White Paper DG.01 - IT

Whitepaper Degausser
Technische Beschreibung - Whitepaper
Hardwarevernichtung von Festplatten - Degausser DG.02
1.
Einleitung
Wir leben im Informationszeitalter. Das bedeutet, dass wertvolle Daten entsprechend geschützt werden
müssen. Im Zusammenhang mit der Speicherung von elektronischen Informationen ergeben sich zwei
grundlegende Risiken: Datenverlust und unkontrollierte Verbreitung elektronischer Informationen.
Das Prinzip der Speicherung von Informationen auf magnetischen Datenträgern basiert auf der Polarisierung eines physischen Speicherbereichs. Der Bereich wird entweder in Richtung Nord-Süd, oder in
Richtung Süd-Nord polarisiert. Alle magnetischen Datenträger nutzen für die Informationsspeicherung
dieses Prinzip. Der Ibas Degausser von Kroll Ontrack, ein leistungsstarkes Entmagnetisierungsgerät, ist in
der Lage, magnetische Datenträger wie Disketten, Magnetbänder und Videokassetten zuverlässig zu
löschen.
Was bedeutet es konkret, eine Festplatte wirklich sicher zu löschen?
Sicheres Löschen bedeutet, dass es sogar für profesionelle Datenrettungsunternehmen unmöglich ist,
Daten aus egal welchem Bereich wieder herzustellen.
Wie wird eine wirklich sichere Löschung von Festplatten und magnetischen Datenträgern erreicht?
Eine sichere Datenlöschung erreichen Sie entweder durch den Einsatz professioneller Datenlöschsoftware,
wie den Ontrack Eraser oder durch Entmagnetisierung (Degaussing) des Datenträgers. Dazu werfen wir
zunächst einen kurzen Blick auf die Prozesse, die in einer Festplatte ablaufen.
Die meisten Disketten, Magnetbänder und Videokassetten können nach der Löschung mit einem
Degausser wiederverwendet werden. Bei Festplatten ist dies hingegen nicht möglich. Der Grund hierfür
ist, dass die Servo- und Wartungsinformationen der Festplatte ebenfalls gelöscht werden. Der Einsatz von
professioneller Löschsoftware bei Festplatten bietet klare Vorteile: die Festplatte kann nach dem Löschen
wieder verwendet werden. Ist eine Festplatte jedoch beschädigt und die Daten nicht mehr zugänglich,
besteht für professionelle Datenrettungsunternehmen immer noch eine sehr hohe Wahrscheinlichkeit,
diese Daten wiederherstellen zu können. Mit dem Ibas Degausser können Daten auf physikalisch defekten
Festplatten unwiederbringlich gelöscht werden.
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2.
Festplattentechnologie
In Zusammenhang mit der Datenlöschung sind zwei Aspekte der Festplattentechnologie von Bedeutung:
•
•
die physikalischen Grundlagen und Methoden der Schreib- und Leseprozesse
der physische Zugriff auf die Daten auf der Festplatte
Die physikalischen Grundlagen der Festplattenlöschung
Dieser Abschnitt versucht, den physikalischen Vorgang der Datenvernichtung anhand der Beschreibung
der „üblichen“ Schreib- und Lesevorgänge auf einer Festplatte zu verdeutlichen.
Die magnetische Speicherung von Informationen basiert auf einer bestimmten Materialeigenschaft, der
„magnetischen Remanenz“ (siehe Anhang B). Dies bezeichnet die Fähigkeit eines Materials, sich die
Richtung seiner letzten Magnetisierung „zu merken“. Alle Festplatten, die heute auf dem Markt sind,
nutzen die als „Sättigungsaufzeichnung“ bezeichnete Technologie. Diese kann man sich als digitalen
Prozess vorstellen, bei dem der magnetische Datenträger (die Festplatten) vollständig in eine der beiden
Richtungen (N-S oder S-N) magnetisiert wird. Beim Schreiben von Daten auf den Datenträger werden
kleine Bereiche dieser Platten in eine der beiden Richtungen magnetisiert. Wichtig ist, dass der
Schreibvorgang nicht-linear erfolgt (wie durch die Hysteresekurve vorgegeben, siehe Anhang B).
Zwei wichtige Aspekte des Lesevorgangs sind das Leseprozessmodell und das Signal-Rausch-Verhältnis.
Modell: Ein Laufwerk nutzt zum Lesen von Daten ein theoretisches Modell des Signals, den Leseprozess,
und Interaktionen im magnetischen Übergang. Das Modell gibt wieder, welche Art von Datensignal vom
Festplattenlaufwerk erwartet wird (diese Methode wird als „Partial Response Maximum Likelihood“, kurz
PRML bezeichnet). Alle modernen Festplatten nutzen für den Leseprozess dieses oder ein ähnliches
lineares Modell. Wie bereits erwähnt ist der Schreibprozess nicht-linear. Wie passt dies nun mit dem
linearen Lesemodell zusammen? Tatsächlich ist es so, dass die Kombination aus der sog.
