Filtern
Dokumenttyp
Referierte Publikation
- nein (7) (entfernen)
Schlagworte
Organisationseinheit der BAM
Verleimte Holzproben wurden je nach Größe mit thermischen (ANTARES) bzw. schnellen Neutronen (NECTAR) an der Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) der Technischen Universität München in Garching untersucht. Entweder ließen die durchstrahlbare Schichtdicke oder die eingeschränkte Strahlgeometrie es nicht zu, das Probenteil allseitig zu durchstrahlen.
Um dennoch innere Strukturen wie Leimschichten zumindest mit einem eingeschränkten Winkelbereich tomographisch darzustellen, wurde mit Hilfe des Slice-Theorems erfolgreich rekonstruiert. Ein Brett von 2 cm Dicke wurde mit thermischen Neutronen erfolgreich untersucht, ein größeres mit schnellen.
Neutrons are absorbed particularly by hydrogen containing materials so
they can be used as a tool for visualising heterogeneous density distributions of organic materials. Penetration limits are set by the layer thicknesses and the neutron energies applied. In case of specimens with a flat shape the situation may be encountered that the object only could be penetrated in selected directions. In addition, the overall size may exceed the beam diameter and thus the viewing window if a certain region of interest should be studied by tomography without destroying the integrity of the specimen.
This study shows the capabilities and limits of thermal and fast neutrons to investigate flat wooden specimens such as boards and girders by neutron tomography under such circumstances. Taking projections was impaired either by the limits of penetrability or by the total size of the object. As a consequence, projections were included for reconstruction only from a limited angular range of 90°. It could be shown that an approach based on the slice theorem was capable to visualise structural features along the beam directions while simply omitting the perpendicular ones without causing additional artefacts.
Small samples with a thickness of up to 2 cm but several times broader could be studied with the ANTARES facility of the FRM II neutron source in Garching providing thermal neutrons while larger objects required a beam of higher energy as available in the NECTAR facility of the same institution. The fast (fission) neutrons (1.5 – 2 MeV) of this site allowed investigating an area of interest inside a girder with a cross section of 23.5 x 49 cm². Internal features such as inclusions could be detected as well as a heterogeneous density distribution in glue layers.
Die radiologische Untersuchung von Holz ist hinsichtlich der Durchführung
und Auswertung komplex. Im Gegensatz zu künstlich hergestellten Materialien zeichnet
sich Holz besonders durch seine Heterogenität und Individualität aus, kein Stück ist wie das
andere. Dies erschwert bei der radiologischen Inspektion die Fehlerdetektion, da diese teilweise
schwer von natürlichen Wachstumsmerkmalen zu unterscheiden sind. Insektenfraßgänge
und Hohlräume durch biologischen Abbau sind deutlich erkennbar, schwieriger
wird es bei feinen Rissen und Anzeichen für Fäulnis. Metallische Einbauten wie Nägel und
Bolzen sind natürlich gut zu erkennen, großflächigere Platten können jedoch den Einblick
in die benachbarten Gebiete versperren. Klebstoffschichten sind im Röntgenbild nur dann
sichtbar, wenn sie exakt parallel zum Strahlengang getroffen werden. Verschiedene
Strukturmerkmale treten also radiologisch recht unterschiedlich in Erscheinung, deshalb
liegt es nahe, zu deren Erkennung mehr als nur eine Durchstrahlungstechnologie
anzuwenden. Während bei immobilen Objekten, d.h. Bauwerken und Bäumen, mobile
Durchstrahlungstechniken mit Röntgen- oder Gammastrahlen (Se-75) in Frage kommen,
stehen im Labor auch (schnelle) Neutronen alternativ zur Verfügung. Die verschiedenen
Techniken, einschließlich der Tomographie mit Neutronen, werden an zwei größeren Prüfteilen
demonstriert, einer Brettschichtholzprobe und einem Knotenpunkt aus einer Holzbrücke
mit eingebauter Stahlplatte. Neutronen lassen Materialunterschiede differenzierter hervortreten
und durchdringen sperrige Metallteile besser, trotz verringerter Bildqualität. An
Verbesserungen wird derzeit gearbeitet.
While the absorption of X-rays and gamma radiation is determined by the Z-number of the elements a specimen is composed of, it is the hydrogen making an effective contrast with neutron imaging. As a consequence, interrogating with neutrons presents a suitable tool to study the distribution of organic consolidants in materials such as wood as encountered in impregnated wooden artworks.
Four different examples of objects are presented here to demonstrate the potential of neutron CT: 1) small wooden pieces of ship wrecks (< 2 cm thickness) interrogated with cold neutrons (0.5 meV at the ANTARES facility of the FRM II in Garching) to demonstrate the potential and the limitation of using low energy neutrons, 2) a wooden statue soaked with carbolineum (fission neutrons 1.8 MeV at the NECTAR facility of the FRM II), 3) a smaller wooden figure of a skull heavily soaked with carbolineum so it was too tight for the fission neutrons used before with accelerator neutrons (broad range about 5.5 MeV at the PTB in Braunschweig) and 4) pieces of charred wood to study the impregnation with a consolidant (NECTAR, FRM II). With the exception of the last example, all results have been combined with X-ray tomography (BAM 8.3 in Berlin). In the case of the charred wood specimens (example 4) the density histograms of the neutron tomography results were compared with those obtained from untreated references. The observed gain in specific density of the soaked specimens corresponded with an increase of specific weight. All results obtained so far showed distinct distribution patterns attributable to structural peculiarities or organic consolidants providing valuable support for subsequent restoration works.