Röntgenkamera schießt Bilder von Druckwellen

Erkenntnisse für wirksamere und umweltfreundlichere Diesel-Einspritzpumpen

Wissenschaftler der Cornell University haben eine Röntgen-Kamera entwickelt, die Druckwellen von Diesel, wie sie in Überschall-Geschwindigkeit bei Diesel-Einspritzpumpen auftreten, bildlich erfassen. Mit der Kamera war es möglich, den zirkulierenden Nebel der Aerosol-Tröpfchen des Treibstoffes durch die Pumpe zu durchdringen. Eine Aneinanderreihung der Bilder zeigte die gesamte Druckwelle, ein Phänomen, das bisher weder beobachtet noch gemessen werden konnte, erklärte der Entwickler der Kamera Sol Gruner. Die Forscher hoffen, dass die Aufnahmen dazu verwendet werden können, Einspritzpumpen leistungsfähiger und umweltfreundlicher herzustellen. „Schon eine einprozentige Wirkungssteigerung und eine Emissionsreduktion von einigen Prozent hätten enorme ökonomische Auswirkungen“, ergänzte Jin Wang vom Argonne Lab.

Der Chip, den die Kamera namens Pixel Array Detector (PAD) zur Aufnahme der Diesel-Druckwellen nutzt, besitzt eine Dichte von 9.200 Pixel. Bisher war es Forschern nicht möglich, festzustellen, wie einheitlich sich der Brennstoff verteilt und wann er sich in Aerosole auflöst. Die Gruppe um Gruner entwickelte dafür einen Detektor, bei der sich die Verarbeitungselektronik nicht im Chip, sondern in jedem Pixel befindet. Ein Pixel besitzt einen Durchmesser von rund 150 Mikrometer. Das Röntgensignal tritt durch das Pixel und wird mittels eines Verstärkers in ein elektrisches Signal umgewandelt. Für das Schockwellen-Experiment wurden sechzehn Bilder geschossen, zwischengelagert und downgeloadet. Daraus entwickelten die Forscher bewegte Bilder, die die explosive Freisetzung des Treibstoffes festhielten.

„Die von uns angepeilten Anwendungen sind einzigartig“, so Gruner. Sie umfassen Röntgenaufnahmen von Materialbrüchen, genau zu jenem Zeitpunkt, wo sie eintreten. „Für die Materialforschung ist das ein sehr wichtiger Bereich, da es äußerst schwierig ist, festzustellen, was genau beim Materialbruch passiert ist“, meint der Physiker. Einsetzt werden könne der PAD für alle Stoffe, die für Röntgenstrahlen durchlässig sind.