes Leibniz-Institut hat eine Aufgabe von gesamtstaatlicher Bedeutung, weshalb sie von Bund und Länder gemeinsam gefördert werden. Die Leibniz-Institute verfügen über ein Gesamtbudget von gut 1 Milliarde Euro und beschäftigen rund 13.000 Mitarbeiter.

Dr. Christine Bohnet | idw
Weitere Informationen:
http://www.fzd.de

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