Mit dem SnowBreeder können wir im Computertomographen die Temperaturschwankungen einer Schneedecke simulieren. Und währenddessen die Veränderungen der Schneestruktur scannen.
Die SnowBreeder (Abb. 1) sind Spezialinstrumente, die wir für den Einsatz im micro-Computertomographen (CT) entwickelt haben. Mit ihnen lässt sich sozusagen das variable Winterwetter in den CT holen. Die knapp ein Deziliter grosse Schneeprobe wird unterschiedlichen Temperaturen und Temperaturgradienten ausgesetzt – wie in der natürlichen Schneedecke auch. Der Clou ist, dass wir die Struktur gleichzeitig im CT messen. Ohne die Probe zu stören, können wir so das Wachsen und Auflösen jedes Schneekristalls beobachten. In vielen Experimenten verfolgen wir die Schneemetamorphose und die Schneemechanik und können genau ausmessen, wie die Kristalle wachsen oder deformiert werden.
Die SnowBreeder sind eine ganze Familie von Instrumenten, die unterschiedliche Messungen erlauben. Je nach Konstruktion können
- Temperaturgradient und Wärmeleitfähigkeit,
- Unterschiedliche Richtungen des Temperaturgradienten,
- Temperaturgradient und Advektion von unterschiedlich gesättigter Luft,
- Setzung und Temperaturgradient
gemessen werden. Details sind in den jeweiligen Publikationen beschrieben.
Konstruktion SnowBreeder
Durch die eingeschränkten Platzverhältnisse im CT ist eine sehr kompakte Bauweise des SnowBreeders erforderlich. Gleichzeitig sind die technischen Anforderungen an das Instrument sehr hoch. Hier einige Probleme, die uns bei der Konstruktion des SnowBreeders beschäftigt haben:
- Im Scanbereich können nur Materialien eingesetzt werden, die einen kleinen Röntgenadsorptionskoeffizienten besitzen (ansonsten ist der Schnee nicht mehr sichtbar)
- Die Abwärme der Kühlelemente (Peltierelemente) muss nach aussen abgeführt werden.
- Die korrekte Lage der Drehachse muss gewährleistet sein.
- Wie können wir die Sensoren (Schleifringe) verdrahten, ohne dass sie sich beim Rotieren der Probe aufwickeln und ohne dass die Kabel in der Kälte brechen?
Kontakt ¶
Metamorphose ¶
Das folgende Video besteht aus Einzelbildern einer Messreihe, die im SnowBreeder durchgeführt wurde. Die Zeitraffer-Aufnahme zeigt die Entstehung von Tiefenreif durch Temperaturgradient Metamorphose.