„Vorkompensation“ und der Sättigungsaufzeichnung dem linearen Modell eine recht hohe Exaktheit
verleiht (bei mittleren Signal-Rausch-Verhältnissen).
Signal-Rausch-Verhältnis (SNR): Das SNR gibt die relative Stärke des Signals (der Daten) und des
unerwünschten Rauschens wieder. Aus der Theorie der Informationstechnik wissen wir, dass es eine
maximale Obergrenze dafür gibt, wie viele Daten bei einem gegebenen SNR gespeichert und zuverlässig
wieder abgerufen werden können. Fortschritte in der Speichertechnologie haben es möglich gemacht,
dass moderne Laufwerke heute sehr nahe an dieser maximalen Obergrenze arbeiten.
Sehen wir uns nach dieser kurzen Einführung in die Grundlagen nun an, was beim Entmagnetisieren einer
Festplatte geschieht. Aufgrund der genutzten Technik der Sättigungsaufzeichnung bewirkt das
Entmagnetisieren (theoretisch) eine Reduzierung des alten Signals auf Null, d. h. dass keine Signale
zurückbleiben. In der Praxis jedoch verbleiben aufgrund des Verlaufs der Hysteresekurve einige kleine
Fragmente des alten Signals auf dem Datenträger zurück. Der Rauschpegel hingegen bleibt unverändert,
was sich in einer starken Reduzierung des SNR für die alten Daten auswirkt. Darüber hinaus ist zu
bedenken, dass der Schreibprozess nicht-linear erfolgt.
Wir können somit zusammenfassen, dass der Entmagnetisierungsprozess zweierlei Effekte bewirkt: Zum
einen wird das SNR weit unter den Grenzwert reduziert, der ein Lesen und Decodieren des Signals
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erlaubt. Zum anderen durchläuft jedes verbleibende Signalfragment eine nicht-lineare Transformation,
was bedeutet, dass das lineare Lesemodell nicht mehr angewendet werden kann.
Bislang finden sich keinerlei Hinweise, dass es möglich wäre, diese rauschstarken Signalreste in die
ursprünglichen Daten zurück zu verwandeln.
Hieraus lässt sich schlussfolgern, dass das Entmagnetisieren einen sehr sicheren Weg der
Datenvernichtung bietet. Dazu muss die Festplatte jedoch einem Magnetfeld ausgesetzt werden, das in
Hinblick auf die Koerzitivität der Festplatte eine ausreichend hohe Stärke besitzt.
Einen weiteren wichtigen Aspekt bilden das Modell und der Aufbau der Festplatte.
Einige Kombinationen aus Koerzitivkraft und Modell/Aufbau bei Festplatten sind schwieriger zu löschen,
als andere. Typischerweise sind Kombinationen aus Datenträgern mit hoher Koerzitivität, vielen Platten
und einem großen Formfaktor schwieriger zu vernichten. Darüber hinaus versuchen die
Festplattenhersteller die Koerzitivkraft von Datenträgern kontinuierlich zu steigern, um eine höhere
Speicherkapazität zu erzielen.
Elektromechanischer Zugriff
Auf die verschiedenen Datenbereiche einer Festplatte wird mit Hilfe eines elektromechanischen ServoSystems zugegriffen. Die Servo-Signale dienen dazu, die Schreib-/Leseköpfe in die korrekte Position zu
bringen und die Geschwindigkeit mit der die Platten rotieren zu steuern. Diese Servo-Signale sind auf den
Platten gespeichert. Beim Entmagnetisieren der Festplatte werden auch die Servo-Informationen gelöscht.
Dies führt dazu, dass sich die Festplatte nicht mehr drehen kann und die Schreib-/Leseköpfe sich nicht
mehr in den Spuren (Tracks) bewegen können, auf denen die Informationen gespeichert waren. Neben
den normalen Datenspuren befinden sich auf einer Festplatte auch mehrere Spuren mit
Wartungsinformationen. Diese Spuren werden vom Laufwerk für das Kalibrieren und Konfigurieren der
Laufwerk-Subsysteme benötigt. Ohne diese Wartungsinformationen ist ein Laufwerk nicht nutzbar. Beim
Entmagnetisieren werden selbstverständlich auch diese Spuren gelöscht.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass mit dem richtig ausgelegten Degausser eine äußerst zuverlässige
Datenvernichtung gewährleistet werden kann. Punkt 4 beschreibt die Merkmale und Eigenschaften, die
ein solcher Degausser aufweisen sollte.
3.
