Viscom-Röntgentechnologie unterstützt Experimente in der Schwerelosigkeit

Der Röntgeneinsatz des Diffusionsofens
Der Röntgeneinsatz des Diffusionsofens

Hannover, Februar 2012

Das Institut für Materialphysik im Weltraum in Köln beschäftigt sich u. a. mit der Erforschung von Materialeigenschaften. Dabei geht es z. B. darum, Prozesse, die bei der Metallschmelze ablaufen, genau zu verstehen. Im Rahmen dieser Experimente ist es den Forschern gelungen, mit Röntgenradiographie den gesamten Prozess vom Aufschmelzen bis zur Erstarrung aufzunehmen, sodass die Diffusion in der Schmelze direkt abgebildet werden kann. Das Durchstrahlen der Probe mit 110 kV Röntgenstrahlung wurde mit der eigens hierfür entwickelten HIBIX-Röntgenröhre von Viscom realisiert.

In vielen industriellen Anwendungen gewinnen leichte Materialien immer mehr an Bedeutung. Das ist zum Beispiel der Fall bei Komponenten für die Luft- und Raumfahrtindustrie oder die Automobiltechnik. Dafür eingesetzte Aluminium-Schäume und Legierungen sollen Gewicht sparen, müssen aber auch gleichzeitig eine ausreichende Festigkeit aufweisen. Für das Materialdesign ist es daher entscheidend, die in der Metallschmelze ablaufenden Prozesse zu verstehen.

Die neuen Technologien in der Radiographie machen dies nun möglich. Sie können den gesamten Diffusionsprozess vom Aufschmelzen über das Diffusionsglühen bis zur Erstarrung an der Probe aufzeigen. Die Eigenschaft einer Flüssigkeit, lokale Unterschiede in ihrer Zusammensetzung über die Bewegung der Atome oder Moleküle (Diffusion) auszugleichen, ist ein grundlegender Prozess in der Natur. Diffusionen bestimmen z. B. die Erstarrung von Flüssigkeiten und das Wachstum von Kristallen.

Am besten ist die Physik dieser Prozesse unter Schwerelosigkeit zu untersuchen. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) hat dafür eigens ein Projekt zum Aufbau einer kompakten Röntgen-Diagnostik initiiert. Unter Federführung von Prof. Dr. Andreas Meyer, Leiter des DLR-Instituts für Materialphysik im Weltraum, werden von der DLR und Partnern aus Industrie und Wissenschaft die komplexen Zusammenhänge bei Diffusionen untersucht.

Viscom hat für die Beobachtung derartiger Experimente die hauseigene Röntgentechnologie weiterentwickelt. Basierend auf der langjährigen Erfahrung in der Röntgentechnik wurde von den Physikern der Viscom AG erstmalig eine hochintegrierte, brillante Röntgenquelle – die HIBIX-Tube (Highly Integrated Brilliant Image X-ray Tube) – entwickelt. Sie ist in der Lage, die für die Experimente benötigte Strahlleistung bei minimalem Energieverbrauch zur Verfügung zu stellen. Sie benötigt dazu keinerlei  externe Versorgungskomponenten. Kombiniert mit einer evakuierbaren Probenkammer für den Schmelzofen und einem digitalen Detektor ist eine Röntgenanlage auf kleinstem Raum entstanden, die nunmehr am Institut für Materialphysik im Weltraum des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) eingesetzt wird.

Nächstes Ziel ist, diese Röntgendiagnostik im Material Science Lab (MSL) auf der Internationalen Raumstation ISS für Forschung auf höchstem Niveau unter Bedingungen der Schwerelosigkeit zu nutzen. 

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