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Intrakristalline Strainmessung mittels Neutronenbeugung (stress-strain-Diffraktometer Epsilon)

 

Die Arbeitsgruppe Petrophysik am KIT betreibt am Impulsreaktors IBR-2M des Vereinigten Instituts für Kernforschung (VIK) Dubna (Russische Föderation) einen Messplatz zur Messung von intrakristallinen Verspannungen mit Neutronen-Beugung. Das Strain-Diffraktometer Epsilon-MDS nutzt eine Neutronen-Flugzeitmethode und erlaubt Untersuchungen bei verschiedenen Probenumgebungen.

Ziel der Arbeiten ist ein besseres Verständnis von Deformationsprozessen, wie sie in Gesteinen (Multiphasen-Composits) unter den dynamischen Bedingungen der obersten Bereiche der Erdkruste (bis etwa 10 km) ablaufen. Schwerpunkte liegen dabei vor allem auf in situ - Beobachtungen der Änderungen von Makro- und Mikrospannungen in Gesteinen während des Auf- bzw. Abbaus von Belastungen, der Bewertung der Rolle von Restspannungen, der Erfassung der Auswirkungen von Anisotropien (Strukturen, Texturen) bzw. deren Entwicklung in Abhängigkeit von Strain-Stress-Bedingungen. Dabei verdienen speziell für die Betrachtung von Gesteinskörpern, Spannungsverteilungen als Ursache für die Entstehung von Texturen, die Auswirkungen mehrfacher, zeitlich sich überlagernder Belastungen und die Problematik von Spannungsüberlagerungen besondere Beachtung.

Der Zielstellung entsprechend wurde der Versuchsaufbau Epsilon-MDS durch eine eigens entwickelte Deformationsapparatur (Exstress) ergänzt. Die Kombination Epsilon/Exstress erlaubt die Untersuchung von Gesteinen unter stufenloser Belastung (im Bereich der durchschnittlichen Bruchfestigkeit von Gesteinen) und Entlastung. Zunächst wurden monomineralische, schwach texturierte Gesteine (Sandstein, Dolomit, Dunit/Quarzit) getestet und Experimente zur Erfassung von Restspannungen durchgeführt. Mit Strainmessungen entlang von Profilen über Gesteinsgrenzen erstreckten sich die Experimente in einer nächsten Stufe bereits auf mehrphasige Gesteinssysteme.
 

Die Untersuchungen finden auf der Basis der „Vereinbarung zwischen dem Bundesministerium für Bildung und Forschung der Bundesrepublik Deutschland (BMBF) und dem Vereinigten Institut für Kernforschung (VIK) in Dubna, Russische Föderation, über Zusammenarbeit sowie Nutzung von Anlagen und Diensten des VIK" und des dazu abgeschlossenen Vertrages zwischen dem Frank-Laboratorium für Neutronenphysik und dem Karlsruhe Institut für Technologie (KIT) statt.