Normen für das Löschen magnetischer Datenträger mit einem Degausser
Die Standards, die für das Entmagnetisieren als Verfahren zum Löschen und Vernichten von Daten gelten,
wurden bereits vor etlichen Jahren festgelegt. Sie beziehen sich hauptsächlich auf das Entmagnetisieren
von Magnetbändern, Videokassetten und Disketten.
US Verteidigungsministerium DoD 5220.22-M:
Das US-amerikanische Verteidigungsministerium (DoD) hat den Sicherheitsstandard für Entmagnetisierungsgeräte von der NSA (National Security Agency) übernommen. Dieser erfordert, dass
Degausser ein spezielles analoges Worst-Case Testsignal auf 90 Dezibel (dB) reduzieren. In anderen
Worten ausgedrückt bedeutet dies, dass der Degausser das Testsignal auf ein Milliardstel (1 aus 109)
seiner ursprünglichen Signalstärke reduzieren muss. Die auf einem magnetischen Datenträger
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gespeicherten Signale sind jedoch leichter zu löschen als das Worst Case-Testsignal. Beim Testsignal
handelt es sich um ein Signal, das ein Magnetband magnetisch sättigt, und das in den Referenzen 1 und
2 (siehe unten) näher definiert ist. Nachdem das Testsignal auf das Band aufgezeichnet wurde, wird das
Band entmagnetisiert und das Restsignal nach dem 90 dB-Standard bewertet. Auf diese Weise kann die
Effizienz des Degaussers eingestuft werden.
Das DoD hat für Degausser eine Einteilung in die drei Klassen Typ I, II und III festgelegt. Degausser des
Typs I sind für das Löschen von Datenträgern mit einer Koerzitivkraft von bis zu 350 Oersted zertifiziert.
Degausser des Typs II sind für das Löschen von Datenträgern mit bis zu 750 Oersted, Degausser des Typs
III für das Löschen von Datenträgern mit über 750 Oersted zertifiziert. Weitere Informationen zu diesem
Standard finden Sie im Internet unter: http://www.usaid.gov/pubs/ads/500/d522022m.pdf
Referenz 1:Automated Data Processing Security Manual, Department of Defense Manual, DoD 5200.28M, Januar 1973, mit Austauschseiten aus Juni 1979 (derzeit unter Überarbeitung).
Referenz 2: Magnetic Tape Degausser, National Security Agency/Central Security Service (NSA/CSS)
Specification L1 4-4-A, 31. Oktober 1985.
Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik(BSI) DIN 33858:
Das deutsche BSI zertifiziert Degausser nach DIN 33858. Diese DIN-Norm basiert ebenfalls auf der
Löschung von Magnetbändern. Das Testverfahren besteht im Grunde darin, ein Signal auf das Band
aufzuzeichnen, das Band zu entmagnetisieren und die Reduzierung des Signals in Dezibel zu messen. Um
nach der DIN-Norm zertifiziert zu werden, muss die Signalreduzierung mindestens 90 dB betragen. Die
deutschsprachige Ausgabe der DIN-Norm 33585 kann über folgende Seite im Internet bestellt werden:
http://www2.din.de. Der Ibas Degausser DG.02 wurde vom BSI zertifiziert.
4.
Anforderungen an Degausser
Folgende Merkmale, sollte ein Degausser aufweisen:
1.
2.
3.
4.
Hohe Benutzerfreundlichkeit: Das Gerät muss einfach zu bedienen sein. Es ist darauf zu
achten, dass keine Fehler gemacht werden können, durch die Daten unbeabsichtigterweise auf
der Festplatte zurückbleiben.
Vollständige und verlässliche Löschung: Der Degausser sollte alle Benutzerdaten auf der
gesamten physischen Festplatte bzw. dem magnetischen Datenträger vernichten.
Online-Messung des erzeugten Magnetfelds: Um sicherzugehen, dass der Degausser korrekt
funktioniert ist es wichtig, das erzeugte Magnetfeld zu messen.
Hohe Benutzersicherheit: Ob und wie der menschliche Körper auf die Einwirkung eines
Magnetfeldes reagiert, ist noch nicht ausreichend erforscht.
Hierzu sollte Folgendes unbedingt beachtet werden:
Benutzeroberfläche: Der Degausser sollte einfach zu bedienen sein. Er sollte eine Warnung mit
Fehlermeldung abgeben, wenn ein Problem am Gerät vorliegt.
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Löschen magnetischer Datenträger: Um eine gewisse Sicherheit zu gewährleisten, muss der Degausser ein
Magnetfeld von ausreichend hoher Stärke erzeugen, um die Koerzitivkraft des Datenträgers zu
überwinden.
