Anwendung der Elektronenstrahltechnik zur ultraschnellen Tomographie von Mehrphasenströmungen

Computertomographie (CT) auf der Basis von Röntgen- und Gammastrahlung stellt ein attraktives Messverfahren zur Untersuchung von Mehrphasenströmungen dar. Die Messung erfolgt dabei berührungslos und hat somit keine Rückwirkung auf die Strömung. Die Strahlung ermöglicht einen Blick in undurchsichtige Gefäße und durchdringt trübe oder intransparente Fluide, Supensionen, Emulsionen und Feststoffschichten ohne Probleme. Da die Strahlungsausbreitung geradlinig erfolgt, sind scharfe Abbildungen verborgener Strukturen möglich. Bisher wird die Computertomographie als bildgebendes Messverfahren hauptsächlich in der Medizin aber auch in der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung eingesetzt. Seit einiger Zeit gibt es vielfältige internationale Bestrebungen, computertomographische Messverfahren für die Untersuchung von Mehrphasenströmungen verfügbar zu machen.
Das Prinzip der Elektronenstrahltomographie eignet sich für die Untersuchung schneller Strömungsvorgänge. Dabei ist es allerdings erforderlich, die Bildrate eines derartigen CT-Scanners über die in der Kardiobildgebung üblichen 50 Bilder pro Sekunde hinaus auf mindestens 1000 Bilder pro Sekunde zu steigern. Am Institut für Sicherheitsforschung am Forschungszentrum Dresden-Rossendorf wird derzeit daran gearbeitet, die Elektronenstrahltomographie als messtechnisches Tool für die Untersuchung von Zweiphasenströmungen im Forschungsschwerpunkt Sicherheit und Betriebsverhalten nuklearer Anlagen bzw. zu Zwecken der Entwicklung und Validierung von Zweiphasen-CFD-Codes verfügbar zu machen. Mit der Entwicklung eines optimierten ultraschnellen Elektronenstrahl-CT-Scanners mit eigenem Elektronenstrahlerzeuger und halbkreisförmiger Targetgeometrie wurde nunmehr am Forschungszentrum Dresden-Rossendorf ein nächster wichtiger Schritt in Richtung einer universell einsetzbaren Elektronenstrahl-CT für Strömungsuntersuchungen beschritten. In naher Zukunft wird dieses Messverfahren Anwendung bei der Untersuchung von Wasser-Wasserdampf-Strömungen in einer Rohrleitung mit 50 mm Innendurchmesser finden. Die Untersuchungen werden an der am Forschungszentrum Dresden-Rossendorf betriebenen Mehrzweck-Thermohydraulik-Versuchsanlage TOPFLOW durchgeführt.