01.07.2020
Neutronenbild einer wasserstoffhaltigen Zugprobe aus Stahl in Falschfarben.

Neutronenbild einer wasserstoffhaltigen Zugprobe aus Stahl in Falschfarben. Die Probenkanten und der Hintergrund im Kerbbereich zeigen Bildartefakte.

Quelle: BAM, Fachbereich Fachbereich Integrität von Schweißverbindungen

In dieser Forschungsarbeit haben wir die Entstehung von Bildartefakten untersucht, die beim Fotografieren von wasserstoffhaltigen Stählen mit Neutronen auftreten können. Ein Artefakt ist die Erzeugung einer scheinbar vorhandenen Intensität im Detektor, die aber nicht durch transmittierte Neutronen, sondern durch Streuung von Photonen innerhalb des Szintillators entstanden ist. Dieser Effekt ist unabhängig vom bestrahlten Material, hängt von der Probengeometrie und dem Abstand des interessierenden Bereichs vom Detektorbereich mit der höchsten Bestrahlung des Szintillators ab. Der Effekt kann reduziert werden, indem entweder die gesamte Detektorfläche für die Abbildung genutzt wird oder die nicht genutzte Detektorfläche durch undurchsichtiges Material von Neutronen abgeschirmt wird. Dies empfiehlt sich besonders bei komplexen Probengeometrien und wenn zeitliche Intensitätsverläufe im Fokus der Untersuchung stehen. Der Anteil der gestreuten Neutronen an der detektierten Gesamtintensität ist abhängig vom Proben-Detektor-Abstand und vom Streuverhalten des Probenmaterials. Wir konnten zeigen, dass zusätzliche Messungen mit unterschiedlichen Probe-Detektor-Abständen die Möglichkeit bieten, die transmittierte Intensität von der gestreuten Intensität durch Anpassung eines geeigneten Abstandsgesetzes zu trennen. Alternativ, wenn der Verlust an Ortsauflösung nicht wichtig ist, ist eine Vergrößerung des Abstands zwischen Probe und Detektor ein geeigneter Ansatz, um solche Streueffekte zu reduzieren. Dies würde auch den gezeigten Randeffekt reduzieren, der teilweise durch gestreute Neutronen verursacht wird. Ein anderes Artefakt ist die Brechung der Neutronen an glatten Oberflächen, die nicht exakt parallel zum einfallenden Strahl ausgerichtet sind. Dies zeigt, wie wichtig eine sehr genaue Probenausrichtung ist. Eine raue Oberfläche hingegen zeigte aufgrund von Totalreflexion keinen zusätzlichen Intensitätspeak.

On the Genesis of Artifacts in Neutron Transmission Imaging of Hydrogenous Steel Specimens
Beate Pfretzschner, Thomas Schaupp, Andreas Hannemann, Michael Schultz, Axel Griesche
erschienen in Journal of Imaging, Band 6, Heft 22, Seiten 1 - 10, 2020
BAM, Fachbereich Integrität von Schweißverbindungen