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Tomographie 3D-Radiometry for the Visualisation and Measurement of the Defects of Girth Seams
(2006)
Die Nachfrage nach zerstörungsfreien Prüfungen an Bäumen steigt stetig. Dank neuer Methoden und Messgeräte, entwickelten sich die Möglichkeiten zur Baumdiagnostik in den letzten Jahren immer weiter. Seit kurzem werden auch tomographische elektrische Widerstandsverfahren eingesetzt. Das Ziel dieser Arbeit war es, die Anwendungsmöglichkeiten und Grenzen der Messung des komplexen elektrischen Widerstands an stehenden Bäumen aufzuzeigen und weiterzuentwickeln. Die zusätzliche Erfassung der Phasenverschiebung bietet dabei neue Möglichkeiten zur Detektion von Materialarten und -zustand. Nach vorbereitenden, systematischen Untersuchungen an einem künstlichen, zylindrischen Probekörper wurden spektrale Labormessungen durchgeführt. An Eichenholzproben wurde gezeigt, dass sich die Anisotropie des Holzes stark auf die elektrischen Messungen auswirkt, ebenso wie die Holzfeuchte. Auch Pilzbefall, der in zwei Langzeitversuchen an Eichenkernholz untersucht wurde, zeigte gravierende Auswirkungen auf das elektrische Verhalten, insbesondere auf die Phasenverschiebung. Dadurch war es im Labor möglich, Pilzbefall durch Messungen des komplexen elektrischen Widerstands an Holz nachzuweisen. Bei der tomographischen Anwendung des Verfahrens an stehenden Eichen konnte zunächst gezeigt werden, wie sich der Aufbau gesunder Eichen in den Tomogrammen des spezifischen Widerstands und der Phasenverschiebung widerspiegelt. Dabei wurde eine Abhängigkeit von der Messfrequenz, der Jahreszeit und des Baumalters festgestellt. Bei den anschliessenden Messungen an pilzbefallenen Eichen konnte dann nachgewiesen werden, dass die Detektion von Fäuleschäden an Bäumen mit dem komplexen elektrischen Widerstandsverfahren möglich ist. Allerdings ist die zusätzliche Information der Phasenverschiebung nur bei sehr niedrigen Frequenzen < 1 Hz nutzbar, da dort die im Labor nachgewiesenen Phasenkontraste am größten sind. Die Messungen bei niedrigen Frequenzen haben jedoch eine Erhöhung der Messdauer zur Folge. Das Nutzen-Zeit-Verhältnis für diese zusätzliche spektrale Erfassung der Phase ist gegenüber dem spezifischen Widerstand derzeit jedoch noch gering. Um das Verfahren als alleinstehende Untersuchungsmethode zur Baumdiagnostik zu nutzen, sind weitgehende Untersuchungen für andere Baumarten nötig. In Kombination mit weiteren Verfahren, wie die in dieser Arbeit ebenfalls genutzten Schalltomographie, kann es jedoch bereits jetzt sinnvoll eingesetzt werden.
Absorptionskantentomographie, auch bekannt als differentielle Tomographie an Kanten, ist ein Verfahren, bei dem ausgenutzt wird, dass sich die Schwächung von Röntgenstrahlen beim Übergang der Photonenenergie über die Absorptionskanten sprunghaft ändert. Die Verwendung von Synchrotronstrahlung ermöglicht die Anwendung der Absorptionskantentomographie für nahezu jedes Element, da sie eine intensive, durchstimmbare Strahlenquelle mit kleiner Bandbreite darstellt. Der Mikrotomographieaufbau der BAM am Elektronenspeicherring BESSY II eignet sich mit einem Energiebereich von 5 keV bis über 60 keV und einer Ortsauflösung besser als 0.5 µm zur differentiellen Tomographie an den K-Kanten der Elemente von Chrom bis zu den Lanthaniden, bei Einbeziehung der L-Kante bis zu Uran.
