04.02.2004

Infrarotkamera spürt Risse auf

Physik Journal - Eine neue Infrarotkamera entdeckt Risse von einigen Mikrometern Größe auf der Oberfläche.

Infrarotkamera spürt Risse auf

Physik Journal - Physik Journal - Eine neue Infrarotkamera entdeckt Risse von einigen Mikrometern Größe auf der Oberfläche.

Penibel achten Kernkraftwerksbauer auf den perfekten Zustand der Reaktorkammern. Lassen sich bei der Produktion mit Röntgendetektoren selbst kleinste Materialfehler aufspüren, gestaltet sich die regelmäßige Hüllenkontrolle der Druckkessel nach Einbau und Inbetriebnahme schwieriger. Eine Infrarotkamera, entwickelt vom Kraftwerksbauer Framatome und der französischen Firma Cedip Infrared Systems, entdeckt nun berührungslos unsichtbare Materialermüdung von einigen Mikrometern Größe auf der Oberfläche.

Was mit bloßem Auge (links) und bei einer Überprüfung mit Hilfe von Fluoreszenzfarbstoff (Mitte) kaum zu entdecken ist, entpuppt sich mit einem Infrarot-Verfahren als 12 Millimeter langer Riss (rechts). (Quelle: Framatome)

Grundlage dieser photothermischen Methode ist die vom Materialzustand abhängige Wärmeausbreitung im Testobjekt. In ersten Versuche heizten die Entwickler die Oberfläche metallischer Proben mit dem Lichtstrahl eines Nd:YAG- oder Kohlendioxid-Lasers auf. Mit einem bis zu 20 Zentimeter weiten Spot rastert dieser Laser die Oberfläche ab und erwärmt sie um etwa fünf Grad. Parallel registriert eine Infrarotkamera die Ausbreitung der zugeführten Wärme. Weicht diese – auf einem Monitor visualisierte – thermische Diffusion von einem gleichmäßigen Verlauf ab, liegt die Ursache meist in einer strukturellen, für das bloße Auge unsichtbaren Materialstörung. Feine Risse im Mikrometermaßstab oder Strukturfehler durch Materialermüdung wirken als Barrieren gegen eine homogene Wärmeausbreitung, da hier die Atome in der metallischen Kristallstruktur die thermischen Schwingungen nicht mehr ungehindert weitergeben können.

Framatome möchte mit dieser Infrarotkamera die weit verbreitete Überprüfungsmethode mit Fluoreszenz-Farbstoffen ersetzen. In einem Lösungsmittel verteilt, dringen diese Farbstoffmoleküle bisher in kleinste Risse ein und zeigen darauf bei einer optischen Anregung über ein fluoreszierendes Leuchten Materialfehler an. Auf solche Hilfsmittel verzichtet die Infrarot-Methode, die zumindest die gleiche Genauigkeit erbringen soll. So könnten vor allem schwer zugängliche Anlagenteile in mitunter radioaktiv kontaminierten Bereichen leichter und automatisiert auf Materialschwächen kontrolliert werden.

Jan Oliver Löfken

Quelle: Physik Journal, Februar 2004

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