DE102010026585A1

DE102010026585A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Nachweis von atmosphärischer Frischluft

Info

Publication number: DE102010026585A1
Application number: DE102010026585A
Authority: DE
Inventors: Eugen Mihailescu; Silvan Mihailescu
Original assignee: Mihailescu Silvan Dr
Current assignee: Mihailescu Silvan Dr
Priority date: 2009-07-16
Filing date: 2010-07-08
Publication date: 2011-02-03
Anticipated expiration: 2030-07-09
Also published as: DE102010026585B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Nachweis von atmosphärischer Frischluft, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Nachweis von atmosphärischer Frischluft mittels der Erfassung und Auswertung eines Lumineszenzsignals im UV-VIS Bereich innerhalb eines lichtundurchlässigen Messraums (2) erfolgt. Zudem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung (1) zum Nachweis von atmosphärischer Frischluft gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren, die im Wesentlichen aus einem lichtundurchlässigen Gehäuse besteht, welches einen Messraum (2) bildet, in dem sich ein gasförmiges Medium befindet bzw. in dem ein gasförmiges Medium eingeleitet bzw. durchgeleitet werden kann und dass ferner außerhalb oder innerhalb des Messraums (2) zumindest ein Lumineszenzdetektor (3) angeordnet ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Nachweis von atmosphärischer Frischluft. Unter atmosphärischer Frischluft ist im Folgenden ein Gemisch verschiedener permanenter Gase zu verstehen, unter denen Stickstoff (N₂; Volumen-% 78,3; Gewichts-% 75,47), Sauerstoff (O₂; 20,99%; 23,2%), Argon (Ar; 0,933%; 1,286%) und Kohlendioxid (CO₂; 0,03%; 0,046%) überwiegen.
Stand der Technik
Es ist bekannt, dass atmosphärische Frischluft mittels verschiedener Methoden messtechnisch analysiert und detektiert werden kann. Als Analysevorrichtungen kommen beispielsweise Massenspektrometer, Partikelspektrometer, Absorbationsspektrometer oder Gaschroatographen zum Einsatz. Diese Messgeräte ermöglichen eine chemische Analyse der Luftzusammensetzung, so dass die in der Luftprobe enthaltenen gasförmigen chemischen Elemente, Aerosole, Spurengase, Kleinionen und Wasserdampfanteile quantitativ bestimmt werden können.
Für gewisse Applikationen, wie z. B. bei der Lecksuche, oder bei Warnvorrichtungen gegenüber eindringender atmosphärischer Frischluft in einer Anlage oder in einem System ist es erforderlich, auch eine Aussage über die Herkunft bzw. über den Ursprung der analysierten Luftprobe zu machen. Bei gewissen Prozessen muss unterschieden werden, ob Raumluft oder atmosphärische Frischluft in einem System eindringt bzw. darin auftritt oder vorhanden ist. Bei Methoden, bei denen die Undichtigkeitsbestimmung an Hand von Sekundäreffekten erfolgt, lässt sich zwar das Vorhandensein von Undichtigkeiten bestimmen, Leckagen können aber nicht lokalisiert werden.
Die Lokalisierung einer Leckage kann mit Hilfe eines Wärmeleitungsvakuummeters erfolgen. Ein Wärmeleitungsvakuummeter nutzt als Messprinzip die Druckabhängigkeit der Wärmeleitfähigkeit von Gasen. Wird die Leckstelle mit einem Gas abgesprüht, welches einen anderen Wärmeleitungskoeffizienten als Luft hat, so lässt sich diese mit einem entsprechenden Vakuummeter detektieren. Ein Nachteil dieser Methode ist die relative Unempfindlichkeit, so dass nur große Leckagen gefunden werden können. Außerdem machen sich bei diesem Verfahren Umwelt- und Systemparameter negativ auf die Genauigkeit bemerkbar.
Bei der Lokalisierung von Undichtigkeiten mit Ultraschall macht man sich den Umstand zu nutze, dass die in ein Leck einströmende atmosphärische Luft Schallwellen im Bereich von Ultraschall erzeugt. Diese akustischen Wellen können mit Hilfe eines Schallsensors detektiert werden. Schwierig wird die Anwendung dieser Methode bei einem hohen Schalluntergrund. Ebenso hat das Ultraschallverfahren den Nachteil einer sehr geringen Nachweisgrenze.
Die Tracergas-Leckortung mit Helium ermöglicht eine Lecksuche ohne Unterbrechung oder Beeinträchtigung des Versorgungsbetriebs. Diese Art der Helium-Lecksuche ist für alle wasserführenden Leitungen und Systeme wie z. B. Fernwärme-, Kälte-, Kühlwasser- und Trinkwassernetze einsetzbar. Helium ist ein inertes Edelgas, dessen Verwendung keine negativen Einflüsse auf die Umwelt hat. Als weitere Vorteile von Helium als Tracergas sind zu erwähnen, dass es nicht brennbar ist und in der atmosphärischen Luft nur einen Anteil hat von 5 ppm. Der Hauptnachteil der Ermittlung des Luftwechsels über Tracergas-Messungen besteht allerdings darin, dass die Messergebnisse sehr stark von sich verändernden und nicht vorausberechenbaren Randbedingungen abhängen, wie u. a. der Windgeschwindigkeit und -richtung, den Innenraum- und Umgebungstemperaturen – und auch den Temperaturen in benachbarten Räumen.
Darstellung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die eine Differenzierung zwischen atmosphärischer Frischluft einerseits und Raumluft, oder einem anderen gasförmigen Medien (z. B. O₂, N₂, etc.) anderseits ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 2 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Vorrichtung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
Gemäß Anspruch 1 ist ein Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, dass der Nachweis von atmosphärischer Frischluft mittels der Erfassung und Auswertung eines Lumineszenzsignals im UV-VIS Bereich innerhalb eines lichtundurchlässigen Messraums erfolgt.
