Neutronentomographie

Zerstörungsfrei Materialien untersuchen, das ist mit der CT-Methode auch bisher schon möglich. Mit der Neutronentomographie lassen sich aber Materialien noch effizienter untersuchen, denn Neutronen dringen tief ins Innere einer Probe ein. Zudem unterscheiden sie auch leichte Elemente wie Wasserstoff, Lithium oder wasserstoffhaltige Substanzen und reagieren auf kleinste magnetische Strukturen im Materialinnern. Aus der Absorption der Neutronen in der Probe lassen sich 2D- oder 3D-Abbildungen errechnen, sogenannte Neutronentomographien.

Auch Fossilien wie dieser 250 Mio. Jahre alte Lystrosaurus-Schädel
lassen sich mit Neutronentomographie zerstörungsfrei untersuchen.
(Foto: MfN Berlin)

Neueste Verbesserungen in den letzten Jahren haben die räumliche Auflösung bis in den Mikrometerbereich gesteigert. Das ist mehr als zehnmal genauer als Computertomographien (CT). Auch sind nun raschere Aufnahmen möglich, was es auch erlaubt, Prozesse in Materialien zu beobachten. Die Neutronentomographie ist extrem vielseitig nutzbar. Sie diente etwa zur zerstörungsfreien Analyse von historischen Objekten wie alten Schwertern und Ritterrüstungen, um Hinweise auf Fertigungsmethoden früherer Zeiten zu erhalten.

Neutronentomographie zeigt, wie sich nach Torsion (links) oder
Zugspannung (rechts) verschiedene Kristallphasen im Material verteilen.
(Foto: HZB/Wiley VCH)

Ritterhelme

HZB-Experte für Neutronentomographie Nikolay Kardjilov untersuchte Ritterhelme der Wallace Collection in London. Neben Gemälden und Mobiliar der letzten Jahrhunderte befindet sich hier auch eine der wichtigsten Sammlungen von Rüstungen und Waffen aus Europa.

Ritterhelme aus der Wallace Collection London, 15. Jh., Italien
(Foto: Silvia Zerbe/HZB)

Die vier Ritterhelme stammen aus dem 15. Jahrhundert, vermutlich wurden sie in Italien hergestellt. Im Lauf der Jahrhunderte  hat sich die Oberfläche der Helme durch ständiges Polieren verändert. Dadurch sind die Prägestempel nicht mehr vollständig sichtbar, ein wichtiger Hinweis auf die Werkstatt, in der der Helm einst geschmiedet wurde.

Auf einem Schaumstoffblock ist der Helm eingespannt. Von vorne
trifft ihn der Neutronenstrahl, der Detektor (grau) fängt die Neutronen auf
und liefert die Bilddaten. (Foto: Silvia Zerbe/HZB)

In der Mikrostruktur des Metalls allerdings sind noch Verdichtungen nachweisbar, selbst dann noch, wenn keine Spuren eines Prägestempels mehr zu erkennen sind. Mit dem sogenannten Phasenkontrast der Neutronentomographie können diese Verdichtungen sichtbar gemacht werden.

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