Dieser Parameter wird als „Rechtwinkligkeit“ des Datenträgers bezeichnet. Die „Rechtwinkligkeit“ des
Datenträgers bezieht sich auf den Winkel der Hysteresekurve. Die Hersteller von magnetischen
Datenträgern sind bestrebt, bei ihren Datenträgern einen möglichst hohen Winkel der Hysteresekurve zu
erreichen, da auf diese Weise die Speicherkapazität des Datenträgers erhöht wird. Bei einem hohen
Winkel der Hysteresekurve ist der Datenträger vollständig in eine der beiden Richtungen (Nord-Süd oder
Süd-Nord) gesättigt. Wird dieser Datenträger einem Magnetfeld von ausreichend hoher Stärke
ausgesetzt, wechselt der Datenträger in einen dieser beiden Zustände. Diese Tatsache muss bei
Degaussern unbedingt bedacht werden: Es gilt das Prinzip „Alles oder nichts“. Entweder das Magnetfeld
ist ausreichend stark und der Datenträger wird vollständig gelöscht. Oder das Magnetfeld ist zu schwach,
und es erfolgt kein Löschen der Daten. Zudem ist wichtig zu beachten, dass die tatsächliche Feldstärke,
die auf den Datenträger einwirkt entscheidend ist und nicht das Magnetfeld, das vom Degausser erzeugt
wird, da zwischen der Erzeugung des Magnetfelds und dem Bereich, in dem es auf den Datenträger
einwirkt, ein gewisser Verlust im Magnetfeld auftritt.
Messung des Magnetfelds: Die Stärke des Magnetfelds ist entscheidend für das korrekte Löschen des
magnetischen Datenträgers. Daher ist es wichtig, dass das Magnetfeld online gemessen und Probleme,
die in der Magnetfeldstärke vorliegen, zuverlässig erkannt und dem Benutzer angezeigt werden.
Wirkung des Magnetfelds auf den menschlichen Körper: Seit der breiten Einführung des Mobiltelefons
gewinnt die Diskussion um die Wirkung von Strahlen auf den menschlichen Körper zunehmend an
Bedeutung. Elektromagnetische Wellen könnten für den Menschen schädlich sein - denken Sie zum
Beispiel an eine Mikrowelle. Beim Magnetfeld, das von einem Degausser erzeugt wird, handelt es sich
jedoch nicht um eine Mikrowelle, sondern vielmehr um ein starkes Wechselstromfeld. Dieses Feld wirkt
sich nicht so auf den menschlichen Körper aus, wie Mikrowellen aus z. B. Mobiltelefonen oder
Mikrowellenherden dies tun. Das Magnetfeld eines Degaussers kann eher mit einem Wechselstromfeld
verglichen werden, das von Dauermagneten wie den Magneten in Lautsprechern oder Geräten für die
Magnetresonanztomographie in Krankenhäusern erzeugt wird. Die Stärke solcher Wechselstromfelder
nimmt umgekehrt quadratisch mit der Entfernung ab: Das heißt bei doppeltem Abstand zum Degausser
beträgt die Stärke des Magnetfelds nur noch ein Viertel.
Aufgrund dieser Beobachtungen, kann man annehmen, dass das von einem Degausser erzeugte
Magnetfeld für den menschlichen Körper nicht schädlich ist. Wir wissen jedoch, dass viele Benutzer dem
dennoch skeptisch gegenüberstehen, und bieten daher eine Fernbedienung für den Ontrack Degausser
an. Da die Feldstärke mit zunehmender Distanz stark abnimmt, sind wir überzeugt, dass sich jegliche
Gefahr durch Verwendung der Fernbedienung umgehen lässt.
Für weitere Informationen zu diesem Thema beachten Sie bitte Anhang A.
Für das Erzeugen des Magnetfelds kann sowohl Wechselstrom wie auch Gleichstrom verwendet werden.
Das Problem bei der Verwendung von Wechselstrom liegt darin, dass die Festplatte aufgrund der
Stromfrequenz (50Hz) im Degausser vibriert. Um das korrekte Löschen des Datenträgers zu
gewährleisten, muss die Festplatte in diesem Fall durch den Bediener von oben her im Degausser
festgehalten werden. Dadurch ist der Bediener des Degaussers dem Magnetfeld des Gerätes ausgesetzt.
Ein weiteres Problem bei der Verwendung von Wechselstrom besteht darin, dass das erzeugt Magnetfeld
sehr schnell (mit einer Frequenz von 50Hz) seine Richtung wechselt. Diese schnelle Änderung der
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Magnetfeldrichtung bewirkt aufgrund des entstehenden Wirbelstroms eine Erhitzung des Laufwerks. Der
Bediener des Geräts muss also Schutzhandschuhe tragen, um beim Umgang mit der stark erhitzten
Festplatte keine Verbrennungen davonzutragen. Zudem werden die Hände des Bedieners dem starken
Magnetfeld des Gerätes ausgesetzt.