Die im Anspruch 2 dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung besteht im Wesentlichen aus einem lichtundurchlässigen Gehäuse, welches einen Messraum bildet, in dem sich ein gasförmiges Medium befindet bzw. in dem ein gasförmiges Medium eingeleitet bzw. durchgeleitet werden kann.
Der Messraum der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorzugsweise aus Metall- oder einer Metallverbindung gefertigt, z. B. aus Edelstahl oder Aluminium, oder aus einem technischen Silikat, z. B. aus Glas. Der Messraum kann quaderförmig (kubisch), hohlkugelförmig oder reflektorartig ausgestaltet sein, aber auch jedwede andere denkbare Form annehmen.
Außerhalb oder innerhalb des Messraums der Vorrichtung ist ferner zumindest ein Lumineszenzdetektor angeordnet. Als Lumineszenzdetektoren können Sekundärelektronen-Vervielfacher (SEV) bzw. Photomultiplier Tube (PMT) oder Digitalkameras, z. B. CCD-, Thermoelectric Cooled CCD-, EBCCD-, EMCCD-, ICCD-Camera, eingesetzt werden. Darüber hinaus kann der Lumineszenzdetektor auch als großflächiges Detektor-Array ausgestaltet sein. Detektorseitig ist jedoch darauf zu achten, dass eine möglichst große Detektoroberfläche zur Verfügung steht.
Der Messraum kann in einer weiteren Ausführung auch derart ausgestaltet sein, dass ein Leitungssystem oder zumindest ein oder mehrere Abschnitte eines Leitungssystems selbst, bspw. eine Rohrleitung, den Messraum bilden. Hierbei sind grundsätzlich zwei Ausführungsformen denkbar. In einer ersten Ausführung sind in der Leitung, die insgesamt ein lichtundurchlässiges Gehäuse umfasst, Lumineszenzdetektoren beabstandet voneinander angeordnet. In einer zweiten Ausführung sind in dem Leitungssystem zahlreiche nebeneinander liegende oder beabstandete lichtundurchlässige Messraumabschnitte vorgesehen, in dem ein oder auch mehrere Lumineszenzdetektoren angeordnet sind. Letztlich ist es aber auch möglich, in dem Leitungssystem zahlreiche kompakte erfindungsgemäße Vorrichtungen beabstandet voneinander anzuordnen. Aufgrund der Möglichkeit, die erfindungsgemäße Vorrichtung sehr kompakt auszugestalten, dürfte sich diese Ausführung in der Praxis wohl als am einfachsten zu realisierende und kostengünstigste, insbesondere bei einer Nachrüstung vorhandener Systeme, durchsetzen.
Bei der Zufuhr von atmosphärischer Frischluft zum Messraum der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein Lumineszenzphänomen innerhalb des Messraums nachweisbar, das technisch genutzt werden kann. Dieses Lumineszenzphänomen ist dann am intensivsten, wenn reine atmosphärische Frischluft in den Messraum eingeleitet wird. Bei Zufuhr von Raumluft, ohne Frischluftanteile, ist die Intensität des Lumineszenzsignals deutlich geringer oder fehlt vollständig. Bei Zufuhr von gasförmigen Elementen (z. B. O₂ oder N₂) zum Messraum ist das Lumineszenzsignal überhaupt nicht nachweisbar.
Das im Messraum der erfindungsgemäßen Vorrichtung auftretende Lumineszenzphänomen tritt gesetzmäßig auf. Aufgrund der bisher gewonnenen Erkenntnisse ist die Intensität dieses Lumineszenzphänomens primär von der Konzentration der atmosphärischen Frischluft am gasförmigen Medium, das in dem Messraum eingeleitet wird bzw. darin vorhanden ist, abhängig.
Das Lumineszenzphänomen, das durch die atmosphärische Frischluft bewirkt wird, wurde anfänglich an Funktionsmodellen registriert, deren Messraumwände aus Edelstahl ausgestaltet waren. In einem weiteren Entwicklungsschritt wurde der Messraum aus Edelstahl mit einem geometrisch vergleichbaren Messraum aus Glas ersetzt. In einem solchen Messraum aus Glas war bei Zufuhr von atmosphärischer Frischluft das gemessene Lumineszenzsignal signifikant intensiver. Es drängte sich der Schluss auf, dass das Lumineszenzphänomen auch vom Material des Messraums bzw. vom Material der Messraumwände abhängig ist.
Wurde im Zuge eines weiteren Entwicklungsschritts in einem Messraum aus Edelstahl eine Festkörperprobe aus Glas, aus gesteinsbildenden Mineralien (z. B. Quarz, Feldspat), aus Tiefengestein (z. B. Granit, Granodiorit), aus Ergussgestein (z. B. Dolerit, Rhyolith), aus Metamorphiten (z. B. Gneis, Quarzit), oder aus Holz (z. B. Kernholz, Sperrholz oder Kork) eingesetzt, so wurde bei Zufuhr von atmosphärischer Frischluft zum Messraum ein intensiveres Lumineszenzsignal registriert als im leeren Messraum. Der Schluss lag nahe, dass die oben genannten Festkörperproben zusätzlich zum Material der Messraumwände wirkten und das Lumineszenzphänomen verstärken.
