Dissertation (Metadaten)
Titel:Ein neutronenradiographisches Kugelfallviskosimeter für Silikatschmelzen und Neutronenkleinwinkelstreuung an Gesteinen
 
Autor:Andreas Kahle
 
URN:NBN:urn:nbn:de:gbv:8-diss-9241
 
Fakultät:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
DDC Sachgebiet:550 Geowissenschaften
 
Datum der mdl. Prüfung:07.11.2003
 
Referent(in):Prof. Dr. Björn Winkler
Korreferent(en) Korreferentin:Prof. Dr. Wulf Depmeier
 
Beschreibung:Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Kugelfallviskosimeter zur Messung der Viskosität von Silikatschmelzen entwickelt. Diese neue Methode beruht auf der zeitaufgelösten Neutronenradiographie und der Kugelfalltechnik. Vorteile im Vergleich zu Kugelfallexperimenten mit Synchrotronstrahlung sind die Möglichkeit von Echtzeituntersuchungen großer Probenvolumina und die sehr genaue Bestimmung der Kugelfallgeschwindigkeit aus einigen Tausend Datenpunkten. Dies ermöglicht eine genauere Bestimmung der Viskosität. Es wird gezeigt, dass die in Kugelfallexperimenten üblicherweise angewandte Faxen-Funktion zur Korrektur des Wandeinflusses für den Kugelfall in Silikatschmelzen nicht geeignet ist. Bei Anwendung des Faxen-Korrekturfaktors wird der Wandeffekt überkompensiert. Dies ergibt letztlich eine zu geringe Viskosität. Für Untersuchungen von Schmelzeigenschaften bis zu Temperaturen von 2300 K wurde ein neuer Hochtemperaturofen konstruiert. Mit diesem Ofen und der Radiographie lassen sich Experimente zur Echtzeitbeobachtung von Schmelzen, insbesondere ihrer Dynamik und zur Konvektion, durchführen. Solche Experimente waren mit herkömmlichen Methoden bislang nicht möglich. Die zeitaufgelöste Neutronenradiographie wurde zum ersten Mal zur Untersuchung der Dynamik von Schmelzen eingesetzt. Ein Vergleich mit Finite-Differenzen-Rechnungen zeigt, dass die Radiographie eine einzigartige Methode zur Untersuchung der Schmelzdynamik darstellt. Einerseits kann sie zur Überprüfung von Ergebnissen aus Finite-Differenzen-Rechnungen dienen und andererseits können Experimente zur Schmelzdynamik realistischer durchgeführt werden. Mittels der Neutronenkleinwinkelstreuung wird gezeigt, dass die Mikrostruktur von vulkanischen Gesteinen selbstähnlich ist. Aus den Streuintensitäten wurde die fraktale Dimension der jeweiligen Gesteinsstruktur bestimmt. Es wird gezeigt, dass eine thermische Behandlung der Gesteine Einfluss auf die fraktale Dimension hat. Spezifische Oberflächen für einige vulkanische Gesteine wurden bestimmt. Anwendungen der Neutronentomographie in den Geowissenschaften werden hinsichtlich der möglichen Ortsauflösung der verfügbaren Detektoren aufgezeigt. Für die Unterscheidung von Mineralphasen oder die Bestimmung von Volumeneigenschaften wie die Porenverteilung in einem Gestein wird die Leistungsfähigkeit der Neutronentomographie nachgewiesen.
 
Schlagworte:Silicatschmelze ; Viskosimetrie ; Neutronenkleinwinkelstreuung ; Neutronenradiographie, Kugelfallviskosimeter, Silikatschmelzen, Faxen-Korrekturfaktor, Schmelzdynamik, Neutronenkleinwinkelstreuung, Vulkanite, Neutronentomographie
 
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