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Stärkstes Indoor-Magnetfeld wird mit deutscher Messtechnik vermessen

| Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Japanische Forscher haben das stärkste Magnetfeld erzeugt, das jemals in einem Gebäude erzeugt wurde. Grund: Damit sollen Materialeigenschaften untersucht werden. Für die Messung ist ein synchroner Digitizer mit hoher Abtastrate notwendig. Hard- und Software kommen aus Deutschland.

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Der Puls-Magnet des Labors kann bis zu 87 Tesla generieren, ohne den zu untersuchenden Werkstoff zu zerstören. Nimmt man die Beschädigung der Probe in Kauf, kann der Puls-Magnet in einem Bereich von 100 Tesla bis zu 760 Tesla betrieben werden.
Der Puls-Magnet des Labors kann bis zu 87 Tesla generieren, ohne den zu untersuchenden Werkstoff zu zerstören. Nimmt man die Beschädigung der Probe in Kauf, kann der Puls-Magnet in einem Bereich von 100 Tesla bis zu 760 Tesla betrieben werden.
(Bild: Spectrum Instrumentation)

Das internationale Mega-Gauß-Labor, ein Teil des ISSP (Institute Solid State Physics) an der Universität in Tokyo, will einen neuen Weltrekord erzielen für das stärkste jemals innerhalb eines Gebäudes erzeugte Magnetfeld. Um das zu erreichen, müssen die Forscher am ISSP die Präzision des Zündungsprozesses an ihrem riesigen Puls-Magneten verbessern. Die dafür nötigen Messungen müssen den Bruchteil einer Milliardstel Sekunde auflösen. Gemessen wird mit einem Digitizer von Spectrum Instrumentation.

Materialien und Werkstoffe entwickeln

Die sehr starken Magnetfelder des ISSP werden benutzt, um die Eigenschaften von Materialien zu untersuchen, wenn sie sehr hohem Magnetismus ausgesetzt werden. Mit den gewonnenen Erkenntnissen lassen sich unter anderem neue Materialien und Werkstoffe entwickeln. Der Puls-Magnet des Labors kann bis zu 87 Tesla generieren, ohne den zu untersuchenden Werkstoff zu zerstören. Nimmt man die Beschädigung der Probe in Kauf, kann der Puls-Magnet in einem Bereich von 100 Tesla bis zu 760 Tesla betrieben werden – der aktuelle Weltrekord für ein künstliches Magnetfeld, das in einem Gebäude erzeugt wird!

Der Puls-Magnet, auch Mega-Gauß-Maschine genannt, muss viele Reihen von großen Kondensatoren im Abstand von jeweils weniger als 10 Nanosekunden auslösen. Um diese hohe Präzision zu erreichen, müssen die Trigger-Impulse untersucht werden. Die Charakteristika der Signale und deren zeitliche Zusammenhänge werden genauestens analysiert, um optimale Auslöse-Impulse und damit maximale Magnetfelder zu erhalten. Dies ist sehr wichtig, denn der Mega-Gauß-Magnet darf nur wenige Male pro Tag abgefeuert werden.

Form und Frequenz der Trigger-Impulse

Um die Trigger-Impulse zu erfassen und zu untersuchen, benötigte das ISSP ein in sich völlig synchrones 10-Kanal-Digitizer-System mit einer Abtastrate von mindestens einer Milliarde Samples pro Sekunde (1 GS/s). Durch diese Abtastrate kann die Form und Frequenz der Trigger-Impulse genau festgehalten werden, wobei das synchrone Sampling auf 10 Kanälen die zeitlichen Verschiebungen der Signale untereinander im Nanosekundenbereich erfassen soll.

Eine große Schwierigkeit dabei ist, dass die extrem starken Magnetfelder für die Messinstrumente und die Forscher sehr gefährlich sind. Die Messapparaturen müssen sich direkt bei der Mega-Gauß-Maschine befinden und werden deswegen aufwendig abgeschirmt. Die Forscher-Crew bringt sich im Kontrollraum in Sicherheit, daher muss das Digitizer-System auch vollständig fernsteuerbar sein.

Die Wahl der Forscher fiel auf die DN6.221-12 digitizerNETBOX von Spectrum Instrumentation. Das Stand-Alone-Gerät löste in Japan alle Probleme: 12 komplett synchrone Kanäle, jeder mit 1,25 GS/s und damit 800 Pikosekunden zeitlicher Auflösung. Die LXI-kompatible digitizerNETBOX ist über eine Ethernet-Netzwerkverbindung komplett aus der Ferne steuerbar und liefert ihre Messdaten zu jedem gewünschten Computer im Netzwerk des Labors.

Die Messsoftware

Messungen auf mehreren Kanälen sind mit der Messlösung schnell möglich, denn der Bediener wählt Parameter wie die Anzahl der Kanäle, Abtastrate, Auflösung oder die Art, wie gespeichert wird, aus. Die beiliegende Software SBench6-Pro erlaubt ein schnelles Setup und einen zügigen Start der Messungen. Die bei Spectrum entwickelte Software bietet eine grafische Oberfläche mit Waveform-Display für alle 12 Kanäle gleichzeitig, sowie Daten-Analyse und Dokumentation. Die aufbereiteten Messdaten können gespeichert oder zu anderen Geräten oder Software-Paketen in vielen Formaten wie MATLAB, ASCII, Binär und Wave exportiert werden.

Mit Hilfe der Spectrum digitizerNETBOX können die Forscher der Universität Tokyo die Mega-Gauß-Maschine weiter optimieren. Ein weiterer Weltrekordversuch, um ein noch höheres Magnetfeld zu erzeugen, ist für Ende 2017 geplant.

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