PSI-billeddannelse hjælper med raketopsendelser

Raketter fra European Space Agency (ESA) flyver ud i rummet med støtte fra Paul Scherrer Institute (PSI). Billedbehandling udført hos PSI i samarbejde med Dassault Aviation sikrer kvaliteten af ​​visse komponenter i Ariane 5 og Vega løfteraketter. Ved hjælp af neutronerne genereret ved neutronkilden SINQ, PSI-forskere screener såkaldte pyrotekniske komponenter, der er installeret i ESA-raketterne. Disse komponenter, som virker som sikringsledninger og tændere, sikre, blandt andet, at boosterraketterne falder i den rigtige hundrededel af et sekund. Ariane-lanceringen den 20. juni fandt sted med komponenter, der var blevet undersøgt hos PSI.

Neutronkilden til Paul Scherrer Institute PSI hjælper med at undersøge visse komponenter, før de installeres i Ariane 5- og Vega-raketter. Disse løfteraketter, udviklet af den europæiske rumfartsorganisation ESA, transportere satellitter og andre ubemandede rumfartøjer i kredsløb. De grundstoffer, der studeres på PSI, er såkaldte pyrotekniske komponenter, som spiller en afgørende rolle under raketflyvningen:De er fyldt med sprængstoffer; nogle af dem fungerer som en sikringssnor, mens andre udløser en række ønskede effekter. Komponenterne, der sikrede en vellykket opsendelse af Ariane 5-raketten den 20. juni, var blevet undersøgt på PSI måneder tidligere.

Neutroner tjener til kvalitetssikring

De pyrotekniske komponenter, der bruges til Ariane 5 og Vega raketter, består af et metalhus fyldt med en eksplosiv forbindelse. "De pyrotekniske signallinjer virker i en dominoeffekt, " forklarer Christian Grünzweig, fysiker i Research Group for Neutron Imaging and Applied Materials ved PSI. Når det først er aktiveret - eller i dette tilfælde tændt - fortsætter signalet med at køre og udløser specifikke detonationer langs linjen. "Og, som med dominobrikker, efter det, det er slut:De pyrotekniske komponenter kan kun brændes én gang. En testkørsel på forhånd for at se, om de vil fungere pålideligt, er umuligt."

Røntgenbilleder er ikke egnede til at inspicere dem, da røntgenstråler næsten ikke trænger ind i metal. "Den gode nyhed, siger Grünzweig, "er det hvor røntgenstråler fejler, vores billeddannelse med neutroner kan ofte hjælpe." Neutroner - de uladede grundlæggende byggesten i atomer - trænger næsten uhindret igennem de fleste metaller, inklusive bly. "Det sprængstof, på den anden side, indeholder brintatomer, der væsentligt dæmper neutronstrålen og dermed får den til at vise sig som en mørk kontrast, Grünzweig fortsætter. "Kort sagt:Sprængstoffer bag metal kan kun gøres synlige med neutroner."

Neutronbillederne bliver senere vurderet af ansatte i flyselskabet Dassault Aviation. På denne måde kontrolleres det, om sprængstofferne er bragt ind i komponenterne efter hensigten og fri for fejl. Dette er afgørende, fordi en defekt i distributionen af ​​sprængstoffer ville afbryde dominoeffekten under afbrænding - komponenterne ville da være ubrugelige. Den seneste raketopsendelse var den første efter underskrivelsen af ​​en officiel samarbejdsaftale mellem PSI og Dassault Aviation i april i år.

Indtil satellitten er placeret

Selvom rækkefølgen af ​​pyrotekniske komponenter ved første øjekast ligner en sikringsledning, deres opgave i rumfart er meget mere kompleks. Mens detonationssnorene sikrer enkel transmission af signalet, der er et væld af andre pyrotekniske komponenter. Nogle multiplicerer signalet, så en indgående detonationssnor kan følges af op til ni udgående ledninger og dermed signaler. På andre punkter, detonationssnore løber gennem sløjfer for at bringe signalet til et bestemt sted med en passende forsinkelse. Der udløser de små detonationer, hvorefter, for eksempel, knive skærer gennem respektive holdere. På denne måde de to boostere, udfører det første accelerationstrin sammen, droppes med nøjagtig synkronisering. I det videre forløb af raketflyvningen, nyttelastens beskyttelsesbeklædning afmonteres på lignende måde. Endelig, nyttelasten, dvs. satellitten eller et andet rumfartøj, er løsrevet fra løfteraketten ved yderligere eksplosioner.

"Flere afgørende processer som disse initieres udelukkende af de pyrotekniske elementer, hvis første tænding allerede finder sted med raketstarten, " forklarer David Mannes, også forsker i Neutron Imaging and Applied Materials-gruppen ved PSI.

De alsidige anvendelser af neutronbilleddannelse

Neutronbilleddannelse udføres på kun få andre forskningsinstitutter verden over, og i Schweiz er det enestående muligt hos PSI. Billedmetoden har været etableret her i mange år og er tilgængelig for brugere fra industrien. Metoden giver et ikke-destruktivt indblik i det indre af materialer og komponenter, som gør det muligt at besvare en række videnskabelige spørgsmål eller løse problemer fra teknologi og industri. For eksempel, neutronbilleder af en guldbuste af den romerske kejser Marcus Aurelius fra det andet århundrede e.Kr. bragte ny indsigt i de processer, der blev brugt til at fremstille den. Billeder taget af Grünzweig og Mannes hjalp den farmaceutiske industri med at forstå de processer, der er involveret i opbevaring af fyldte sprøjter. Og ABB Wettingen-anlægget i kantonen Aargau modtog anbefalinger til at øge produktionen af ​​dets industrielle keramiske komponenter takket være PSI-neutronbilleder.