In dieser Arbeit wird die Absorptionskantentomographie ausgenutzt, um das Gefüge von Legierungen dreidimensional und nichtdestruktiv zu vermessen. Als Beispiel wird eine Legierung zwischen Magnesium, Yttrium und Zink analysiert, die sich gegenüber unlegiertem Magnesium durch größere Festigkeit und geringere Korrosionsanfälligkeit auszeichnet. Der Grund dafür liegt in der Bildung einer kristallographisch hochgeordneten Phase (long period stacking ordered - LPSO) der Legierungsbestandteile, die die Matrix in Form von Fasern durchzieht. Anhand ihres Yttriumgehaltes wird die dreidimensionale Verteilung der LPSO-Phase in der Matrix für verschiedene Proben bestimmt und mit Schnittbildern und Korrosionstests verglichen. Die Absorptionskantentomographie erweist sich als eine geeignete Methode, um die dreidimensionale Mikrostruktur von Legierungen zu charakterisieren.
Absorptionskantentomographie, auch bekannt als differentielle Tomographie an Kanten, ist ein Verfahren, bei dem ausgenutzt wird, dass sich die Schwächung von Röntgenstrahlen beim Übergang der Photonenenergie über die Absorptionskanten sprunghaft ändert. Die Verwendung von Synchrotronstrahlung ermöglicht die Anwendung der Absorptionskantentomographie für nahezu jedes Element, da sie eine intensive, durchstimmbare Strahlenquelle mit kleiner Bandbreite darstellt. Der Mikrotomographieaufbau der BAM am Elektronenspeicherring BESSY II eignet sich mit einem Energiebereich von 5 keV bis über 60 keV und einer Ortsauflösung besser als 0.5 µm zur differentiellen Tomographie an den K-Kanten der Elemente von Chrom bis zu den Lanthaniden, bei Einbeziehung der L-Kante bis zu Uran.
In dieser Arbeit wird die Absorptionskantentomographie ausgenutzt, um das Gefüge von Legierungen dreidimensional und nichtdestruktiv zu vermessen. Als Beispiel wird eine Legierung zwischen Magnesium, Yttrium und Zink analysiert, die sich gegenüber unlegiertem Magnesium durch größere Festigkeit und geringere Korrosionsanfälligkeit auszeichnet. Der Grund dafür liegt in der Bildung einer kristallographisch hochgeordneten Phase (long period stacking ordered - LPSO) der Legierungsbestandteile, die die Matrix in Form von Fasern durchzieht. Anhand ihres Yttriumgehaltes wird die dreidimensionale Verteilung der LPSO-Phase in der Matrix für verschiedene Proben bestimmt und mit Schnittbildern und Korrosionstests verglichen. Die Absorptionskantentomographie erweist sich als eine geeignete Methode, um die dreidimensionale Mikrostruktur von Legierungen zu charakterisieren.
Im Europäischen EMPIR-Projekt „NanoXSpot“ (Measurement of the focal spot size of Xray tubes with spot sizes down to 100 nm) werden neue Messmethoden für Brennflecke von Röntgenröhren entwickelt. Teil des Projektes ist die Entwicklung eines zur Lochkameramethode äquivalenten Messverfahrens für kleine Brennflecke. ASTM E 1165-20, Annex A, beschreibt die Bestimmung von Brennfleckgrößen aus Kantenprofilen von Lochaufnahmen für Röntgenröhren mit Brennflecken > 50 μm. Es wurde bereits vorgeschlagen über die Analyse der richtungsabhängigen Kantenunschärfe einer Lochblende und anschließender CT-Rekonstruktion die Intensitätsverteilung des Brennflecks äquivalent zur Lochkameraaufnahme zu berechnen. Die Lochkameramethode, wie in EN 12543-2 und ASTM E 1165-20 beschrieben, ist im unteren Größenbereich für Mikrofokusröhren nicht geeignet, da Pinholes < 10 μm schwer zu fertigen sind und lange Belichtungszeiten erwartet werden. Mit Hilfe exakt gefertigter Lochblenden sowie strukturierter Targets mit konvergierenden Strukturen wird der Bereich mit der Single-Shot-CT-Methode auf die Messung von Mikrofokusröhren, alternativ zur Vermessung von Kanten oder Strichgruppenkörpern, erweitert. Die rekonstruierten Brennfleckformen werden mit Kanten und Lochkameraaufnahmen quantitativ verglichen, um die Messgenauigkeit zu bewerten. Außerdem werden CNR und Messzeit bestimmt, um die Wirtschaftlichkeit der Verfahren zu bewerten.