Ein ursächlich vergleichbares Lumineszenzphänomen tritt stets dann auf, wenn zwar keine atmosphärische Frischluft dem Messraum zugeführt wird, jedoch stattdessen ausgewählte Festkörperproben für einen Zeitraum in der Erdatmosphäre bzw. in der atmosphärischen Frischluft gelagert und anschließend in den Messraum der Erfindung temporär eingesetzt werden. Wird beispielsweise eine Festkörperprobe aus den o. g. Materialien in der Erdatmosphäre für bspw. 3:00 h gelagert und nach deren Reinigung in den Messraum eingesetzt, in dem sich Raumluft ohne Anteile an atmosphärischer Frischluft befindet, so tritt ebenfalls ein Lumineszenzphänomen auf. In diesem Fall besitzt das Lumineszenzphänomen einen charakteristischen Emissionsverlauf mit einer Lebensdauer von Stunden bis Tage. Wird hingegen eine Festkörperprobe für bspw. 3:00 h in einem gasförmigen O₂- oder N₂-Medium ohne Anteile an atmosphärischer Frischluft eingesetzt und unmittelbar danach im Messraum eingeführt, so tritt das Lumineszenzphänomen nicht auf.
Nun ist es bekannt, dass insbesondere die Mineralen Quarz und Feldspäten die Fähigkeit besitzen, Energie, die durch ionisierende Strahlung appliziert wird, zu speichern. Diese Strahlung wird verursacht durch den Zerfall natürlich vorkommender Radioisotope der Elemente Uran, Kalium und Thorium sowie durch die kosmische Strahlung. Bei dem Phänomen der Thermolumineszenz bei den Mineralien wie Quarz und Feldspat werden die im Kristallgitter in den sog. ”traps” vorhandenen Ladungsträger, die aus ionisierender Strahlung stammen, thermisch freigesetzt. Es entsteht dabei ein einmaliges und kurzzeitiges (binnen Sekunden abklingendes) Lumineszenzphänomen. Die Ladungsträger in den ”traps” des Kristallgitters werden allerdings durch das Tageslicht (UV-Strahlung) entleert, daher erfolgt die Probeentnahme zur Thermolumineszenz-Datierung grundsätzlich in abgedunkelten Verhältnissen oder bei Nacht. Dagegen befinden sich die bei dem vorliegenden Verfahren verwendeten Proben aus Quarz, Granit, Granodiorit, Gneis, etc. seit Jahren im Einsatz bei Tageslicht. Unter diesen Umständen sollte zu erwarten sein, dass die Ladungsträger aus den Kristallgittern restlos geleert bzw. die benutzten Proben optisch gebleicht sind. Dennoch zeigen die Proben das beschriebene Lumineszenzphänomen. Eine schrittweise Reduzierung des Lumineszenzsignals, was auf eine optische Gleichung hindeuten würde, ist nicht zu registrieren.
Aufgrund der experimentellen Befunde, gewonnen an verschiedener Funktionsmodellen, drängt sich der Schluss auf, dass das Lumineszenzphänomen im Messraum der erfindungsgemäßen Vorrichtung außer von der Konzentration der atmosphärischer Frischluft am zugeführten gasförmigen Medium, auch vom Material der Messraumwände und vom Material der im Messraum evtl. vorhandenen Festkörperproben abhängig ist.
Durch mehrjährige Erfahrung mit Funktionsmodellen erhärtet sich zudem die Wahrscheinlichkeit, dass das detektierbare Lumineszenzphänomen im Messraum von einer besonderen energetischen Eigenschaft der Erdatmosphäre, oder von einer in der Erdatmosphäre vorhandenen besonderen Energieform oder Teilchenart verursacht wird (siehe dazu die Theorie zur Flyby Anomalie von Stephen L. Adler, Institute for Advanced Study, Princeton, USA, veröffentlicht in Physical Review D, volume 79, 023505(2009), am 8. Jan. 2009).
Aufgrund der extrem langen Lebensdauer des Lumineszenzphänomens in der Größenordnung von Stunden bis Tage, die nach der Lagerung von ausgewählten Festkörperproben in der atmosphärischen Frischluft gefolgt von deren Einsetzung in den Messraum registriert wird, drängt sich ferner die Schlussfolgerung auf, dass die besondere energetische Eigenschaft der Erdatmosphäre oder möglicherweise eine in der Erdatmosphäre vorhandene besondere Energieform oder Teilchenart in verschiedenen Festkörperproben gespeichert werden kann. Die Speicherung dieser besonderen energetischen Eigenschaft der Erdatmosphäre bzw. der atmosphärischen Frischluft in gewissen Festkörpern führt anschließend zu dem beschriebenen Lumineszenzphänomen.
Mineralien, technische Silikate, Tiefengesteine, Ergussgesteine, Metamorphite oder Holz, speichern nach bisherigen Erkenntnissen in einem gewissen materialspezifischen Umfang diese besondere energetische Eigenschaft der Erdatmosphäre oder möglicherweise die besondere Energieform oder Teilchenart in der Erdatmosphäre. Auch Metalle und Metallverbindungen (z. B. Edelstahl oder Aluminium) zeigen nach bisherigen Erkenntnissen diese Speichereigenschaften auf, wenngleich bezogen auf deren Festkörpervolumen- und Oberfläche in einem erheblich geringeren Umfang. Die Speicherung der besonderen energetischen Eigenschaft der Erdatmosphäre in den o. g. Festkörpern erfolgt nach den bisherigen Erkenntnissen in etwa vergleichbar mit der Speicherung von elektrischer Energie in einem Akkumulator.
Die besondere energetische Eigenschaft der Erdatmosphäre oder die in der Erdatmosphäre vorhandene besondere Energieform oder Teilchenart kann nach bisherigen Erkenntnissen ähnlich einem elektrischen Kraftfeld, einem magnetischen Kraftfeld oder der elektromagnetischen Strahlung ein Anregungsphänomen gefolgt von einer Lumineszenzemission im UV-VIS-Bereich bewirken. Diese besondere energetische Eigenschaft der Erdatmosphäre ist nach den bisherigen Erkenntnissen orts-, tageszeit- und jahreszeitunabhängig in der Erdatmosphäre bzw. in der atmosphärischen Frischluft vorhanden.
