Flüssigkeiten, die elektrischen Strom leiten, begegnen uns häufig: angefangen vom schwach leitenden Ozeanwasser über das flüssige Erdinnere bis hin zu flüssigem Silizium in der Kristallzüchtung. Magnetfelder können die Strömung solch leitfähiger Flüssigkeiten beeinflussen, aber auch der umgekehrte Prozess ist möglich, denn jede Strömung verändert Magnetfelder in charakteristischer Weise. Diese Verzerrung kann mittlerweile außerhalb der Flüssigkeit gemessen werden. Physiker haben nun erstmalig einen Tomographen entwickelt, der aus externen Magnetfeldsignalen die Strömung der Flüssigkeit errechnen und sichtbar machen kann.
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Mit einem Kick-off-Meeting startet am 1. Februar 2007 das EU-Projekt „Magnetic flow tomography in technology, geophysics, and ocean flow research“ (MAGFLO-TOM) unter Rossendorfer Leitung, an dem Partner aus vier europäischen Ländern beteiligt sind. Sie alle interessieren sich dafür, wie Strömungen, die einem Magnetfeld ausgesetzt sind, durch ihre besondere Strömungsform wiederum auf das Magnetfeld zurück wirken. Das eigentliche Ziel dabei ist es, durch Magnetfeldmessungen außerhalb der Schmelze die Strömung in der Flüssigkeit zu bestimmen.
Dass die Strömung leitfähiger Flüssigkeiten ein vorhandenes Magnetfeld verzerrt, ist seit langem bekannt. Dank der im Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (FZD) entwickelten Technik CIFT (Contactless Inductive Flow Tomography – kontaktlose induktive Strömungstomographie) konnten Forscher um Gunter Gerbeth vor kurzem erstmalig demonstrieren, dass die mit diesem Tomographen aufgezeichneten Magnetfelder quantitative Rückschlüsse auf die zugrunde liegenden Strömungen zulassen. Dabei ist der Ansatz, das Magnetfeld als verzerrtes Spiegelbild der Strömung quasi wie eine Antenne zu nutzen, innovativ und stellt beträchtliche Herausforderungen an die Forscher.
In dem neuen EU-Projekt sind industrienahe Fragestellungen ebenso vertreten wie die Geo- und Astrophysik. Eine britische Forschergruppe von der Universität Manchester beschäftigt sich etwa damit, wie beim Gießen von Stahl Verklumpungen vermieden werden können. Das Anliegen ist zunächst, die genauen Bewegungen und Strömungen in der Schmelze beobachten und besser verstehen zu können, um damit die Prozesse im Stahlguss zu optimieren.
Einen konkreten Einsatz findet die neue Forschungsrichtung auch in der Kristallzüchtung. So wird das Forschungszentrum Dresden-Rossendorf gemeinsam mit der Siltronic AG die CIFT-Technik auf Silizium-schmelzen anwenden, um durch Kenntnis der Strömungen den Prozess des Kristallwachstums zu optimieren.
Meeresströmungen verzerren Erdmagnetfeld
Die Strömungen der Ozeane bewirken eine sehr schwache Verzerrung des Erdmagnetfeldes, die aus Satellitenmessungen aber zunehmend genauer aufgelöst werden kann. Forscher vom GeoForschungsZentrum in Potsdam wollen aus diesen Daten auf die Strömungen in den Ozeanen schließen. Eine besondere Herausforderung wird hier die Umsetzung der Strömungsrekonstruktion vom Labor- in den realen Maßstab von Ozeanströmungen sein.
Und schließlich sind Physiker aus Riga, Zürich und Dresden an der Erforschung des Magnetfeldes der Erde und an den unregelmäßig in der Erdgeschichte auftretenden Umpolungen interessiert. Es gilt, den flüssigen Erdkern, dessen Strömungen und Verwirbelungen für die Entstehung des Erdmagnetfeldes verantwortlich sind, genauer zu erforschen, um beispielsweise die Umpolung von magnetischem Nord- und Südpol eines Tages erklären zu können.
(idw – Forschungszentrum Dresden-Rossendorf, 31.01.2007 – DLO)
