o_190b92ptg1anf1eaka0f1i7s1foba.pdf

1
Treiber der Luftfahrt
Drivers of aviation
Strahlungsabschirmung im
Luftverkehr: Nanomaterialien
und Synergieeffekte für
Wasserstoff-Flugzeuge
Radiation shielding in
air traffic: Nanomaterials
and synergy effects from
cryoplane technology
Seit 2011 stellt das Bauhaus Luftfahrt gegenwärtige Trends im
Flugverkehr, wie die zunehmende Nutzung von Polarrouten und
größere Flughöhen, der damit einhergehenden kosmischen Strahlenbelastung
gegenüber und forscht an Möglichkeiten zur Abschirmung
von Flugpersonal, Passagieren und Bordelektronik. Im Jahr
2013 befassten sich die Wissenschaftler speziell mit der Entwicklung
von Strahlenschutzkonzepten gegen kosmische Neutronen,
von denen die größte Gesundheitsbedrohung und Anfälligkeit für
Avionikausfälle ausgeht.
Zur Abschirmung gegen Neutronen kommen leichte Verbundwerkstoffe
auf Polymer-Basis in Frage, die Teilcheneinschlüsse mit
absorbierenden Eigenschaften aufweisen, üblicherweise mit Größen
im Mikrometer-Bereich. Das Bauhaus Luftfahrt hat jedoch gezeigt,
dass, in Relation zur Materialdichte, eine optimale Abschirmung
erst dann auftritt, sobald die Größe dieser Einschlüsse in den
Nanometerbereich fällt. Solche Nanoverbundwerkstoffe könnten
zum Beispiel als millimeterdicke Schichten oder Schäume auf die
Kabinendecke aufgetragen werden.
Darüber hinaus konnte das Bauhaus Luftfahrt zeigen, dass
flüs siger Wasserstoff als alternativer Langzeitkraftstoff den weiteren
Vorteil aufweist, durch seine Tieftemperaturtanks hindurchtretende
hochenergetische Neutronen stark abzubremsen, bevor sie ins Kabineninnere
gelangen. Die daraus resultierende Reduktion ihrer gesundheitsschädlichen
Wirkung, optimierbar durch den zusätzlichen
Einsatz von Nanomaterialien, ergäbe ein signifikantes Potenzial für
gleichzeitig strahlungsarmes und nachhaltiges Fliegen.
Since 2011, Bauhaus Luftfahrt confronts ongoing trends in air traffic,
such as growing polar route frequencies and flight altitudes
with risks arising from cosmic radiation, and searches for radiation
shielding solutions for air crew, passengers and avionics. In 2013,
the focus was placed on the development of radiation protection
concepts against cosmic neutrons, from which the dominant hazard
to humans and risk of avionic failures arises.
Candidate materials for lightweight neutron protection include
composite materials with a polymeric phase featuring neutron-absorbing
particle inclusions, traditionally of micrometre size.
Bauhaus Luftfahrt has, however, shown that optimised shielding at
minimal weight penalty emerges as soon as the size of the inclusions
reduces to the nanometre range. Such nanocomposites could
be applied as millimetre-thin films, foams or pastes to the ceiling of
an aircraft’s cabin interior.
Moreover, Bauhaus Luftfahrt could demonstrate that liquid
hydrogen as a long-term fuel alternative exhibits the co-benefit of
effectively slowing down highly energetic neutrons when they pass
through the cryogenic fuel tanks before entering the cabin interior.
The associated reduction of their harmful effect, optimised by the
combined use of nanomaterials, would result in a significant potential
for sustainable air traffic growth at low radiation levels.
26
Bauhaus Luftfahrt Neue Wege.