Wissenschaft der Magnetfeldabschirmung
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Die Fachzeitschrift für Nickel und seine Anwendungen |
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RASTERELEKTRONENMIKROSKOPE wie dieses sind mit einer zweiten Nickellegierungsschicht hoher Permeabilität
ausgestattet, um Magnetfelder zu absorbieren. |
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Nickellegierung schirmt Elektronenmikroskope vor magnetischen Störungen
Von Carroll McCormick
Nickel Magazine, November 2005 -- Elektronenmikroskope werden in vielen naturwissenschaftlichen Labors, aber auch in Halbleiterfabriken (insbesondere zur Untersuchung von Kristallstrukturen) verwendet. Sie sind hoch empfindlich. Schon ein Transformator in der Nähe oder ein U-Bahn-Waggon – eine magnetische Quelle – kann diese Empfindlichkeit stören. Das Problem lässt sich durch den Bau von Nickel enthaltenden Abschirmungen lösen, mit welchen die Magnetfelder, die Mikroskope umgeben, absorbiert werden.
Die in New Hampshire (USA) ansässige Firma MuShield konstruiert und baut Abschirmungen aus der hoch permeablen Legierung MuMetal, die 77 % Nickel enthält, um Mikroskope vor magnetischen Störungen zu schützen. MuMetal bildet einen „Weg des geringsten Widerstands" für das magnetische Feld und absorbiert es.
Zu den Kunden von MuShield zählt die Firma Japan Electro Optics Ltd., die Elektronenmikroskope herstellt. Der Umfang des erforderlichen Schutzes hängt vom Standort des Mikroskops und vom Ausmaß der Störung, der es ausgesetzt ist, ab. „Elektronenmikroskope werden zwar schon mit eingebauten Abschirmungen geliefert, manchmal sind aber zusätzliche notwendig", meint David Grilli, Leitender Ingenieur bei MuShield.
Die Fähigkeit eines Metalls, magnetische Störungen zu absorbieren, wird als „Permeabilität" bezeichnet. Die Permeabilität hängt von der Verarbeitungsweise des Metalls ab. MuMetal wird so verarbeitet, dass es ein Netto-Magnetfeld aufweist.
„Die Permeabilität eines Materials beruht auf dem Netto-Elektronenspin", erklärt Grilli. „Bei den meisten Materialien eliminieren sich die Netto-Spins gegenseitig, während bei [MuMetal] der Netto-Elektronenspin in einer Richtung größer als in der anderen ist. Nickel ist eines der Metalle, die magnetisch sind. Einige Metalle weisen in einer bestimmten Richtung einen höheren Grad an Permeabilität auf. MuMetal wird so verarbeitet, dass der Verlauf des magnetischen Felds keine Rolle spielt."
Wenn die Störung zu groß ist, kann eine MuMetal-Abschirmung gesättigt werden und aufhören zu funktionieren. Für die meisten Anwendungen ist es aber das optimale Material zum Umleiten und Absorbieren des magnetischen Flusses. Die Legierung ist in Form von Blechen, Folien, Rundstäben, Platten, Schmiedeteilen und Rohren in verschiedenen Dicken, Durchmessern, Längen und Breiten verfügbar – ideal für MuShield, das Abschirmungen in komplexen Formen konstruieren und herstellen muss, um die Anforderungen der verschiedenen Kunden zu erfüllen. In jedem Anwendungsfall passt die Abschirmung wie ein zweites Gehäuse auf das Mikroskop.
Kugelförmige Formen sind nach Aussagen von MuMetal zwar ideal, aber selten praktisch. Die nächsteffizienteste Form ist ein Zylinder mit einem Länge-zu-Durchmesser-Verhältnis von 4:1. Gerundete Oberflächen, einschließlich Ecken mit großen Radien, eignen sich am besten für die magnetische Absorption. Die am wenigsten effiziente Form ist eine große ebene Fläche, und zwar je mehr sie sich einem rechten Winkel zum magnetischen Feldvektor annähert.
Der internationale Markt für magnetische Abschirmungen hat einen Wert von 50 - 100 Millionen US $ pro Jahr, meint Grilli, und schließt Anwendungen wie Kreiselgehäuse aus Glasfaser und medizinische Geräte, Verstärkerröhren für Fernsehkameras sowie einige Computerprodukte ein. Mit den Abschirmungen wird außerdem die Strahlung von Feldern von elektrischen Geräten ferngehalten.
Carroll McCormick ist ein in Montreal ansässiger freier Mitarbeiter.
FOTOS: JEOL U.S.A.
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The MuShield Company |