Bei Verwendung von Gleichstrom zur Erzeugung des Magnetfeldes vibriert die Festplatte nicht im
Degausser. Der Bediener muss die Festplatte daher auch nicht im Gerät festhalten. Zudem tritt bei
Verwendung von Gleichstrom keine Erhitzung der Festplatte auf.
5.
Technische Beschreibung des Ibas Degausser DG.02
Dieser Abschnitt beschreibt die technischen Merkmale des von Kroll Ontrack entwickelten und
hergestellten Degausser DG.02 und behandelt vor allem die Themen Nutzung und Qualitätssicherung.
Nutzung des DG02:
Der DG.02 nutzt für das Erzeugen des Magnetfelds einen Elektromagnet, d. h. eine Spule, durch die
Wechselstrom fließt und dabei ein Magnetfeld generiert. Um den starken Strom, der hierfür erforderlich
ist, bereitzustellen, enthält der DG.02 mehrere versiegelte Blei-Säure-Batterien. Da diese nach einer
gewissen Betriebszeit schwach werden, ist im Lieferumfang des DG.02 zusätzlich ein Batterieladegerät
einhalten.
Um den sicheren und effizienten Betrieb zu gewährleisten, sollte der DG.02 nur von autorisierten
Personen bedient werden. Der DG.02 enthält einen integrierten Mikroprozessor. Alle Bedientasten und
Kontrolllämpchen sind an der Gerätevorderseite angeordnet. Die Beschreibung der Tasten und der
Kontrolllämpchen kann der Bedienungsanleitung entnommen werden. Der Mikroprozessor steuert den
Löschvorgang und stellt die Messung der Magnetfeldstärke sicher. Liegen Funktionsstörungen am Gerät
vor, werden diese vom Mikroprozessor erkannt und eine Fehlermeldung als Warnung an den Benutzer
ausgegeben. Der Wirkbereich des DG.02 ist auf der Geräteoberfläche markiert. Dies ist der Bereich, in
dem das Magnetfeld die höchste Stärke besitzt und in den die zu löschende Festplatte bzw. der zu
löschende Datenträger gelegt werden muss. Die kleine Markierung in der Ecke wird von Kroll Ontrack zu
Kalibrierungszwecken genutzt.
Fernbedienung
Da einige Nutzer der Wirkung von Magnetfeldern auf den menschlichen Körper skeptisch gegenüberstehen, verfügt der DG.02 über eine Fernbedienung.
Mit dieser kann der DG.02 aus
„sicherer“ Distanz bedient werden. Die Abstrahlung des Magnetfeldes wurde in einem zugelassenen
Prüflabor (www.nemko.com) gemessen. Die Messung ergab, dass bei einem Abstand von mehr als 1
Meter zum DG.02 der Nutzer dem vom Gerät erzeugten Magnetfeld nicht mehr ausgesetzt ist. Da der
DG.02 für das Erzeugen des Magnetfeldes Gleichstrom nutzt, ist es nicht erforderlich, die Festplatte auf
dem Gerät festzuhalten, so wie das bei mit Wechselstrom betriebenen Degaussern der Fall ist.
Qualitätssicherung beim DG.02:
Das Qualitätssicherungssystem des DG.02 basiert auf einem Mikroprozessor, der die Funktionalität des
DG.02 überwacht und steuert. Der DG.02 wird werksseitig kalibriert, um sicherzustellen, dass das Gerät
ein Magnetfeld von ausreichend hoher Stärke erzeugt. Bei voll geladenen Batterien erzeugt der DG.02
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etwa 11.700 Gauss. Bei der werksseitigen Kalibrierung wird der Magnetfeldsensor so eingestellt, dass das
Gerät eine Fehlerwarnung ausgibt, wenn der Sensor eine Magnetfeldstärke von weniger als 10.500 Gauss
registriert. Die Magnetfeldstärke des DG.02 wird bei jedem Aktivieren des Gerätes gemessen, um die
Effektivität des Gerätes mit hoher Sicherheit zu gewährleisten. Der Mikroprozessor steuert darüber hinaus
auch die Temperaturmessung und die Kühlung durch Aktivieren der im Gerät integrierten Gebläse. Der
Batterieladestand wird fortlaufend gemessen. Störungen, die bei den Batterien vorliegen, werden vom
Mikroprozessor überwacht und über LEDs an der Gerätevorderseite dem Nutzer angezeigt.
6.
Zusammenfassung
Dieses White Paper beschäftigt sich mit der sicheren Löschung und Vernichtung von auf Festplatten
gespeicherten Daten mit Hilfe eines Degaussers. Die physikalischen und theoretischen Grundlagen des
Entmagnetisierens magnetischer Datenträger werden aufgezeigt, und es wird gezeigt, dass magnetische
Datenträger absolut sicher und verlässlich gelöscht werden können, wenn diese einem Magnetfeld von
ausreichend hoher Stärke ausgesetzt werden.