Aufgrund der unmittelbaren Nutzung der in der atmosphärischen Frischluft vorhandenen besonderen energetischen Eigenschaft, Lumineszenz zu bewirken, einerseits und aufgrund der Nutzung der Speichereigenschaft von Festkörpern bzgl. dieser besonderen energetischen Eigenschaft der Erdatmosphäre anderseits, sind prinzipiell zwei verschiedenartige Ausgestaltungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung realisierbar:
Bei der ersten Ausgestaltungsform der Vorrichtung wird atmosphärische Frischluft unmittelbar einem geeigneten, lichtdicht abgeschlossenen Messraum zugeführt, welcher leer ist, oder in dem eine geeignete Festkörperprobe, z. B. eine Holz-, Mineral- Glas- oder Gesteinsprobe enthalten und vorzugsweise fest verbaut ist. Im Messraum dieser Ausgestaltungsform der Vorrichtung ist unter geeigneten konstruktiven Bedingungen bei Zufuhr von atmosphärischer Frischluft ein Lumineszenzsignal im UV-VIS-Bereich messbar, welches messtechnisch ausgewertet werden kann. Diese Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung nutzt unmittelbar die in der atmosphärischen Frischluft vorhandene besondere energetische Eigenschaft Lumineszenz zu bewirken, um ein technisch nutzbares Lumineszenzphänomen zu erzeugen.
Bei der zweiten Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird eine Holz-, Mineral-, Glas- oder Gesteinsprobe in der atmosphärischen Frischluft für einen Zeitraum gelagert, anschließend gereinigt und danach manuell oder mechanisch, z. B. mittels eines Schubladensystems oder eines Drehtellersystems, in einem geeigneten lichtdicht abgeschlossenen Messraum eingeführt. Im Messraum dieser Version der Vorrichtung ist ebenfalls ein Lumineszenzsignal im UV-VIS-Bereich messbar. Diese Version der erfindungsgemäßen Vorrichtung nutzt die Speichereigenschaft von ausgewählten Festkörpern bzgl. der besonderen energetischen Eigenschaft der atmosphärischen Frischluft Lumineszenz zu bewirken, um im Messraum der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein technisch nutzbares Lumineszenzphänomen zu erzeugen.
Im Messraum der erfindungsgemäßen Vorrichtung befindet sich im passiven, inaktiven Zustand, ein Gas, ein Gasgemisch oder Raumluft unter Normalbedingungen (17,0°–27,0°C, 1013 hPa). Die mittlere kinetische Energie der Luftmoleküle von Raumluft liegt bei i 0,04 eV für 27,0°C (300 K). Außer der kinetischen Energie der Luftmoleküle und der besonderen energetischen Eigenschaft der atmosphärischen Frischluft Lumineszenz zu bewirken, ist bei Zufuhr von atmosphärischer Frischluft zum Messraum keine zusätzliche Energiequelle bzw. Anregungsquelle im Messraum vorhanden.
Auf Meereshöhe bzw. in der Troposphäre ist bei Zufuhr von atmosphärischer Frischluft zum Messraum ein Lumineszenzsignal im UV-VIS-Bereich bei 160–630 nm zu registrieren. Die im Messraum detektierbare Emission besitzt somit Partikelenergien hv ≈ 2,0–7,8 eV. Das detektierbare Energieniveau im Messraum ist somit signifikant höher als das durch das kinetischen Gasgesetz vorgegebenen Energieniveau der Luftmoleküle, Luftionen, Aerosolen und Spurengasen in der atmosphärischen Frischluft, welches im IR-Bereich liegt.
Die Intensität des nachweisbaren Lumineszenzsignals steigt proportional zur Größe bzw. zur Oberfläche und zum Volumen der im Messraum eingesetzten Festkörperprobe. In der oben dargestellten zweiten Ausführungsform ist bereits eine kreisrunde plattenförmige Ausgestaltung aus natürlichem kristallinem Quarz (hydrothermaler Quarz) mit den Abmessungen 18,0 × 4,0 cm (Durchmesser × Stärke) dazu geeignet, das technisch nutzbare Lumineszenzsignal zu bewirken, wenn diese Ausgestaltung aus natürlichen kristallinem Quarz in der atmosphärischen Frischluft für bspw. 3:00 h gelagert wurde und nach Reinigung manuell oder mittels eines Schubladesystems oder Drehtellersystems in den Messraum der neuen Messvorrichtung eingeführt wurde. Die Lumineszenzemission zeigt dabei einen spezifischen Emissionsverlauf mit einer Lumineszenzlebensdauer in der Größenordnung von Stunden bis mehreren Tagen, für die Dauer des Vorhandenseins der Materialprobe aus natürlichem kristallinem Quarz im Messraum.
Ein Photonenzählwerk (Photon Counting Modul) bestehend aus einem Photomultiplier Tube (Photovervielfacher; PMT) mit einer Bialkali-Photokathode und einem Quarzglasfenster, einer Empfindlichkeit (spectral response) im UV-VIS-Bereich (ca. 160–630 nm) und einer Detektoroberfläche von 4,9 cm² ist z. B. bereits optimal dazu geeignet, das technisch nutzbare Lumineszenzsignal, induziert durch die Materialprobe aus natürlichem kristallinem Quarz im Messraum zu detektieren.
