Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Plasmaexperimente in der Schwerelosigkeit

01.11.2016

ISS-Mission: Prof. Dr. Markus Thoma vom I. Physikalischen Institut der Universität Gießen steuerte im Kontrollzentrum in Toulouse gemeinsam mit einem internationalen Team Experimente der Apparatur PK-4

Bei Plasmaexperimenten in der Schwerlosigkeit steht die Dynamik von Vielteilchensystemen im Fokus. Auf der Internationalen Raumstation (International Space Station, kurz ISS) wird dazu u.a. seit zwei Jahren die sogenannte Apparatur PK-4 (das „Plasmakristallexperiment 4“) betrieben.


Das JLU-Team vor dem Parabelflugzeug (v.l.n.r.): Michael Kretschmer, Christopher Dietz, Christian Schinz, Benjamin Steinmüller, Thomas Nimmerfroh, Markus Thoma, Leon Kleinschmidt.

Foto: Michael Kretschmer / JLU


Prof. Markus Thoma („horizontal“) mit Christopher Dietz (vorn) und dahinter Christian Schinz beim Experimentieren in der Schwerelosigkeit.

Foto: Katrin Stang / DLR

Als kürzlich, Anfang Oktober 2016, eine Experimentmission mit PK-4 auf der ISS durchgeführt wurde, saß auch Prof. Dr. Markus Thoma vom I. Physikalischen Institut der Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU) mit im Kontrollzentrum in Toulouse, Frankreich.

Drei Tage lang steuerten Spezialisten der französischen Raumfahrtagentur CNES (Centre National D´ études spatiales) zusammen mit Wissenschaftlern die Experimente vom Kontrollraum aus. Auch der russische Kosmonaut Anatoli Ivanishin, mit dem das Bodenpersonal in Verbindung stand, beteiligte sich aktiv an den Experimenten.

Die aufgezeichneten Daten werden voraussichtlich Ende Oktober 2016 mit einer russischen Sojuskapsel zur Erde transportiert und anschließend den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern in Gießen und in anderen internationalen Forschungseinrichtungen zur Auswertung zur Verfügung stehen.

Modell von PK-4 an der JLU

Enge Verbindungen bestehen seit Jahren auch zwischen der JLU Gießen und dem Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE) in Garching. Ein Ingenieursmodell von PK-4, das bau- und funktionsgleich zum Flugmodell auf der ISS ist, befindet sich seit Mitte 2015 am I. Physikalischen Institut der JLU und wird zur Vorbereitung von Experimenten auf der ISS und zur Durchführung von Parabelflugexperimenten genutzt.

In der Arbeitsgruppe von Prof. Thoma am I. Physikalischen Institut werden bereits seit 2013 plasmaphysikalische Forschungen durchgeführt. Zuvor war der Gießener Physiker von 2002 bis 2013 am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE) in Garching als leitender Projektwissenschaftler für die Entwicklung der Apparatur PK-4 verantwortlich. PK-4 wurde in Zusammenarbeit mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), der European Space Agency (ESA), der russischen Raumfahrtagentur Roskosmos, dem Joint Institute for High Temperatures in Moskau und der Industriefirma OHB gebaut und wird seit 2014 auf der ISS betrieben. Zur Entwicklung der Experimenteinheit PK-4 wurden von 2003 bis 2012 in neun Parabelflugkampagnen Tests in der Schwerelosigkeit unternommen. Am MPE war dazu eine langjährige Expertise vorhanden, da dort bereits seit rund 20 Jahren Versuche in Parabelflügen sowie auf der Raumstation ISS durchgeführt werden.

Parabelflugkampagne in Bordeaux

Zusätzlich zu der Experimentmission auf der ISS, die jetzt von Toulouse aus gesteuert wurde, hatte Prof. Thoma im September 2016 mit der Apparatur PK-4 zusammen mit einem Team aus sechs Wissenschaftlern und Ingenieuren der JLU (Christopher Dietz, Leon Kleinschmidt, Dr. Michael Kretschmer, Thomas Nimmerfroh, Christian Schinz, Benjamin Steinmüller) an einer Parabelflugkampagne in Bordeaux teilgenommen. Dabei wurden in einem Airbus A310 – dem ehemaligen, für Parabelflugzwecke umgebauten Regierungsflugzeug „Konrad Adenauer“ – spezielle Manöver geflogen, so dass im Inneren für jeweils 20 Sekunden Schwerelosigkeit herrschte. An vier Flugtagen wurden pro Flug 31 Parabeln absolviert, nachdem die Versuchsapparaturen in der Woche vorher ins Flugzeug eingebaut wurden.

