Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Erfolgreiches Experiment zur Struktur der Marangoni-Konvektion unter Schwerelosigkeit

02.05.2001


Prof. Dr. Dietrich Schwabe vom I. Physikalischen Institut derJustus-Liebig-Universität Gießen führte Experiment durch - "Gute Möglichkeitenzur Überprüfung und Verbesserung existierender Theorien"

Sehr erfolgreich verlief ein 14-minütiges Experiment zur Struktur der Marangoni-Konvektion unter Schwerelosigkeit, das am 28. April 2001 auf der Höhenforschungsrakete MAXUS 4 auf ESRANGE bei Kiruna (Nordschweden) von Prof. Dr. Dietrich Schwabe vom I. Physikalischen Institut der Justus-Liebig-Universität Gießen durchgeführt wurde. Finanziert wurde das Experiment von der European Space Agency ESA und dem Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF). Der erste Blick in die Daten verspricht, so Prof. Schwabe, interessante Ergebnisse.

Thermokapillare Konvektion wird in freien Schmelzenoberflächen durch dort herrschende Temperaturdifferenzen angetrieben, wie sie beispielsweise bei der Kristallzüchtung typisch sind. Thermokapillare Konvektion ist für den Stoff- und Wärmetransport wichtig, und bei der Kristallzüchtung sorgt ihre räumliche Struktur für Inhomogenitäten von Dotierstoff im Kristall und ihre zeitliche Struktur (Strömungsoszillationen) für Dotierstoffbänder (striations). Homogene Dotierung ist das Ziel - die Vermeidung konvektiver Strukturbildung in der Schmelze der Weg- und Kristallzüchtung bei kleinen Temperaturdifferenzen (unterhalb der Strukturbildungsschwelle) eine Möglichkeit. Dazu muss man die Mechanismen und die Schwelle der Strukturbildungsmechanismen verstehen bzw. kennen.

Der thermokapillare Antrieb und seine Einsatzschwelle für Oszillationen wirkt unabhängig von der Erdschwere (der Gravitation) und lässt sich daher in reiner Form unter Schwerelosigkeit studieren. Die Flüssigkeitszone - verwandt mit der "floating zone" aus der Siliziumeinkristalle für die Hochleistungsbauelemente der Halbleiterindustrie gezüchtet werden - ist dazu besonders geeignet. Sie ist ein Flüssigkeitszylinder mit freier Zylindermantelfläche, die an beiden Enden von z. B. Metallzylindern gleichen Durchmessers gehalten wird. Die beiden Metallzylinder werden auf verschiedene Temperatur gebracht und thermokapillare Konvektion mit einer Stärke angefacht, die der Temperaturdifferenz zwischen den Metallzylindern entspricht.

Prof. Schwabe und Norbert Kurmann vom 1. Physikalischen Institut der JLU untersuchen unter Schwerelosigkeit eine Flüssigkeitsbrücke an der Rayleigh-Grenze, d. h. mit einer Länge, die fünfmal größer ist als der Zonenradius. Ein solches Gebilde wird durch Oberflächenspannung stabil gehalten, aber nur unter Schwerelosigkeit ist eine so große Zonenlänge möglich. Stabile Zonen auf der Erde haben ein bedeutend kleineres Verhältnis von Länge zu Radius und sind darüber hinaus immer durch hydrostatischen Druck verformt.

Die lange Zone an der Rayleigh-Grenze hat den Vorteil, dass sich in ihr die wellenförmigen Störungen der thermokapillaren Konvektion auch in Achsenrichtung ausbreiten können, die bei kurzen Zonen auf der Erde durch die Endzylinder aus Metall unterdrückt werden. Die Gießener Wissenschaftler erwarten daher in der Zone an der Rayleigh-Grenze eine deutlich kleinere Temperaturdifferenz für den Oszillationseinsatz und hoffen, den Winkel der Wellenfronten zur Zonenachse messen zu können. Außerdem erwarten sie, neben der wellenförmigen Struktur, die Ausbildung von zwei bis drei Konvektionsrollen, die axial angeordnet sind, während auf der Erde die Zonen immer so kurz sind, dass nur eine thermokapillare Konvektionsrolle ausgebildet werden kann.

