Raketer från European Space Agency (ESA) flyger ut i rymden med stöd från Paul Scherrer Institute (PSI). Avbildning utförd på PSI i samarbete med Dassault Aviation säkerställer kvaliteten på vissa komponenter i Ariane 5 och Vega bärraketer. Med hjälp av neutronerna som genereras vid neutronkällan SINQ, PSI-forskare undersöker så kallade pyrotekniska komponenter som är installerade i ESA-raketerna. Dessa komponenter, som fungerar som säkringssladdar och tändare, säkerställa, bland annat, att boosterraketerna släpps i rätt hundradels sekund. Ariane-lanseringen den 20 juni ägde rum med komponenter som hade undersökts av PSI.

Neutronkällan från Paul Scherrer Institute PSI hjälper till att undersöka vissa komponenter innan de installeras i Ariane 5 och Vega raketer. Dessa rymdkastare, utvecklad av Europeiska rymdorganisationen ESA, transportera satelliter och andra obemannade rymdfarkoster i omloppsbana. De element som studeras vid PSI är så kallade pyrotekniska komponenter, som spelar en avgörande roll under raketflygningen:De är fyllda med sprängämnen; några av dem fungerar som en säkringssladd, medan andra utlöser en rad önskade effekter. Komponenterna som säkerställde en framgångsrik uppskjutning av Ariane 5-raketen den 20 juni hade undersökts vid PSI månader tidigare.

Neutroner tjänar kvalitetssäkring

De pyrotekniska komponenterna som används för Ariane 5 och Vega raketer består av ett metallhölje fyllt med en explosiv förening. "De pyrotekniska signallinjerna verkar i en dominoeffekt, " förklarar Christian Grünzweig, fysiker i forskningsgruppen för neutronavbildning och tillämpade material vid PSI. När den väl har aktiverats – eller i det här fallet antänds – fortsätter signalen att köra och utlöser specifika detonationer längs linjen. "Och, som med dominobrickor, efter det, det är över:De pyrotekniska komponenterna kan bara brännas en gång. En testkörning i förväg för att se om de kommer att fungera tillförlitligt är omöjligt."

Röntgenbilder är inte lämpliga för att inspektera dem, eftersom röntgenstrålar knappast tränger igenom metall. "De goda nyheterna, säger Grünzweig, "är det där röntgenstrålar misslyckas, vår avbildning med neutroner kan ofta hjälpa." Neutroner - atomernas oladdade grundläggande byggstenar - penetrerar de flesta metaller nästan obehindrat, inklusive bly. "Det explosiva, å andra sidan, innehåller väteatomer som avsevärt dämpar neutronstrålen och därmed får den att visa sig som en mörk kontrast, Grünzweig fortsätter. "Kort sagt:Sprängämnen bakom metall kan bara göras synliga med neutroner."

Neutronbilderna utvärderas senare av anställda på flygföretaget Dassault Aviation. På så sätt kontrolleras om sprängämnena fördes in i komponenterna som avsett och fria från defekter. Detta är avgörande, eftersom en defekt i sprängämnesfördelningen skulle avbryta dominoeffekten under förbränning — komponenterna skulle då vara oanvändbara. Den senaste raketuppskjutningen var den första efter undertecknandet av ett officiellt samarbetsavtal mellan PSI och Dassault Aviation i april i år.

Tills satelliten är placerad

Även om sekvensen av pyrotekniska komponenter vid första anblicken liknar en säkringssladd, deras uppgift i rymdresor är mycket mer komplex. Medan detonationssnöret säkerställer enkel överföring av signalen, det finns en mängd andra pyrotekniska komponenter. Vissa multiplicerar signalen så att en inkommande detonationssnöre kan följas av upp till nio utgående sladdar och därmed signaler. På andra punkter, detonationssnören löper genom slingor för att föra signalen till en viss plats med en lämplig fördröjning. Där utlöser de små detonationer varpå, till exempel, knivarna skär genom respektive hållare. På detta sätt de två boosters, utför det första accelerationssteget tillsammans, släpps med exakt synkronisering. I det fortsatta förloppet av raketflygningen, nyttolastens skyddsbeklädnad lösgörs på liknande sätt. Till sist, nyttolasten, dvs. satelliten eller andra rymdfarkoster, lösgörs från bärraketen genom ytterligare explosioner.

"Flera avgörande processer som dessa initieras helt av de pyrotekniska elementen, vars första antändning redan sker med raketstarten, " förklarar David Mannes, även forskare i Neutron Imaging and Applied Materials-gruppen vid PSI.

Den mångsidiga användningen av neutronavbildning

Neutronavbildning utförs vid endast ett fåtal andra forskningsinstitut över hela världen, och i Schweiz är det unikt möjligt på PSI. Bildmetoden har varit etablerad här i många år och är tillgänglig för användare från industrin. Metoden ger en oförstörande inblick i det inre av material och komponenter, som gör att en mängd olika vetenskapliga frågor kan besvaras eller problem från teknik och industri kan lösas. Till exempel, neutronbilder av en guldbyst av den romerske kejsaren Marcus Aurelius från det andra århundradet e.Kr. gav nya insikter om de processer som användes för att tillverka den. Bilder tagna av Grünzweig och Mannes hjälpte läkemedelsindustrin att förstå de processer som är involverade i förvaring av förfyllda sprutor. Och ABB Wettingen-anläggningen i kantonen Aargau fick rekommendationer för att öka produktionen av dess industriella keramiska komponenter tack vare PSI-neutronbilder.