In den Parabelflügen wurden unter anderem sogenannte elektrorheologische Flüssigkeiten mit Hilfe eines komplexen Plasmas simuliert. Diese speziellen Flüssigkeiten, die ebenfalls kleine Partikel enthalten, verändern beim Anlegen von elektrischen Feldern stark ihre Eigenschaften. Feststellbar ist zum Beispiel eine sprunghafte Vergrößerung der Viskosität. Sie finden in Schockabsorbern und Bremssystemen wichtige Anwendungen. Die Bilddaten der Experimente, die nach Aussagen von Prof. Thoma erfreulicherweise alle sehr erfolgreich verlaufen seien, werden in Kürze in seiner Arbeitsgruppe ausgewertet. Sie sollen einen zentralen Beitrag zu zwei Dissertationen an der JLU darstellen.

Die Forschungsarbeiten zu den ISS- und Parabelflugexperimenten an der JLU werden vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) gefördert.

Untersuchung komplexer Plasmen als Modellsystem für die Grundlagenforschung

Plasmen sind elektrisch leitende Gase aus Elektronen, Ionen und Atomen oder Molekülen, die in elektrischen Entladungen oder durch hohe Temperaturen erzeugt werden. Sie kommen zum Beispiel bei der Beleuchtung in Neonröhren, aber auch bei der Mikrochipproduktion sowie in vielen anderen technischen Bereichen zur Anwendung. Ein Anwendungsbeispiel ist auch die Sterilisation – ein Thema, das ebenfalls in der Arbeitsgruppe von Prof. Thoma untersucht wird.

Ein Schwerpunkt der Forschungen in der Gießener Arbeitsgruppe von Prof. Thoma liegt auf der Untersuchung sogenannter komplexer Plasmen, die neben dem Plasmagas noch Mikrometer große Partikel („Staub“) enthalten. Diese „Staub“-Partikel laden sich im Plasma durch Elektronenanlagerung stark negativ auf und bilden aufgrund der elektrostatischen Wechselwirkung untereinander ein stark gekoppeltes Vielteilchensystem. In solchen Systemen können interessante neuartige Phänomene auftreten, wie beispielsweise die Anordnung der Partikel in einer kristallinen Struktur, dem sogenannten Plasmakristall.

Komplexe Plasmen sind in Plasmakammern leicht herzustellen und zu beobachten. Sie stellen deshalb ein einzigartiges Modellsystem für die Grundlagenforschung der Dynamik von Vielteilchensystemen dar, wie zum Beispiel bei der Untersuchung von Phasenübergängen auf dem mikroskopischen Niveau der einzelnen Teilchen.

Im Labor müssen die geladenen Partikel durch elektrische Felder in der Schwebe gehalten werden, damit man sie beobachten kann. Diese Felder beeinflussen aber die Wechselwirkung zwischen den Teilchen. Für viele Fragestellungen sei es daher notwendig, komplexe Plasmen in der Schwerelosigkeit zu untersuchen, erklärt Prof. Thoma.

Kontakt

Prof. Dr. Markus Thoma
I. Physikalisches Institut der Justus-Liebig-Universität Gießen
Heinrich-Buff-Ring 16, 35392 Gießen
Telefon: 0641 99 33100/1
E-Mail: Markus.H.Thoma@exp1.physik.uni-giessen.de

Die 1607 gegründete Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU) ist eine traditionsreiche Forschungsuniversität, die über 28.000 Studierende anzieht. Neben einem breiten Lehrangebot – von den klassischen Naturwissenschaften über Rechts- und Wirtschaftswissenschaften, Gesellschafts- und Erziehungswissenschaften bis hin zu Sprach- und Kulturwissenschaften – bietet sie ein lebenswissenschaftliches Fächerspektrum, das nicht nur in Hessen einmalig ist: Human- und Veterinärmedizin, Agrar-, Umwelt- und Ernährungswissenschaften sowie Lebensmittelchemie. Unter den großen Persönlichkeiten, die an der JLU geforscht und gelehrt haben, befindet sich eine Reihe von Nobelpreisträgern, unter anderem Wilhelm Conrad Röntgen (Nobelpreis für Physik 1901) und Wangari Maathai (Friedensnobelpreis 2004). Seit 2006 wird die JLU sowohl in der ersten als auch in der zweiten Förderlinie der Exzellenzinitiative gefördert (Excellence Cluster Cardio-Pulmonary System – ECCPS; International Graduate Centre for the Study of Culture – GCSC).