Das Fenster des Lumineszenzdetektors kann in die Wand der Vorrichtung oder in deren Innenraum hineinragend montiert werden. Das Messsignal des Detektors kann mittels eines Frequenzzählers oder eines anderen geeigneten Messgerätes erfasst und ausgewertet werden.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine Differenzierung zwischen atmosphärischer Frischluft einerseits und anderen Gasgemischen (z. B. Raumluft, O₂, N₂, etc.) anderseits, vorgenommen werden. Die Differenzierung zwischen atmosphärischer Frischluft einerseits und einem gasförmigen Medium (Raumluft, O₂, N₂, etc.) anderseits erfolgt aufgrund der Messung und Auswertung eines physikalischen Effektes, hervorgerufen durch eine physikalische bzw. energetische Eigenschaft der Erdatmosphäre bzw. der atmosphärischen Frischluft. Eine chemische Analyse des Gasgemisches ist nicht erforderlich. Das gasförmige Medium wird in dessen chemischen und physikalischen Beschaffenheit durch die Funktionsweise der Vorrichtung nicht beeinträchtigt. Diese ist robust, für den Dauerbetrieb gut geeignet und kann kostengünstig hergestellt werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist erfindungsgemäß grundsätzlich in zwei verschiedenen Ausführungen ausgestaltet:
In der sog. Flow-Version (Durchfluss-Version) wird das zu untersuchende gasförmige Medium durch den Messraum der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeleitet. Die besondere energetische Eigenschaft der Erdatmosphäre, Lumineszenz zu erzeugen, wirkt im Falle der Zufuhr von atmosphärischer Frischluft zum Messraum direkt auf den Messraum und der darin evtl. befindlichen Festkörperprobe ein. Der Messraum kann in der Flow-Version aus Metall oder aus einer Metallverbindung, vorzugsweise aus Aluminium oder Edelstahl, gefertigt sein. Der Messraum kann leer, oder eine geeignete Festkörperprobe, z. B. eine Holz-, Mineral-, Glas- oder Gesteinsprobe, enthalten. Die Flow-Version ist gut geeignet, ein gasförmiges Medium hinsichtlich der darin enthaltenen atmosphärischen Frischluftanteile zu überwachen.
In der sog. Loading-Version (Ladungs-Version) wird eine geeignete Festkörperprobe, z. B. eine Holz-, Mineral-, Glas- oder Gesteinsprobe, nach deren Exponierung in der atmosphärischen Frischluft gefolgt von Reinigung, auf manueller oder automatischer Weise, z. B. mittels eines Schubladensystems oder eines Drehtellersystems, in den Messraum der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingeführt bzw. darin geladen. Die besondere energetische Eigenschaft der Erdatmosphäre, Lumineszenz zu erzeugen, wirkt in der Loading-Version indirekt durch deren Speicherung in der Festkörperprobe auf den Messraum ein. Da in der Loading-Version der Messraum nicht unmittelbar der atmosphärischen Frischluft ausgesetzt ist, kann dieser sowohl aus Metall oder aus einer Metallverbindung, vorzugsweise aus Aluminium oder Edelstahl, als auch aus Glas, z. B. als verspiegelter Glasreflektor, gefertigt sein. Die Loading-Version ist gut geeignet den jeweiligen Ist-Zustand des zu untersuchenden gasförmigen Mediums hinsichtlich der darin enthaltenen atmosphärischen Frischluft zu prüfen. Sie dient damit vorrangig dem Sampling bzw. der Probenahme im Sinne einer temporären, abschnittsweisen Prüfung eines gasförmigen Mediums auf dessen atmosphärischen Frischluftanteilen. Die Loading-Version ist gut geeignet, die besondere energetische Eigenschaft der Erdatmosphäre, Lumineszenz zu erzeugen, nachzuweisen und zu erforschen. Die materialspezifischen Speichereigenschaften verschiedener Festkörperproben bzgl. der besonderen energetischen Eigenschaft der atmosphärischen Frischluft können mittels der Loading-Version optimal erforscht werden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht weiterhin vor, dass in der Flow-Version statt einer Festkörperprobe mehrere Festkörperproben innerhalb des Messraums angeordnet werden. Dabei kommen mehrere räumlich getrennt angeordnete Festkörperproben zum Einsatz. Diese vorteilhafte Ausgestaltung erhöht das verfügbare und verwertbare Lumineszenzsignal im Messraum.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass in der Flow-Version mehrere Festkörperproben-Teile zu einer einheitlichen Festkörperprobe zusammengefügt sind. Diese Ausgestaltung erhöht ebenfalls das verfügbare und verwertbare Lumineszenzsignal.
n einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sind im bzw. am Messraum mehrere Lumineszenzdetektoren zur Detektierung des Lumineszenzsignals vorgesehen, deren gemeinsames Messsignal ausgewertet wird. Dies kann durch mehrere räumlich getrennt angeordnete Detektoren oder durch ein einheitliches großflächiges Detektor-Array realisiert werden, bestehend aus mehreren Einzeldetektoren. Diese vorteilhafte Ausgestaltung dient der Vergrößerung der Detektoroberfläche. Dadurch wird die Intensität des auswertbaren Lumineszenzsignals erhöht.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass der Lumineszenzdetektor außerhalb des Messraumes angeordnet ist und mit dem Messraum mittels eines Lichtwellenleiters verbunden ist. Eine solche Anordnung ist bei gewissen Applikationen vorteilhaft.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von der Zusammenfassung in einzelnen Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
In den Zeichnungen zeigen
1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in der Flow-Version;
2–4 mehrere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in der Flow-Version.
5 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in der Logding-Version.
6 schematisch die energetischen Bedingungen im Messraum 2 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 bei Zufuhr von atmosphärischer Frischluft zum Messraum 2;
7 tabellarisch die Einflussfaktoren auf die Höhe des Emissionsniveaus im Messraum der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1;
8 die Messwerte von zwei Langzeitversuchen der Flow-Version;
9 die Messwerte von drei Langzeitversuchen der Loading-Version.
