Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Laser zur Kühlung von Milch und Fleisch?

03.09.2009
Drei Jahrzehnte ist es her, dass amerikanische und finnische Forscher eine sehr leistungsfähige Methode zur Abkühlung von Gasen durch "Laserbeschuss" ersannen.

Erst jetzt konnten Physiker der Universität Bonn den Beweis erbringen, dass sie tatsächlich funktioniert. Ihre Studie "Laser Cooling by Collisional Redistribution of Radiation" erscheint am 3. September in der Zeitschrift Nature. Die schnelle Kühlmethode eröffnet unter anderem der Materieforschung neue Perspektiven. Möglicherweise lässt sie sich aber auch für die Konstruktion neuartiger Mini-Kühlschränke nutzen.

Die Forscher erprobten in ihrem Experiment ein völlig neues Kühlprinzip. Dazu nutzten sie die Eigenschaft, dass sich Atome durch Licht anregen lassen. Bei diesem Vorgang wechselt ein Elektron von seiner Umlaufbahn um den Atomkern auf eine weiter entfernte Bahn. Das gelingt aber nur, wenn das eingestrahlte Licht die passende Farbe hat: Rotes Licht ist energieärmer als blaues. Daher reicht der "Schubs", den ein roter Laser dem Elektron versetzt, eventuell nicht aus, um es auf die höhere Bahn zu heben.

Atome in einem Gas kollidieren regelmäßig miteinander - je höher der Gasdruck, desto häufiger. "Dabei 'verbiegen' sich die Elektronenbahnen der Teilchen", erklärt Professor Dr. Martin Weitz vom Institut für Angewandte Physik. "Zum Zeitpunkt des Crashs braucht man daher weniger Energie als normal, um das Elektron auf eine höhere Bahn zu katapultieren." Nach dem Zusammenstoß normalisieren sich die Elektronenbahnen wieder. Um dann auf der hohen Bahn zu bleiben, muss sich das Elektron die fehlende Energie "borgen". "Dazu nutzt es die Bewegungsenergie des Atoms, das dabei langsamer wird", erläutert Weitz' Mitarbeiter Ulrich Vogl. Geschwindigkeit und Temperatur sind zwei Seiten derselben Medaille: Je langsamer sich die Moleküle in einem Gas bewegen, desto kälter ist es. Durch den Laserbeschuss kühlt sich das Gas also ab.

Diese elegante Methode ist bereits 1978 von Forschern aus New York und Helsinki vorgeschlagen worden. Ihre Idee bezog sich allerdings auf Gase mit nicht besonders hohem Druck. Die so durchgeführten Experimente waren jedoch nicht erfolgreich. Die Bonner Forscher haben nun jedoch eine Mischung aus Argon-Gas mit Spuren von Rubidium auf 350 Grad Celsius erhitzt und auf einen Druck von 230 Bar gebracht. "Unter diesen Bedingungen konnten wir das Rubidium mit einem Laser anregen, dessen Energie dazu normalerweise nicht ausgereicht hätte", sagt Weitz. "Dabei kühlte sich die Gasmischung innerhalb von wenigen Sekunden um fast 70 Grad ab."

Mit ihrem Experiment wollten die Bonner Physiker zunächst einmal beweisen, dass die Laserkühlung unter Druck überhaupt klappt. "Das Ganze müsste aber auch bei Gasen unter Raumtemperatur funktionieren", ist sich Weitz sicher. "Eventuell lassen sich mit dieser neuen Methode sogar Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt erreichen." Es gibt bereits Laserverfahren, mit denen sich Gase derart tief herunterkühlen lassen. Sie funktionieren aber nur bei extrem niedrigen Drücken - das in Bonn verwandte Gasgemisch war zehnmilliardenmal dichter. Die neue Methode erlaubt zudem viel höhere Kühlleistungen. Möglicherweise lassen sich daher auf ihrer Basis beispielsweise neuartige Mini-Kühlschränke konzipieren.

Hohe Kühlleistung

Die hohe Kühlleistung ist es auch, die das Verfahren für Materialforscher interessant macht: Sie erlaubt es, Gase in neue, bislang unerforschte Zustandsformen zu bringen. Durch die schnelle Abkühlung bleiben sie nämlich möglicherweise auch noch bei Temperaturen gasförmig, bei denen sie eigentlich bereits flüssig oder sogar fest wären. Ähnliche Effekte kennt man von Wasser, das man bis auf -42 Grad Celsius herunterkühlen kann, ohne dass es gefriert. Wenn die Abkühlung sehr schnell geschieht, sind sogar noch tiefere Temperaturen denkbar. "Unterkühlte" Flüssigkeiten und Gase zeigen interessante Eigenschaften; sie zu erzeugen, ist daher für viele Wissenschaftler von Interesse.

Kontakt:
Prof. Dr. Martin Weitz
Institut für Angewandte Physik der Universität Bonn
Telefon: 0228/73-4837 oder -4836
E-Mail: Martin.Weitz@uni-bonn.de

Frank Luerweg | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-bonn.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Quantenmechanik ist komplex genug – vorerst …
21.04.2017 | Universität Wien

nachricht Tief im Inneren von M87
20.04.2017 | Max-Planck-Institut für Radioastronomie

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: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Im Focus: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Im Focus: Making lightweight construction suitable for series production

More and more automobile companies are focusing on body parts made of carbon fiber reinforced plastics (CFRP). However, manufacturing and repair costs must be further reduced in order to make CFRP more economical in use. Together with the Volkswagen AG and five other partners in the project HolQueSt 3D, the Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) has developed laser processes for the automatic trimming, drilling and repair of three-dimensional components.

Automated manufacturing processes are the basis for ultimately establishing the series production of CFRP components. In the project HolQueSt 3D, the LZH has...

Im Focus: Wonder material? Novel nanotube structure strengthens thin films for flexible electronics

Reflecting the structure of composites found in nature and the ancient world, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have synthesized thin carbon nanotube (CNT) textiles that exhibit both high electrical conductivity and a level of toughness that is about fifty times higher than copper films, currently used in electronics.

"The structural robustness of thin metal films has significant importance for the reliable operation of smart skin and flexible electronics including...

Im Focus: Immunzellen helfen bei elektrischer Reizleitung im Herzen

Erstmals elektrische Kopplung von Muskelzellen und Makrophagen im Herzen nachgewiesen / Erkenntnisse könnten neue Therapieansätze bei Herzinfarkt und Herzrhythmus-Störungen ermöglichen / Publikation am 20. April 2017 in Cell

Makrophagen, auch Fresszellen genannt, sind Teil des Immunsystems und spielen eine wesentliche Rolle in der Abwehr von Krankheitserregern und bei der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Forschungsexpedition „Meere und Ozeane“ mit dem Ausstellungsschiff MS Wissenschaft

24.04.2017 | Veranstaltungen

3. Bionik-Kongress Baden-Württemberg

24.04.2017 | Veranstaltungen

Smart-Data-Forschung auf dem Weg in die wirtschaftliche Praxis

21.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Projekt CeGlaFlex: Hauchdünne, bruchsichere und biegsame Keramik und Gläser

24.04.2017 | Verfahrenstechnologie

Innovationspreis 2017 der Deutschen Hochschulmedizin e.V.

24.04.2017 | Förderungen Preise

Konfetti im Gehirn: Steuerung wichtiger Immunzellen bei Hirnkrankheiten geklärt

24.04.2017 | Medizin Gesundheit