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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.
Wood is the material that has accompanied the whole development of mankind in various applications, for manufacturing tools and weapons, for buildings and constructions and also as fuel. It has various appearances and is subjected to decomposing changes, so there are sufficient arguments for non-destructive testing of wooden objects in the same way as is common practice with other technologically used materials. However, even today wood is rarely tested. Moreover, artefacts of cultural heritage containing wood are rare and delicate, so dismantling these for studying purposes is undesirable. Radiological inspection technologies are the methods of choice to provide a non-destructive insight. Interrogations of a specimen with various kinds of radiation provide different answers about their internal structures. High-quality detailed images are achievable with X-rays or gamma radiation in cases where heavy metals or other dense materials are not involved. Neutrons behave complementarily; they are avidly absorbed by light elements such as hydrogen on the one hand and yet are capable of easily penetrating heavy metals on the other. This provides an alternative for X-ray radiography and tomography when material characteristics are of primary interest rather than structural details, or when shielding with plates or sleeves of heavy metal severely impedes inspections with X-ray or gamma radiation technologies. However, due to the moderating effect of wooden samples it is essential to use fast neutrons for radiography and tomography of voluminous objects. Some typical examples described here will show the difference between neutron and X-ray photon-based radiographic technologies.
"Um Holz auf Schäden hin zu untersuchen, müssen Verfahren auch vor Ort durchführbar sein. Mit Hilfe von mobilen, tragbaren Röntgenblitzröhren und digitalen Radiografiesystemen ist dies möglich. Um die Anzeichen einer Schädigung im digitalen Röntgenbild zu erkennen, ist eine Bildbearbeitung notwendig. Hier werden die Ergebnisse von Röntgenuntersuchungen mit Blitzgeneratoren, einem digitalen Radiografiesystem auf Halbleiterbasis und einer automatisch ablaufenden Bildbearbeitung vorgestellt. Bei den Beispielen handelt es sich jeweils um eine Probe aus Nadelholz und Laubholz, die von geschädigten Bäumen und Bauwerken entnommen wurden. Dem einbaufrischen Bauteil wurden künstliche Strukturen eingebracht. Die aufgeführten Beispiele demonstrieren, wie mit transportablen Geräten innere Schäden im Holz zerstörungsfrei aufgespürt werden können." (gekürztes Autorenreferat) Schadstellen und Fäulnis in trockenen Bäumen und in trockenen Holzbalken lassen sich mit den Mitteln der digitalen Radiographie darstellen. Diese Aufnahmetechniken kommen mit geringeren Strahlendosen als bei einer herkömmlichen Filmbelichtung aus. Die Verwendung digitaler Detektoren, kombiniert mit einer PC-basierten Bildbearbeitung, erlaubt eine schnelle Auswertung vor Ort. Die automatisierte Bildfilterung gestattet eine zügige Durchführung auch ohne tiefgehende Kenntnisse in der digitalen Bildauswertung. Diese spielt hier eine tragende Rolle, wobei die in den Rohbilddaten enthaltenen relevanten Informationen gegenüber denjenigen, die im Augenblick weniger oder nicht interessieren, hervorgehoben werden. Risse werden längs der Einstrahlrichtung gut sichtbar, senkrecht dazu verlaufende allerdings wegen mangelnder Kontrastunterschiede nicht. An dieser Stelle bietet sich die Ultraschall-Echotechnik als komplementäres Verfahren an.