Analyse von Blitzstromverteilungen in einem Kopfphantom mittels Messungen und Simulationen

Abstract:
Ein direkter Blitzeinschlag in den Kopf einer Person kann Wirkungen, wie Verbrennungen, Bewusstlosigkeit oder den Tod, verursachen. Die während des Blitzeinschlages auf den menschlichen Körper wirkenden physikalischen und biologischen Mechanismen sind bis heute nicht umfassend geklärt. Um die Stromausbreitung bei einem Blitzeinschlag im Kopf zu analysieren, wurde in dieser Arbeit ein Kopfphantom entwickelt, welches drei Kompartimente (Kopfhaut, Schädelknochen, Hirn) nachbildete. Dieses Kopfphantom wurde mit elektrischen Impulsen beaufschlagt, die reale Blitzparameter annährend abbilden. Außerdem wurden Simulationen zur Stromverteilung im Kopfphantom durchgeführt. Im Ergebnis der Untersuchung wurde die relative Stromverteilung ohne Überschlag mit Haut 82 %, Knochen 8 % und Hirn 10 % des Gesamtstromes ermittelt. Bei einem Überschlag floss zunächst der Strom mit einer ähnlichen Stromverteilung durch das Phantom. Nach vollständiger Ausbildung des Überschlagskanals reduzierte sich der Stromanteil besonders in den Kompartimenten Hirn und Knochen rapide auf je unter 0,5 %. Ähnliche Ergebnisse zeigten die durchgeführten Simulationen. Die geometrischen und dielektrischen Eigenschaften der Gewebe des Kopfes sind eine Ursache dafür, dass Personen einen direkten Blitzschlag in den Kopf überleben können. Ein weiterer Mechanismus ist die Ausbildung eines Überschlagskanals, da in diesem Fall das Gewebe Hirn deutlich weniger dem Strom exponiert ist als ohne einen Überschlag. Die durchgeführten Experimente sind Grundlage für weitere Untersuchungen und können helfen, die Effekte während eines Blitzschlages auf den Menschen zu verstehen.