Sie sind hier: HomeThemenSmart PowerSonstige

Paul Scherrer Institut (PSI): Starke Magnetfelder zerstörungsfrei in Komponenten vermessen

Am Schweizer Paul Scherrer Institut wurde eine neue Methode entwickelt, sehr starke Magnetfelder exakt zu vermessen. Hierzu wird die Brechung solche Magnetfelder durchlaufender Neutronenstrahlen analysiert. Auch Felder bereits in Geräten verbauter Magneten können so vermessen werden.

Magnetfeldmessung Bildquelle: © Paul Scherrer Institut/Mahir Dzambegovic

Das Gerät zur Bestimmung der Ausrichtung des Magnetfeldes funktioniert wie ein Kompass. Das rote Ende des blau-roten Stifts zeigt in Richtung des Nordpols.

Neutronen besitzen einen Eigendrehimpuls, den sogenannten Spin, weswegen sie mit Magnetfeldern in Wechselwirkung treten. Strahlen sogenannter polarisierter Neutronen, also Neutronen mit einheitlichem Spin, schicken Forscher des Paul Scherrer Instituts in der Schweiz durch Magnetfelder. Aus den Brechungsmustern der Neutronenstrahlen hinter den Magnetfeldern lassen sich die dreidimensionale Struktur und die Unterschiede der Feldstärken rekonstruieren.

Ließen sich bislang nur relativ schwache Magnetfelder vermessen, können mit der »polarisierte Neutronengitter-Interferometrie« (pnGI) genannten Methode auch Magnetfelder mit einer Gradientenstärke in der Größenordnung von 1 Tesla pro Zentimeter vermessen werden. Christian Grünzweig, Neutronenforscher am Paul Scherrer Institut PSI: »Dadurch bewegen wir uns in Größenordnungen, die etwa eine Million Mal stärker sind als das Erdmagnetfeld.«

Weil die Neutronen Materialien zerstörungsfrei durchdringen, »können wir auch Magnete und ihre Felder bestimmen, die nur schwer zugänglich sind, weil sie bereits in eine Apparatur eingebaut sind«, erklärt Jacopo Valsecchi, Erstautor der Studie und Doktorand am PSI. »Die Anwendungen erstrecken sich von Lichtmaschinen in Automotoren über viele Komponenten des Energieversorgungssystems bis zu Magnetfeldern von Magnetresonanztomografen, wie sie in der Medizin eingesetzt werden.«

Die in Computersimulationen und realen Messungen erzielten Ergebnisse waren bislang ermutigend: »Die Resultate aus den Simulationen und die tatsächlichen Messergebnisse stimmen sehr gut überein«, so Grünzweig. Mit dem neuen Verfahren können auch Inhomogenitäten und Schwankungen von Magnetfeldern nachgewiesen werden, wie sie etwa bei Dauermagneten vorkommen.