Ausführung der Erfindung
Die in 1 dargestellte Vorrichtung 1 beinhaltet einen lichtdicht abgeschlossenen und reflektorartig ausgestalteten Messraum 2. Im Messraum 2 ist ein Fenster 4 eines geeigneten Lumineszenzdetektors 3 vorgesehen, der zentral in einem Detektorträger 5 angeordnet ist. Der Detektorträger 5 ist aus Metall oder einer Metalllegierung, z. B. aus Edelstahl oder aus Aluminium, gefertigt. Das Fenster 4 des Detektors 3 befindet sich in diesem Ausführungsbeispiel im Fokusbereich des reflektorartig ausgestalteten Messraums 2. In dem Messraum 2 ist gemäß der dargestellten Ausführung eine geeignete Festkörperprobe, z. B. eine Holz-, Mineral-, Glas- oder Gesteinsprobe 6, vorgesehen. Die Festkörperprobe 6 wird auf einem Probentisch 7 positioniert. Dieser ist aus Stabilitätsgründen aus einem festen Material, vorzugsweise aus Metall oder aus einer Metalllegierung, z. B. Stahl, Edelstahl oder Aluminium, gefertigt. Durch die symmetrische Anordnung des Detektors 3 und der Festkörperprobe 6 entlang der senkrechten Symmetrieachse des reflektorartig ausgestalteten Messraums 2 wird das im Messraum 2 induzierte Lumineszenzsignal optimal verwertet. Der Messraum 2 ist in einer geeigneten Haltevorrichtung 8 eingefügt, die der Stabilität des Messraums 2 und der darin enthaltenen Festkörperprobe 6 dient.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 in der Flow-Version besitzt zumindest einen Einlass (Einlassstutzen) 11 und zumindest einen Auslass (Auslassstutzen) 12 für ein gasförmiges Medium. Die Einlas- und Auslassstutzen 11, 12 können an zwei räumlich getrennten Stellen angeordnet sein (siehe 1), oder innerhalb einer baulichen Einheit ausgestaltet sein.
In 2 ist eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in der Flow-Version dargestellt. Die Festkörperprobe besteht hier vorteilhafterweise aus mehreren Teilen 9, 10, die zu einer funktionellen Einheit zusammengefügt sind. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung 1 mit einem kubischen, quaderförmigen Messraum 2 ausgestaltet. Die Einlas- und Auslassstutzen 11, 12 des gasförmigen Mediums befinden sich in diesen Ausführungsbeispiel auf zwei gegenüberlegenden Seitenwänden des quaderförmig ausgestalteten Messraumes 2.
In 3 ist eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in der Flow-Version dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Lumineszenzdetektor als Detektor-Array 13 ausgestaltet. Dies dient der Vergrößerung der verfügbaren Detektoroberfläche.
In 4 ist eine dritte vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in der Flow-Version dargestellt. Das Fenster 4 des Lumineszenzdetektors 3 ist mittels eines Lichtwellenleiters 14 mit der Wand des Messraums 2 verbunden. Der Lumineszenzdetektor 3 ist bei dieser vorteilhaften Ausgestaltung außerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 angeordnet.
In 5 ist die Vorrichtung 1 in der Loading-Version schematisch dargestellt. Die 5 zeigt eine Schnittdarstellung durch diese Version der Vorrichtung 1. Diese beinhaltet einen lichtdicht abgeschlossenen Messraum 2, der in einer kubischen, quaderförmigen Form ausgestaltetet ist. Im Messraum 2 befindet sich das Fenster 4 eines geeigneten Lumineszenzdetektors 3. Die Festkörperprobe 6 wird in diesem Ausführungsbeispiel durch einen Drehteller 15 in den Messraum 2 befördert, der eine oder mehrere geeignete Aussparungen 16 zur Aufnahme der Festkörperprobe 6 aufweist. Der Drehteller 15 ist aus einem Metall oder einer Metalllegierung, z. B. Aluminium oder Edelstahl, gefertigt. Ein Einlass oder Auslass für ein gasförmiges Medium ist in der Loading-Version nicht erforderlich.
In 6 sind die energetischen Bedingungen und das Energieniveau der detektierbaren Emission im Messraum 2 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 bei Zufuhr von atmosphärischer Frischluft in der Troposphäre für die Flow-Version dargestellt; sie gelten analog für die Loading-Version.
Bei Zufuhr von atmosphärischer Frischluft zum Messraum 2 ist gemäß der kinetischen Gastheorie und der Maxwell-Boltzmann Verteilung der Molekülgeschwindigkeiten der Luftmoleküle, Luftionen, Aerosole und Spuren-Gasen (z. B. CO₂, O₃) kein Lumineszenzsignal im UV-VIS-Bereich zu erwarten.
Das Soll-Energieniveau der Partikelenergien bei Zufuhr von atmosphärischer Frischluft in der Troposphäre zum Messraum 2 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ist gegeben durch die folgenden energetischen Eckwerte

mittlere E_kin = 3/2 kT = 0,04 eV bei 27°C (300 K) – Kinetische Gastheorie. Spezifische Wärmekapazität der Luft bei konstantem Volumen Cv Luft = 715 J/kg·K → mittlere Geschwindigkeit der Luftmoleküle Vm = 510 m/s bei 27°C (300 K).
maximale E_kin bei 27°C (300 K) gemäß der die Maxwell-Boltzmann-Verteilung der Molekülgeschwindigkeiten: < 1 Molekül/Mol (24,8 Liter Luft bei 27°C/1013 mbar) besitzt V > 3.060 m/s (bzw. E_kin > 1,40 eV). Messraumvolumen ≈ 10,0 Liter Luft.

Die Partikelenergien der Luftmoleküle, Luftionen, Aerosole und Spurengasen liegen bei 0,04 eV bis 1,40 eV und somit im infraroten Spektralbereich (IR-Bereich). Dieses Soll-Energieniveau der gasförmigen Partikel im Messraum 2 reicht für einen Anregungsprozess, gefolgt von Emission im UV-VIS-Bereich nicht aus. Um ein detektierbares Lumineszenzsignal im UV-VIS-Bereich zu bewirken, müsste die kinetische Energie der gasförmigen Partikel im Messraum 2 viel höher bzw. zumindest im Bereich der UV-Strahlung liegen.
Bei Zufuhr von atmosphärischer Frischluft zum Messraum 2 der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ist unter geeigneten konstruktiven Bedingungen innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 ein Lumineszenzsignal im UV-VIS-Bereich (160 nm–630 nm) bzw. ein wiederholbares, gesetzmäßig ablaufendes Anregungsphänomen detektierbar, dass zur Photonenemission im UV-VIS-Bereich führt, welches technisch genutzt wird.
Das detektierbare Ist-Energieniveau der Partikel im Messraum 2 ist erheblich höher als das durch die kinetische Gastheorie vorgegebene Soll-Energieniveau der Luftmoleküle, Luftionen, Aerosole und Spuren-Gase in der atmosphärischen Frischluft. Das detektierbare Lumineszenzsignal im UV-VIS-Bereich ist nicht konsistent mit den gegenwärtig vorhandenen theoretischen Modellen zur Beschaffenheit und zur Zusammensetzung der atmosphärischen Frischluft in der Troposphäre, als Gasgemisch bestehend aus Luftmolekülen, Luftionen, Aerosole und Spuren-Gasen.
In 7 sind die Einflussfaktoren, die sich auf das Emissionsniveau im Messraum der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 auswirken, tabellarisch dargestellt. Als wichtigster Einfluss erscheint die Sonne bzw. die Sonneneinstrahlung. Eine Festkörperprobe aus Quarz, Granit oder Granodiorit, die vor deren Einsetzung in den Messraum der Sonneneinstrahlung ausgesetzt wurde, induziert im Messraum eine signifikant höhere Anfangsemission als ohne vorangegangener Exponierung an der Sonneneinstrahlung.
Die Erdatmosphäre hat den zweitwichtigsten Einfluss auf das Emissionsniveau. Dieser Einfluss begründet das erfindungsgemäße Verfahren zum Nachweis der atmosphärischen Frischluft.
Das Material der Festkörperprobe hat den drittwichtigsten Einfluss auf das Emissionsniveau. Das Emissionsniveau ist stark materialabhängig.
Ein weiterer Einflussfaktor ist der Tagesgang. Das Anfangsemissionsniveau nach Einsetzung einer Probe in den Messraum ist signifikant höher, wenn die Probe tagsüber in der Erdatmosphäre exponiert wurde, verglichen mit dem Exponieren der gleichen Probe bei Nacht.
Die experimentellen Ergebnisse – gewonnen mit verschiedenartigen Funktionsmodellen der Erfindung – deuten auch auf die Existenz eines Jahresgongs hin. In Frühling und im Sommer wurden signifikant höhere Emissionswerte gemessen als im Winter.
Das Wettergeschehen und die Temperatur besitzen ebenfalls einen Einfluss auf das Emissionsniveau.
Die Sonneneinstrahlung wirkt allem Anschein nach sowohl direkt, als auch indirekt auf das Emissionsniveau im Messraum ein. Direkt wirkt die Sonneneinstrahlung auf die ausgewählten Festkörperproben ein und induziert ein signifikant höheres Emissionsniveau im Messraum als ohne vorangegangene solare Exponierung. Indirekt wirkt die Sonneneinstrahlung im Sinne des festgestellten Tagesgangs, des Jahresgongs und der Witterungsabhängigkeit.
Aufgrund der experimentellen Ergebnisse mit verschiedenartigen Funktionsmodellen drängt sich die Schlussfolgerung auf, dass die Sonneneinstrahlung ein neuartiges Anregungsphänomen bewirkt. Die diesem Anregungsphänomen zugrunde liegende Anregungsquelle wird von der Sonne emittiert und ist in der Erdatmosphäre und in ausgewählten Festkörperproben speicherbar.
Die Speichereigenschaft der Erdatmosphäre bezüglich dieser Anregungsquelle ist wesentlich geringer als die entsprechende Speichereigenschaft der ausgewählten Festkörper. Diese Speichereigenschaft der Erdatmosphäre und der ausgewählten Festkörper bewirken das Lumineszenzphänomen, dass dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zugrunde liegt.
8 zeigt die Messwerte von zwei Langzeitversuchen der Flow-Version. Im ersten Versuch wurde Frischluft in den leeren Messraum 2 (ohne Quarzprobe) zugeführt. Der Messraum 2 bestand aus Edelstahl (Edelstahlreflektor, wie in 1 dargestellt). Im zweiten Versuch wurde Frischluft im Messraum 2 mit eingelegter runden Quarzprobe zugeführt. Der gleiche Messraum 2 aus Edelstahl wurde verwendet.
Beim ersten Versuch ohne Quarzprobe im Messraum (unterer Graph) lag das Emissionsniveau im Messraum vor Start der Frischluftzufuhr bei 25 cps (counts per second). Nach Start der Frischluftzufuhr steigt das detektierbare Emissionsniveau binnen Sekunden auf ca. 60 cps und bleibt im Bereich 50–120 cps für die Dauer der Frischluftzufuhr (22 Stunden). Nach Ende der Frischluftzufuhr fällt das Emissionsniveau von etwa 70 cps binnen Sekunden auf das Ausgangsniveau (Referenzniveau), vor Beginn der Frischluftzufuhr, von 25 cps zurück.
Beim zweiten Versuch mit eingelegter Quarzprobe im Messraum (oberer Graph) lag das Emissionsniveau im Messraum vor Start der Frischluftzufuhr bei 40 cps. Nach Start der Frischluftzufuhr steigt das detektierbare Emissionsniveau binnen Sekunden auf ca. 230 cps und verbleibt im Bereich 50–300 cps für die Dauer der Frischluftzufuhr (27 Stunden). Nach Ende der Frischluftzufuhr fällt das Emissionsniveau von etwa 50 cps binnen Sekunden auf das Ausgangsniveau (Referenzniveau), vor Beginn der Frischluftzufuhr, von 40 cps zurück.