Weitere Informationen:

https://www.uni-giessen.de/fbz/fb07/fachgebiete/physik/einrichtungen/ipi
https://www.uni-giessen.de/fbz/fb07/fachgebiete/physik/einrichtungen/ipi/ag/ag6
http://www.dlr.de/dlr/desktopdefault.aspx/tabid-10337/1345_read-10069/#/gallery/...

Lisa Dittrich | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Rätselhaftes IceCube-Ereignis könnte von Tau-Neutrino stammen
19.06.2018 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

nachricht Ein neues Experiment zum Verständnis der Dunklen Materie
14.06.2018 | 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: Überdosis Calcium

Nanokristalle beeinflussen die Differenzierung von Stammzellen während der Knochenbildung

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universitäten Freiburg und Basel haben einen Hauptschalter für die Regeneration von Knochengewebe identifiziert....

Im Focus: Overdosing on Calcium

Nano crystals impact stem cell fate during bone formation

Scientists from the University of Freiburg and the University of Basel identified a master regulator for bone regeneration. Prasad Shastri, Professor of...

Im Focus: AchemAsia 2019 in Shanghai

Die AchemAsia geht in ihr viertes Jahrzehnt und bricht auf zu neuen Ufern: Das International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production findet vom 21. bis 23. Mai 2019 in Shanghai, China statt. Gleichzeitig erhält die Veranstaltung ein aktuelles Profil: Die elfte Ausgabe fokussiert auf Themen, die für Chinas Prozessindustrie besonders relevant sind, und legt den Schwerpunkt auf Nachhaltigkeit und Innovation.

1989 wurde die AchemAsia als Spin-Off der ACHEMA ins Leben gerufen, um die Bedürfnisse der sich damals noch entwickelnden Iindustrie in China zu erfüllen. Seit...

Im Focus: AchemAsia 2019 will take place in Shanghai

Moving into its fourth decade, AchemAsia is setting out for new horizons: The International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production will take place from 21-23 May 2019 in Shanghai, China. With an updated event profile, the eleventh edition focusses on topics that are especially relevant for the Chinese process industry, putting a strong emphasis on sustainability and innovation.

Founded in 1989 as a spin-off of ACHEMA to cater to the needs of China’s then developing industry, AchemAsia has since grown into a platform where the latest...

Im Focus: Li-Fi erstmals für das industrielle Internet der Dinge getestet

Mit einer Abschlusspräsentation im BMW Werk München wurde das BMBF-geförderte Projekt OWICELLS erfolgreich abgeschlossen. Dabei wurde eine Li-Fi Kommunikation zu einem mobilen Roboter in einer 5x5m² Fertigungszelle demonstriert, der produktionsübliche Vorgänge durchführt (Teile schweißen, umlegen und prüfen). Die robuste, optische Drahtlosübertragung beruht auf räumlicher Diversität, d.h. Daten werden von mehreren LEDs und mehreren Photodioden gleichzeitig gesendet und empfangen. Das System kann Daten mit mehr als 100 Mbit/s und fünf Millisekunden Latenz übertragen.

Moderne Produktionstechniken in der Automobilindustrie müssen flexibler werden, um sich an individuelle Kundenwünsche anpassen zu können. Forscher untersuchen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Hengstberger-Symposium zur Sternentstehung

19.06.2018 | Veranstaltungen

LymphomKompetenz KOMPAKT: Neues vom EHA2018

19.06.2018 | Veranstaltungen

Simulierter Eingriff am virtuellen Herzen

18.06.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Rätselhaftes IceCube-Ereignis könnte von Tau-Neutrino stammen

19.06.2018 | Physik Astronomie

Automatisierung und Produktionstechnik – Wandlungsfähig – Präzise – Digital

19.06.2018 | Messenachrichten

Überdosis Calcium

19.06.2018 | Medizin Gesundheit

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics