Computertomographie mit Gammastrahlung

Motivation

Für die Bestimmung von Phasenverteilungen (Gas, Flüssigkeit, Feststoff) in industriellen Apparaten und Maschinen, wie beispielsweise Axialverdichter, Pumpen und hydrodynamische Kupplungen, sowie in thermohydraulischen und verfahrenstechnischen Anlagen verfügt das HZDR über ein räumlich hochauflösendes und transportables Gammastrahlen-Computertomographiesystem. Dieses besteht aus einer kollimierten Strahlungsquelle (Nuklid: ¹³⁷Cs, Aktivität: 180 GBq, effektiver Brennfleck: ca. 6 mm Durchmesser) und einem Strahlungsdetektorbogen mit 320 Szintillationswandlern. Der Detektor ist thermisch hochpräzise stabilisiert, um quantitativ hochwertige Analysen in thermisch veränderlichen Umgebungen durchführen zu können. Durchstrahlungsprojektionen können sowohl im Sekundentakt als auch sehr schnell mit 25 kHz Abtastrate aufgenommen werden. Letzteres ermöglich die winkelsynchrone Tomographie bei schnell rotierenden Objekten, wie beispielsweise Pumpen und Rührwerken.

Kooperationen

• TU Dresden
• TU Eindhoven
• TU Hamburg
• TU Dortmund
• Karlsruher Institut für Technologie
• Mahle GmbH
• ASB
• AREVA NP GmbH
• EVONIK Industries AG
• International Atomic Energy Agency, IAEA

Publikationen

• A. Bieberle et al.
  Modular and Cost-Effective Computed Tomography Design
  Sensors 24(2024)8, 2568. [doi:10.3390/s24082568]
• A. Bieberle et al.
  Advanced process-synchronized computed tomography for the investigation of periodic processes
  Review of Scientific Instruments Vol. 89, 073111, 2018. [doi:10.1063/1.5038423]
• A. Bieberle et al.
  Design of a modular signal processing board (MSPB) for gamma-ray imaging applications
  Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, 663 (1), pp. 14 - 21, 2012. [doi:10.1016/j.nima.2011.09.060]
• A. Bieberle et al.
  Temperature control design for a high resolution gamma-ray tomography detector
  Review of Scientific Instruments Vol. 81, 014702, 2010. [doi:10.1063/1.3280184]
• U. Hampel et al.
  High resolution gamma ray tomography scanner for flow measurement and non-destructive testing applications
  Review of Scientific Instruments Vol. 78, 103704, 2007. [doi:10.1063/1.2795648]
• A. Bieberle et al.
  Data acquisition system for angle synchronized gamma-ray tomography of rapidly rotating objects
  Measurement Science and Technology, Vol. 18, pp. 3384-3390, 2007. [doi:10.1088/0957-0233/18/11/018]

Anwendungen

Zentrifugalpumpen

Im Rahmen des BMBF-Projektes SAVE wurden umfangreiche Untersuchungen durchgeführt, wie sich angesaugtes Gas innerhalb einer Pumpe ­verhält und mit welchen Maßnahmen der Gaseintrag ­verhindert bzw. der Gasaustrag befördert werden kann.

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Blasensäulenreaktoren

Mes­sungen an Laborblasensäulen in unseren Laboren sowie beim Industriepartner Evonik Industries lieferten neu Erkenntnisse hinsichtlich der axialen und radialen Gasgehalts­vertei­lung und zu Strömungs­struk­turen für ­verschiedene industrielle Einspeiseorgane.

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Hydrodynamische Kupp­lungen

In Kooperation mit dem Industriepartner Mahle Behr GmbH konnte die Betriebsflüssig­keits­vertei­lung in einer schnell drehenden Visko-Kupp­lung für den Flügelradantrieb in KfZ-Klimaanlagen für ­verschiedene Moment­übertra­gungen visualisiert werden.

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Innovative Reaktoren

In Kooperation mit der TU Eindhoven wurden Zweiphasenströmungen in neuartigen Reaktoren mit ro­tier­enden Einbauten (Feststoffschäume und Scheiben) für ­verschiedene Betriebszustände und Einbaulagen untersucht.

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