Die Beobachtungen und Messungen werden zu einer Überprüfung und der Verbesserung existierender Theorien führen, erklärt Prof. Schwabe nach dem erfolgreichen Verlauf des Experiments. Zum Beispiel berücksichtige die Theorie bisher nicht die mehrfachen axial angeordneten Konvektionsrollen, die alle den gleichen Drehsinn haben.

Kontakt:
Prof. Dr. Dietrich Schwabe


1. Physikalisches Institut der JLU Gießen
Heinrich-Buff-Ring 16
35392 Gießen

Tel.: 0641/99-33150
Fax: 0641/99-33119
E-Mail: Dietrich.Schwabe@physik.uni-giessen.de

Charlotte Brückner-Ihl | idw

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht 3D-Graphen: Experiment an BESSY II zeigt, dass optische Eigenschaften einstellbar sind
24.05.2017 | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

nachricht Hochspannung für den Teilchenbeschleuniger der Zukunft
24.05.2017 | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Orientierungslauf im Mikrokosmos

Physiker der Universität Würzburg können auf Knopfdruck einzelne Lichtteilchen erzeugen, die einander ähneln wie ein Ei dem anderen. Zwei neue Studien zeigen nun, welches Potenzial diese Methode hat.

Der Quantencomputer beflügelt seit Jahrzehnten die Phantasie der Wissenschaftler: Er beruht auf grundlegend anderen Phänomenen als ein herkömmlicher Rechner....

Im Focus: A quantum walk of photons

Physicists from the University of Würzburg are capable of generating identical looking single light particles at the push of a button. Two new studies now demonstrate the potential this method holds.

The quantum computer has fuelled the imagination of scientists for decades: It is based on fundamentally different phenomena than a conventional computer....

Im Focus: Tumult im trägen Elektronen-Dasein

Ein internationales Team von Physikern hat erstmals das Streuverhalten von Elektronen in einem nichtleitenden Material direkt beobachtet. Ihre Erkenntnisse könnten der Strahlungsmedizin zu Gute kommen.

Elektronen in nichtleitenden Materialien könnte man Trägheit nachsagen. In der Regel bleiben sie an ihren Plätzen, tief im Inneren eines solchen Atomverbunds....

Im Focus: Turmoil in sluggish electrons’ existence

An international team of physicists has monitored the scattering behaviour of electrons in a non-conducting material in real-time. Their insights could be beneficial for radiotherapy.

We can refer to electrons in non-conducting materials as ‘sluggish’. Typically, they remain fixed in a location, deep inside an atomic composite. It is hence...

Im Focus: Hauchdünne magnetische Materialien für zukünftige Quantentechnologien entwickelt

Zweidimensionale magnetische Strukturen gelten als vielversprechendes Material für neuartige Datenspeicher, da sich die magnetischen Eigenschaften einzelner Molekülen untersuchen und verändern lassen. Forscher haben nun erstmals einen hauchdünnen Ferrimagneten hergestellt, bei dem sich Moleküle mit verschiedenen magnetischen Zentren auf einer Goldfläche selbst zu einem Schachbrettmuster anordnen. Dies berichten Wissenschaftler des Swiss Nanoscience Institutes der Universität Basel und des Paul Scherrer Institutes in der Wissenschaftszeitschrift «Nature Communications».

Ferrimagneten besitzen zwei magnetische Zentren, deren Magnetismus verschieden stark ist und in entgegengesetzte Richtungen zeigt. Zweidimensionale, quasi...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Meeresschutz im Fokus: Das IASS auf der UN-Ozean-Konferenz in New York vom 5.-9. Juni

24.05.2017 | Veranstaltungen

Diabetes Kongress in Hamburg beginnt heute: Rund 6000 Teilnehmer werden erwartet

24.05.2017 | Veranstaltungen

Wissensbuffet: „All you can eat – and learn”

24.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Hochspannung für den Teilchenbeschleuniger der Zukunft

24.05.2017 | Physik Astronomie

3D-Graphen: Experiment an BESSY II zeigt, dass optische Eigenschaften einstellbar sind

24.05.2017 | Physik Astronomie

Optisches Messverfahren für Zellanalysen in Echtzeit - Ulmer Physiker auf der Messe "Sensor+Test"

24.05.2017 | Messenachrichten