Darüber hinaus werden die Merkmale und Eigenschaften aufgezeigt, die ein Degausser besitzen sollte,
um zu gewährleisten, dass ausnahmslos alle Datenbereiche verlässlich gelöscht werden.
Dem folgt eine technische Beschreibung des DG.02, der speziell entwickelt wurde, um diesen
Anforderungen gerecht zu werden.
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Anhang A
„Die Diskussion begann ursprünglich mit der Wirkung von Magnetfeldern auf Herzschrittmacher und
ähnliche Implantate im Körper. Da dies ein sehr fachspezifisches Thema ist, sollten alle Fragen hierzu an
den für den Schrittmacher bzw. das Implantat verantwortlichen Arzt gerichtet werden.
Die Diskussion fand eine Fortsetzung mit Einführung der EMV-Gesetzgebung im Rahmen der
europäischen Richtlinien nach dem Neuen Konzept und der CE-Kennzeichnung. Aktuell gibt es keine
allgemein veröffentlichten gesetzlichen Bestimmungen, die die Stärke von Magnetfeldern (nichtionisierende Strahlung) am Arbeitsplatz beschränken.
Im Juli 1991 überprüfte eine Arbeitsgruppe der IEE die aktuell verfügbaren Daten auf die Wirkung von
niederfrequenten (50Hz) Magnetfeldern auf biologische Systeme und kam zu dem Schluss, dass kein
Anlass besteht, von den im Richtliniendokument des UK National Radiological Protection Board (NRPB Gsll,
1989) gegebenen Empfehlungen abzuweichen.
Diese Richtlinien waren zwar nicht gesetzlich festgeschrieben, sollten aber einen Anhaltspunkt für all jene
liefern, die sich mit den möglichen Auswirkungen des Aufenthalts über längeren Zeiträume in einem
Dauermagnetfeld beschäftigen. Allgemein empfahlen diese Richtlinien, die Magnetflussdichte für
Arbeitnehmer in der Industrie, die bei ihrer Arbeit einem Magnetfeld ausgesetzt sind, auf 2,0 Milli-Tesla
oder 20 Gauss zu beschränken. Dieser Grenzwert wurde in der Publikation der NRPB „Documents of the
NRPB“, Band 4, Nr.5 vom Oktober 1993 auf 1,6 Milli-Tesla bzw. 16 Gauss herabgesetzt. Weitere
Informationen zu diesem Thema können dem NRPB-Dokument NRPB-R265 (ISBN 085951-366-1)
entnommen werden, in dem Degaussern ein eigenes Kapitel gewidmet ist.
Die NRPB-Richtlinie NRPB-R301 1998 von P. J.CHADWICK sowie die Publikation der
Weltgesundheitsorganisation (WHO) „Non-ionising Radiation Protection“ (ISBN 9289011165) liefern
ebenfalls weiterführende Informationen.
Zwischenzeitlich wurde ein neuer EG-Normenentwurf (prENV50166-1) über die Magnetfeldexposition des
menschlichen Körpers herausgegeben, der ebenfalls einen Grenzwert von 1,6 Milli-Tesla benennt.
Die Internetseite http://www.hpa.org.uk/radiation/publications/documents_of_nrpb/abstracts bietet
weiterführende Informationen.“
Referenz: National Radiological Protection Board, Großbritannien
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Anhang B:
Hysterese
Wird ein ferromagnetisches Material in eine Richtung magnetisiert, verliert es diese Magnetisierung auch
dann nicht mehr, wenn das auf ihn einwirkende Magnetfeld aufgehoben wird. Um die Magnetisierung
aufzuheben, muss das ferromagnetische Material einem Magnetfeld von entgegengesetzter Richtung
ausgesetzt werden. Bei Einwirkung eines Magnetfeldes mit wechselnder Richtung bildet die
Magnetisierung im Material eine sogenannte Hystereseschleife. Mit Hysterese bezeichnet man die
Eigenschaft, dass die Magnetisierungskurve nicht rückverfolgbar ist, was auf das Vorhandensein von
magnetischen Bereichen im Material zurückzuführen ist. Wurden die magnetischen Bereiche ausgerichtet,
erfordert es einen gewissen Energieaufwand, um diese Ausrichtung wieder zu verändern. Diese für
ferromagnetische Materialien spezifische Eigenschaft macht man sich bei der magnetischen
Datenspeicherung zunutze. Einige Verbindungen ferromagnetischer Materialien behalten nach der
Magnetisierung ihre Polarisierung dauerhaft bei und können damit als „Dauermagneten“ genutzt
werden. Die magnetischen Speichereigenschaften von Eisen- und Chromoxiden machen diese für die
Verwendung bei Tonbändern und für die magnetische Speicherung von Daten auf Computerfestplatten
geeignet.
