Raketten van de European Space Agency (ESA) vliegen de ruimte in met steun van het Paul Scherrer Institute (PSI). Imaging uitgevoerd bij PSI in samenwerking met Dassault Aviation zorgt voor de kwaliteit van bepaalde componenten van de Ariane 5 en Vega draagraketten. Met behulp van de neutronen gegenereerd bij de neutronenbron SINQ, PSI-onderzoekers screenen zogenaamde pyrotechnische componenten die in de ESA-raketten zijn geïnstalleerd. Deze componenten, die werken als smeltsnoeren en ontstekers, ervoor zorgen, onder andere, dat de booster-raketten op de juiste honderdste van een seconde worden gedropt. De lancering van de Ariane op 20 juni vond plaats met onderdelen die bij PSI waren onderzocht.

De neutronenbron van het Paul Scherrer Instituut PSI helpt bij het onderzoeken van bepaalde componenten voordat ze worden geïnstalleerd in Ariane 5 en Vega lanceerraketten. Deze ruimtelanceerinrichtingen, ontwikkeld door de Europese ruimtevaartorganisatie ESA, satellieten en andere onbemande ruimtevaartuigen in een baan om de aarde brengen. De bij PSI bestudeerde elementen zijn zogenaamde pyrotechnische componenten, die een beslissende rol spelen tijdens de raketvlucht:ze zijn gevuld met explosieven; sommige werken als een zekeringkoord, terwijl andere een reeks gewenste effecten veroorzaken. De componenten die zorgden voor een succesvolle lancering van de Ariane 5-raket op 20 juni waren maanden eerder bij PSI onderzocht.

Neutronen dienen voor kwaliteitsborging

De pyrotechnische componenten die worden gebruikt voor Ariane 5 en Vega-raketten bestaan ​​uit een metalen behuizing gevuld met een explosieve verbinding. "De pyrotechnische signaallijnen werken in een domino-effect, " legt Christian Grünzweig uit, natuurkundige in de onderzoeksgroep voor neutronenbeeldvorming en toegepaste materialen bij PSI. Eenmaal geactiveerd - of in dit geval ontstoken - blijft het signaal lopen en veroorzaakt het specifieke ontploffingen langs de lijn. "En, zoals bij dominostenen, daarna, het is voorbij:de pyrotechnische onderdelen kunnen maar één keer worden verbrand. Een proefrit vooraf om te zien of ze betrouwbaar zullen functioneren, is onmogelijk."

Röntgenbeelden zijn niet geschikt om ze te inspecteren, aangezien röntgenstralen nauwelijks door metaal dringen. "Het goede nieuws, " zegt Grünzweig, "is dat waar röntgenstralen falen, onze beeldvorming met neutronen kan vaak helpen." Neutronen - de ongeladen basisbouwstenen van atomen - dringen bijna ongehinderd door de meeste metalen, inclusief lood. "De explosieve, anderzijds, bevat waterstofatomen die de neutronenbundel aanzienlijk verzwakken en dus als een donker contrast laten verschijnen, Grünzweig vervolgt. "Kortom:Explosieven achter metaal kun je alleen met neutronen zichtbaar maken."

De neutronenbeelden worden later geëvalueerd door medewerkers van het ruimtevaartbedrijf Dassault Aviation. Zo wordt gecontroleerd of de explosieven zoals bedoeld en vrij van gebreken in de onderdelen zijn gebracht. Dit is cruciaal, omdat een defect in de distributie van explosieven het domino-effect tijdens het branden zou onderbreken - de componenten zouden dan onbruikbaar zijn. De laatste raketlancering was de eerste na de ondertekening van een officiële samenwerkingsovereenkomst tussen PSI en Dassault Aviation in april van dit jaar.

Totdat de satelliet is geplaatst

Hoewel de volgorde van pyrotechnische onderdelen op het eerste gezicht lijkt op een smeltsnoer, hun taak in de ruimtevaart is veel complexer. Terwijl de detonatiekoorden zorgen voor een eenvoudige overdracht van het signaal, er zijn een groot aantal andere pyrotechnische componenten. Sommigen vermenigvuldigen het signaal zodat een inkomend slagkoord kan worden gevolgd door maximaal negen uitgaande koorden en dus signalen. Op andere punten, ontploffingssnoeren lopen door lussen om het signaal met gepaste vertraging naar een bepaalde plaats te brengen. Daar veroorzaken ze kleine ontploffingen, waarna, bijvoorbeeld, messen snijden door de respectieve houders. Op deze manier worden de twee boosters, samen de eerste versnellingsfase uitvoeren, worden verwijderd met nauwkeurige synchronisatie. In het verdere verloop van de raketvlucht, de beschermende bekleding van de lading wordt op soortgelijke wijze losgemaakt. Eindelijk, de lading, d.w.z., de satelliet of een ander ruimtevaartuig, wordt losgemaakt van de draagraket door verdere explosies.

"Verschillende cruciale processen zoals deze worden volledig geïnitieerd door de pyrotechnische elementen, waarvan de eerste ontsteking al plaatsvindt bij het opstijgen van de raket, " legt David Mannes uit, ook een onderzoeker in de Neutron Imaging and Applied Materials-groep bij PSI.

De veelzijdige toepassingen van neutronenbeeldvorming

Neutronenbeeldvorming wordt slechts bij enkele andere onderzoeksinstituten wereldwijd uitgevoerd, en in Zwitserland is het bij PSI uniek mogelijk. De beeldvormingsmethode is hier al vele jaren ingeburgerd en toegankelijk voor gebruikers uit de industrie. De methode geeft een niet-destructief zicht op het interieur van materialen en componenten, waarmee uiteenlopende wetenschappelijke vragen kunnen worden beantwoord of problemen uit technologie en industrie kunnen worden aangepakt. Bijvoorbeeld, neutronenbeelden van een gouden buste van de Romeinse keizer Marcus Aurelius uit de tweede eeuw na Christus brachten nieuwe inzichten in de processen die werden gebruikt om het te fabriceren. Foto's gemaakt door Grünzweig en Mannes hielpen de farmaceutische industrie de processen te begrijpen die betrokken zijn bij het bewaren van voorgevulde spuiten. En de vestiging van ABB Wettingen in het kanton Aargau kreeg aanbevelingen om de productie van zijn industriële keramische componenten te verhogen dankzij PSI-neutronenbeelden.