Computertomograph
Schnee in 3D - dank Computertomographie im Kältelabor können wir heute Schnee scannen, dreidimensional rekonstruieren und sogar die Veränderungen während der Metamorphose beobachten.
Mit dem blossen Auge lässt sich die komplexe Eis-Architektur im Schnee nicht erkennen. Deshalb hat das SLF zusammen mit dem Schweizerischen Nationalfonds im Jahr 2002 als erstes Institut weltweit einen micro Computertomographen (micro-CT) der Schweizer Firma Scanco Medical in ein Kältelabor gestellt.
Wer Schnee mit dem Tomographen betrachtet, erhält eine genaue räumliche Information darüber, wo sich im Inneren der Struktur Eis oder Luft befindet. Mit diesen Angaben können wir erstmals die dreidimensionale Struktur von lawinenbildenden Schwachschichten darstellen (Abb. 1). Und wir können mit einem 3D Drucker stark vergrösserte Modelle drucken – Schneemikrostruktur zum Anfassen (Abb. 2).
Anwendungen
Während viele andere Messsystem den Schnee im Verlauf der Messung zerstören, bleibt die Schneestruktur im micro-CT erhalten. Das erlaubt uns, die Schneeprobe erst zu scannen und anschliessend weitere Tests, zum Beispiel auf Brucheigenschaften, durchzuführen.
Noch wichtiger für die Forschung sind die dreidimensionalen Tomographie-Daten jedoch als input für Computersimulationen. In der Schneephysik benutzen wir solche Simulationen, um die physikalischen Eigenschaften des Schnees, wie Wärmeleitfähigkeit, Elastizität oder Bruchverhalten zu berechnen. Mit dem SnowBreeder lassen sich aber auch zeitabhängige Prozesse, wie Setzung und Schneemetamorphose, im micro-CT untersuchen.
Funktionsweise
Im micro-CT messen wir, vereinfacht gesagt, wie sehr ein Material Röntgenstrahlung abschwächen kann. Dazu wird die Schneeprobe (Abb. 3) durch eine punktförmige Energiequelle von vorne bestrahlt, während hinter ihr ein Sensor die Strahlung misst, welche nicht von der Probe absorbiert wurde. Die Abschwächung hängt von der gewählten Energie und vom gescannten Material ab. Um einen dreidimensionalen Scan zu machen, dreht sich die Probe und wird pro Rotation bis zu 1000 Mal gescannt. Die Messung erfolgt schichtweise, d.h. nach jedem Scan fährt die Probe etwas nach oben und die nächste Schicht wird bestrahlt. Je nach Grösse der Schneeprobe (maximal 75 mm Durchmesser und 100 mm Höhe) und je nach Qualität kann ein kompletter Scan zwischen 4 und 24 Stunden dauern.
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Services und Produkte
Auf Anfrage führen wir für Forschungsinstitute Scans durch, insbesondere gefrorener Materialien.