8.5 Röntgenbildgebung
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Organisationseinheit der BAM
The impact of fracture geometry and aperture distribution on fluid movement and on non-reactive solute transport was investigated experimentally and numerically in single fractures. For this purpose a hydrothermally altered and an unaltered granite drill core with axial fractures were investigated. Using three injection and three extraction locations at top and bottom of the fractured cores, different dipole flow fields were examined. The conservative tracer (Amino-G) breakthrough curves were measured using fluorescence spectroscopy. Based on 3-D digital data obtained by micro-computed tomography 2.5-D numerical models were generated for both fractures by mapping the measured aperture distributions to the 2-D fracture geometries (x-y plane). Fluid flow and tracer transport were simulated using COMSOL Multiphysics®.
By means of numerical simulations and tomographic imaging experimentally observed breakthrough curves can be understood and qualitatively reproduced. The experiments and simulations suggest that fluid flow in the altered fracture is governed by the 2-D fracture geometry in the x-y plane, while fluid flow in the unaltered fracture seems to be controlled by the aperture distribution. Moreover, we demonstrate that in our case simplified parallel-plate models fail to describe the experimental findings and that pronounced tailings can be attributed to complex internal heterogeneities. The results presented, implicate the necessity to incorporate complex domain geometries governing fluid flow and mass transport into transport modeling.
This paper describes a novel methodology for quantitative in-situ moisture measurement without tracking agents using X-ray computed tomography (XCT). The high levels of grey-scale precision required for the measurement of moisture without tracking agents resulted in the need for an additional image calibration procedure to correct for water-related X-ray scattering and for equipment-variability related artefacts arising during in-situ testing. This calibration procedure was developed on the basis of existing principles of XCT image cor-rection. Resulting images of moisture distribution exhibit a high level of agreement with expected material behaviour. This research demonstrated that XCT can be successfully used to measure both moisture-front movement over time and changes in 3D moisture distribution within samples. This approach to moisture measurement lays the groundwork for the planned future investigation of the interaction between cracking induced by varying chemical and mechanical processes and water transport in concrete.
Mikrofokus-Röntgenquellen werden in der industriellen CT flexibelverwendet, um mit kleiner Leistung hohe Auflösung zu erzielen oder mit verminderter Auflösung bei höherer Leistung kürzere Messzeiten zu erreichen. Insbesondere Quellen in offener Bauweise benötigen Wartung wie Filamentwechsel und Nachstellen der Fokusparameter. Ziel ist es, einen optimal kleinen Quellfleck bei bekannter Spannung einzustellen und dessen Größe zu bestimmen.
Zur Überprüfung der Quellfleckgröße sind bereits Verfahren unter Verwendung lithographisch hergestellter Masken mit Strichmustern oder Siemenssternen aus Mikrometer dünnen Schichten aus stark absorbierendem Material wie z.B. Gold bekannt. Diese erfordern wegen der geringen Absorption eine lange Messzeit und sind nur kostenintensiv herzustellen. Ihre Verwendung zur regelmäßigen Qualitätsüberprüfung von CT-Anlagen ist daher nicht verbreitet.
Ziel dieser Arbeit ist es, die richtungsabhängige Quellfleckgröße absolut zu bestimmen, wobei nur einfach zu beschaffende Wolframspitzen verwendet werden. Dazu werden radiographische Bilder in hoher Vergrößerung aufgenommen und die Grauwertverteilung parametrisiert. Unter Verwendung der Kenntnis von Targetmaterial und Spannung wird eine eineindeutige Zuordnung zur Quellfleckgröße vorgenommen.
Dieses erfordert eine extensive Simulation für verschiedene Spannungen, Fokusgrößen und andere Einflussgrößen, sowie die experimentelle Verifikation an verschiedenen CT-Anlagen im Vergleich zu einer bekannten Methode. Erste Ergebnisse werden vorgestellt und die praktische Implementierung unter Angabe der Einschränkungen der Verwendbarkeit diskutiert. Die Autoren hoffen, damit einen wesentlichen Beitrag zur Verbesserung der Qualitätssicherung und zur
Arbeitseffizienz in der Mikrocomputertomographie leisten zu können.