Hochauflösender Computertomograph für industrielle Anwendungen

Vorgänge im Inneren des menschlichen Körpers werden in der Medizin häufig mit Hilfe der Computertomographie sichtbar gemacht. Um durch Metall hindurch Vorgänge im Inneren von Anlagen und Maschinen beobachten zu können, haben Wissenschaftler des Forschungszentrums Rossendorf vor kurzem einen hochauflösenden Computertomographen für industrielle Anwendungen aufgebaut und in Betrieb genommen. Mit diesem Gerät ist es möglich, beispielsweise Strömungsvorgänge in Rohren, Pumpen, Druckgefäßen oder Chemiereaktoren sichtbar zu machen, die ansonsten für das menschliche Auge nicht zugänglich sind.

Die Computertomographie ist aus der Medizin nicht mehr wegzudenken. Dort werden mit ihrer Hilfe Bilder aus dem Inneren des menschlichen Körpers gewonnen, die bei der Erkennung von Erkrankungen helfen. Die in medizinischen Computertomographen verwendete Röntgenstrahlung ist geeignet, menschliches Gewebe zu untersuchen. Zur Durchdringung von Objekten aus Metall reicht ihre Energie aber nicht aus. Aus diesem Grund entwickelte das Forscherteam um Dr. Uwe Hampel im Forschungszentrum Rossendorf (FZR) einen Computertomographen mit einer leistungsstarken Gammastrahlungsquelle, deren Strahlung zehnmal energiereicher als die medizinischer Röntgenstrahler ist und damit mühelos mehrere Zentimeter Stahl durchdringen kann.

Mit diesem einzigartigen Gerät ist es beispielsweise möglich, Stoffverteilungen in verfahrenstechnischen Anlagen zu analysieren oder Defekte in Konstruktionsmaterialien aufzudecken. So kann die hochauflösende Computertomographie bei der Weiterentwicklung von Chemiereaktoren helfen, indem mit ihr das Strömungsverhalten der an der Reaktion beteiligten Flüssigkeiten und Gase innerhalb des Reaktorgefäßes sichtbar gemacht wird. In thermohydraulischen Versuchsanlagen wird die Computertomographie zur Beobachtung von Dampfverteilungen an Heizelementen eingesetzt, um damit die Physik von Wärmeübergangs- und Siedeprozessen besser verstehen zu können. Und nicht zuletzt erlaubt die Gammatomographie die Aufdeckung von Fertigungsfehlern in Gießteilen aus Metall oder Kunststoff oder von Rissen in Tragwerkskonstruktionen.

Ein besonderes Merkmal des Rossendorfer Computertomographen ist die mit ihm erreichbare Strukturauflösung. Dr. Uwe Hampel erläutert: „Wir haben zu diesem Zweck einen speziellen Strahlungsdetektor entwickelt, der an die Strahlungsquelle optimal angepasst ist. Der Detektor besteht aus über dreihundert Einzelelementen und wir können mit seiner Hilfe noch Strukturdetails im Millimeterbereich erfassen und darstellen. Uns ist, zumindest in Deutschland, keine vergleichbar gute Bildauflösung für industrielle Anwendungen bekannt.“

Darüber hinaus haben die Rossendorfer Wissenschaftler zu ihrem Gerät ein spezielles Bildaufnahmeverfahren entwickelt, welches es ermöglicht, scharfe Bilder aus dem Inneren schnell rotierender Maschinenteile zu gewinnen. Auf diese Weise konnten bereits Flüssigkeitsverteilungen in Axialpumpen und Hydraulikkupplungen bei mehr als 1000 Umdrehungen pro Minute sichtbar gemacht werden. Mit dem so gewonnenen Bildmaterial war es erstmalig möglich, komplexe strömungsphysikalische Vorgänge im Inneren solcher Maschinen sichtbar zu machen. Dies hilft in Zukunft bei der optimalen Konstruktion von komplizierten Hydraulikkupplungen oder Pumpen.

Ansprechpartner:

Dr. Uwe Hampel
Institut für Sicherheitsforschung
Tel.: 0351 260 – 2772; Email: u.hampel @fz-rossendorf.de