Hystereseschleife
Es ist üblich, die Magnetisierung M der Probe als Funktion der Magnetfeldstärke H darzustellen, da H ein
Maß für das von außen einwirkende Feld bildet, welches die Magnetisierung bewirkt.
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Hysterese bei der magnetischen Aufzeichnung
Aufgrund der Hysterese kann ein Eingangssignal im Bereich der durch die gestrichelte Linie dargestellten
Ebene abhängig von der unmittelbaren Vorgeschichte des Bandes (z. B. dem vorangehenden Signal) eine
Magnetisierung überall im Bereich zwischen den Punkten C und D bewirken. Diese inakzeptable Situation
wird durch das Ansteuersignal behoben, welches die Oxidkörnchen so schnell um ihre Hystereseschleife
rotieren lässt, dass die Magnetisierung annähernd gleich Null ist, wenn kein Signal anliegt. Das
Ansteuersignal bewirkt eine Art magnetischen Wirbel, der Null ist, wenn er von keinem Signal überlagert
wird. Das Anlegen eines Signals bewirkt einen Versatz des Ansteuersignals, so dass eine
Restmagnetisierung zurückbleibt, die sich proportional zum Signalversatz verhält.
Koerzitivkraft und Remanenz bei Dauermagneten
Ein guter Dauermagnet sollte ein starkes Magnetfeld bei geringer Masse erzeugen und gegenüber
entmagnetisierenden Einflüssen stabil sein. Die erwünschten Eigenschaften solcher Magnete werden in
der Regel mit der Remanenz und der Koerzitivkraft des Magnetmaterials angegeben.
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Wie oben beschrieben, verliert ein ferromagnetisches Material auch dann nicht mehr die Richtung der
Magnetisierung, wenn das auf ihn einwirkende Magnetfeld aufgehoben wird. Der Betrag der
Magnetisierung, den das Material zurückbehält, wenn kein magnetisierendes Feld mehr auf ihn einwirkt
wird als „Remanenz“ oder „Restmagnetismus“ bezeichnet.
Um diese Magnetisierung aufzuheben, muss ein Magnetfeld mit entgegengesetzter Polarisierung
angelegt werden. Die Stärke des entgegengesetzt polarisierten Magnetfeldes, das zur Entmagnetisierung
des ferromagnetischen Materials erforderlich ist, wird als Koerzitivkraft bezeichnet. Bei Einwirkung eines
Magnetfeldes mit wechselnder Richtung bildet die Magnetisierung im Material eine sogenannte
Hystereseschleife. Mit „Hysterese“ bezeichnet man die Eigenschaft, dass die Magnetisierungskurve nicht
rückverfolgbar ist, was auf das Vorhandensein von magnetischen Bereichen im Material zurückzuführen
ist. Wurden die magnetischen Bereiche ausgerichtet, erfordert es einen gewissen Energieaufwand, um
diese Ausrichtung wieder zu verändern. Diese für ferromagnetische Materialien spezifische Eigenschaft
macht man sich bei der magnetischen Datenspeicherung zunutze. Einige Verbindungen
ferromagnetischer Materialien behalten nach der Magnetisierung ihre Polarisierung dauerhaft bei und
können damit als „Dauermagneten“ genutzt werden.
Referenz: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/solids/hyst.html
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Magnetische Hysterese
Hysteresiskurve
Magnetische Hysterese tritt bei ferromagnetischen Stoffen wie Eisen,
Kobalt und Nickel auf. Der Hysteresevorgang lässt sich gut am Verlauf
der Hysteresiskurve oder Hysteresisschleife verdeutlichen. In dieser Kurve
wird die magnetische Flussdichte (B) in einem ferromagnetischen Stoff
über der Stärke eines den Stoff umgebenden Magnetfeldes (H)
aufgetragen
Hysteresiskurve eines Ferromagneten
Zu Beginn einer Magnetisierung sind sowohl die Magnetisierung des Stoffes als auch die Feldstärke des
Magnetfeldes Null. Wird jetzt H erhöht, so steigt B nichtlinear an, bis es ein Maximum
(Sättigungsmagnetisierung) erreicht (siehe die blaue sog. Neukurve in nebenstehender Abbildung). Wird
H weiter erhöht, steigt B nur noch sehr geringfügig an. Wird H nun wieder auf Null gesenkt, geht B nicht
auf Null zurück, sondern nur bis zur sogenannten Remanenz BR.
Um den Stoff wieder vollständig zu entmagnetisieren, muss ein dem zur Magnetisierung verwendeten
Feld entgegengesetztes Magnetfeld mit der Koerzitivfeldstärke • HC aufgebaut werden. Ein erneutes
Umkehren der Feldstärke von H führt dann dazu, dass der untere Ast der Hysteresiskurve durchlaufen
wird. Ein vollständiges Durchlaufen der Hysteresiskurve wird als Hysteresezyklus bezeichnet
In vielen Anwendungen werden kleine Hysteresezyklen um Punkte in der B-H-Fläche gefahren. Aufgrund
der von der Magnetisierung abhängigen Permeabilität weisen Zyklen nahe dem Ursprung eine höhere
Permeabilität auf
In vielen Anwendungen werden kleine Hysteresezyklen um Punkte in der B-H-Fläche gefahren. (Siehe
auch Kleinsignalverhalten.) Aufgrund der von der Magnetisierung abhängigen Permeabilität weisen
Zyklen nahe dem Ursprung eine höhere Permeabilität auf.
Ein abklingendes magnetisches Wechselfeld führt durch die allmähliche Annäherung der Hysteresezyklen
an den Nullpunkt zur Entmagnetisierung.
Wichtig ist die Hysterese-Eigenschaft beispielsweise in der Audiotechnik bei der Aufnahme auf Tonband.
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Irreversible Magnetisierung
Die Ursache für die irreversible Magnetisierung liegt in der Beschaffenheit ferromagnetischer Stoffe. In
ferromagnetischen Stoffen existieren sogenannte Weiss-Bezirke. Sie zeichnen sich dadurch aus, dass die
Spins der Elektronen, die als Elementarmagnete aufgefasst werden können, innerhalb eines Bezirks
parallel zueinander sind. Die Grenzen zwischen den Bezirken heißen Bloch-Wände. Wird nun ein äußeres
Magnetfeld angelegt, so wachsen die Bezirke, deren Orientierung der Ausrichtung des Magnetfeldes
entspricht, auf Kosten der anderen Bezirke, indem Elektronen in den anderen Bezirken „umklappen“, sich
also parallel zum Magnetfeld ausrichten. Anschaulich entspricht das einer Verschiebung der Bloch-Wände.
Störstellen die in jedem Ferromagnetikum existieren, (in Eisen z. B. Kohlenstoffeinschlüsse) verhindern
jedoch, dass das Verschieben der Bloch-Wände gleichmäßig verläuft. Wenn eine Bloch-Wand beim
Verschieben auf eine Störstelle trifft, so bleibt sie zuerst an ihr hängen, und es bildet sich hinter der
Störstelle eine Art Blase, in der die Spins der Elektronen noch nicht umklappen. Erst ab einer bestimmten
Feldstärke schließt sich diese Blase, was zu einer plötzlichen Änderung der Magnetisierung führt. Dieser
Vorgang wird Barkhausen-Sprung genannt. Durch diese ungleichmäßigen Wandverschiebungen wird eine
Entmagnetisierung entlang der Neukurve unmöglich. Sie sind der Grund für das Entstehen der
Hysteresiskurve. Wenn alle Elektronenspins im Ferromagnetikum an dem Feld ausgerichtet sind, ist die
Sättigung erreicht. Wird nun das äußere Feld entfernt, kehren nicht alle Elektronen zur ursprünglichen
Ausrichtung zurück. Die Magnetisierung sinkt bis auf das Remanenzniveau ab. Erst durch die Zufuhr
zusätzlicher Energie kann der Stoff wieder entmagnetisiert werden.
Das Integral unter der Hysteresiskurve entspricht der Energie, die im Stoff bei seiner vollständigen
Ummagnetisierung in Wärme umgewandelt wird. Dieses Integral sollte im Fall von Speichermedien
möglichst hoch sein. Im Fall von Kernen von Transformatoren sollte es möglichst klein sein, um nur
geringe Energieverluste zu verursachen. Für andere Zusammenhänge gilt das in ähnlicher Weise. Typisch
für die Hysterese ist das Auftreten von bistabilem Verhalten. Bei gleichen Umgebungsbedingungen ist der
Zustand von der Vergangenheit abhängig. Entsprechend wird ein bestimmter Punkt im
Zustandsdiagramm erreicht
Unter Berücksichtigung der Form der Hysteresisschleife kann man einen Stoff gezielt aufmagnetisieren.
Dies findet Anwendung bei der Herstellung von Dauermagneten oder beim Beschreiben von
magnetischen Speichermedien (Magnetband, Festplatte). Im Falle hoher Koerzitivfeldstärken spricht man
von magnetisch hartem Material, da zu ihrer Neuorientierung hohe Feldstärken benötigt werden. Bei
Speichermedien entspricht dies einer hohen Datensicherheit, da die geschriebenen Informationen nicht
zufällig durch Streufelder umorientiert werden. Bei geringen Koerzitivfeldstärken spricht man von
magnetisch weichem Material. Die Bezeichnungen rühren daher, dass reines (also weiches) Eisen im
Vergleich zu magnetischen Stählen eher weichmagnetisch ist
Quelle: wikipedia
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