9 zeigt die Messwerte von drei Langzeitversuchen der Loading-Version. Die drei Versuche wurden im gleichen Messraum aus Glas, verspiegelte Glasschüssel, durchgeführt.
Der untere Graph zeigt das detektierte Emissionsniveau im leeren Messraum von 18 cps (+/–3 cps). Dies ist das Referenzemissionsniveau für die anschließend durchgeführten Versuche mit der runden Quarzprobe. Der mittlere Graph zeigt das detektierte Emissionsniveau im Messraum nach Einsetzung der runden Quarzprobe, die vorher nachts für die Dauer von 2:00 h in der atmosphärischen Frischluft exponiert wurde. Das Anfangsemissionsniveau beträgt 58 cps. Auch nach 2:00 h (7200 Sekunden) hat das Emissionsniveau nicht das Referenzemissionsniveau von 18 cps (+/–3 cps) erreicht. Der obere Graph zeigt das detektierte Emissionsniveau im Messraum nach Einsetzung der runden Quarzprobe, die vorher tagsüber für die Dauer von 2:00 h in der atmosphärischen Frischluft, ohne Kontakt zu direkter oder reflektierter Sonnenstrahlung, exponiert wurde. Das Anfangsemissionsniveau beträgt 175 cps. Auch nach 2:00 h (7200 Sekunden) Versuchszeit hat das Emissionsniveau nicht das Referenzemissionsniveau von 18 cps (+/–3 cps) erreicht.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: Messraum
3: Lumineszenzdetektor
4: Fenster
5: Detektorträger
6: Festkörperprobe
7: Probentisch
8: Haltevorrichtung
9: Teil von 6
10: Teil von 6
11: Einlass (Einlassstutzen)
12: Auslass (Auslassstutzen)
13: Detektor-Array
14: Lichtwellenleiter
15: Drehteller
16: Aussparungen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

- Theorie zur Flyby Anomalie von Stephen L. Adler, Institute for Advanced Study, Princeton, USA, veröffentlicht in Physical Review D, volume 79, 023505(2009), am 8. Jan. 2009 [0021]

Claims

Verfahren zum Nachweis von atmosphärischer Frischluft, dadurch gekennzeichnet, dass der Nachweis von atmosphärischer Frischluft mittels der Erfassung und Auswertung eines Lumineszenzsignals im UV-VIS Bereich innerhalb eines lichtundurchlässigen Messraums (2) erfolgt.
Vorrichtung (1) zum Nachweis von atmosphärischer Frischluft gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) im Wesentlichen aus einem lichtundurchlässigen Gehäuse besteht, welches einen Messraum (2) bildet, in dem sich ein gasförmiges Medium befindet bzw. in dem ein gasförmiges Medium eingeleitet bzw. durchgeleitet werden kann und dass ferner außerhalb oder innerhalb des Messraums (2) zumindest ein Lumineszenzdetektor (3) angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Messraum (2) aus Metall- oder einer Metallverbindung, z. B. aus Edelstahl oder Aluminium oder aus einem technischen Silikat, z. B. aus Glas gefertigt und quaderförmig (kubisch), hohlkugelförmig oder reflektorartig ausgestaltet ist.
Vorrichtung (1) nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der bzw. die Lumineszenzdetektoren (3) als Sekundärelektronen-Vervielfacher (SEV) bzw. Photomultiplier Tube (PMT) oder Digitalkameras, z. B. CCD-, Thermoelectric Cooled CCD-, EBCCD-, EMCCD-, ICCD-Camera, ausgestaltet sind.
Vorrichtung (1) nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Lumineszenzdetektor (3) als großflächiges Detektor-Array ausgestaltet ist.
Vorrichtung (1) nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie zumindest einen Einlass (11) und zumindest einen Auslass (12) für Zufuhr und Auslass eines gasförmigen Mediums zum Messraum (2) aufweist.
Vorrichtung (1) nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Leitungssystem oder zumindest ein oder mehrere Abschnitte eines Leitungssystems den Messraum (2) bilden, wobei das Leitungssystem und/oder einzelne Abschnitte des Leitungssystems ein lichtundurchlässiges Gehäuse aufweisen.
Vorrichtung (1) nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Leitungssystem zahlreiche kompakte Vorrichtungen beabstandet voneinander angeordnet sind.
Vorrichtung (1) nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Messraum (2) mindestens eine Festkörperprobe (6) oder eine Festkörperprobe aus mehreren Teilen (9, 10) enthält, welche im Messraum fest montiert ist und aus – gesteinsbildenden Mineralien (z. B. Quarz, Feldspat), – Tiefengestein (z. B. Granit, Granodiorit), oder aus – Ergussgestein (z. B. Dolerit, Rhyolith), oder aus – Metamorphite (z. B. Gneis, Quarzit), oder aus – technische Silikate (z. B. Glas), oder aus – Holz (z. B. Kernholz, Sperrholz, Kork) besteht.
Vorrichtung (1) nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen (manuellen oder automatischen) Zugang zum Messraum (2) aufweist, oder über eine mechanische Vorrichtung (z. B. ein Drehtellersystem (15), oder ein Schubladensystem) verfügt, mittels der eine Festkörperprobe (6) in den Messraum (2) temporär eingesetzt bzw. darin eingeführt werden kann.
Vorrichtung (1) nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in den Messraum (2) temporär einsetzbare bzw. einführbare Festkörperproben (6) aus – gesteinsbildenden Mineralien (z. B. Quarz, Feldspat), oder aus – Tiefengesteine (z. B. Granit, Granodiorit), oder aus – Ergussgesteine (z. B. Dolerit, Rhyolith), oder aus – Metamorphite (z. B. Gneis, Quarzit), oder aus – technische Silikate (z. B. Glas), oder aus – Holz (z. B. Kernholz, Sperrholz, Kork) vorgesehen sind.