Schwerelos – Greifswalder Physiker untersuchen Plasmapartikel im freien Fall

Bei diesen Experimenten untersuchte das Team um Professor Dr. André Melzer feste Partikel in einem Plasma, das heißt, einem heißen, ionisierten Gas. Die Bewegung dieser Partikel kann nur in der Schwerelosigkeit exakt vermessen werden. Solche Zustände entstehen bei Parabelflügen.

Die Experimente fanden in Zusammenarbeit mit Kollegen der Universität Kiel statt und werden vom Deutschen Zentrum für Luft und Raumfahrt (DLR) gefördert.

Heiße, ionisierte Gase mit festen Partikeln werden als staubige Plasmen bezeichnet. Sie findet man beispielsweise in den Ringen des Saturn. Sie entstehen aber auch unerwünscht in den Ätzreaktoren zur Herstellung von Computerchips oder werden gezielt bei der Herstellung von Dünnschicht-Solarzellen erzeugt.

Um die Vorgänge in astrophysikalischen oder technologischen staubigen Plasmen verstehen zu können, müssen die räumlichen Bewegungen der Partikel gemessen werden. Dazu werden Experimente unter Schwerelosigkeit durchgeführt, bei denen sich die Partikel in dem gesamten Plasmavolumen verteilen können. Unter normalen Bedingungen sammeln sich die Partikel an unteren Rand des Plasmas und bilden dort eine schwebende Scheibe.
Die Greifswalder Physiker Prof. André Melzer, Michael Himpel und Carsten Killer haben deshalb ihre Versuchsapparatur in ein speziell ausgestattetes Flugzeug des Typs Airbus A300 eingebaut. Der A300 ZERO-G startet vom Flughafen Bordeaux-Mérignac in Frankreich zu Parabelflügen. Dabei wird ein kompliziertes Flugmanöver ausgeführt, bei dem sich das Flugzeug im freien Fall befindet und somit die Schwerkraft quasi unwirksam ist. Für 22 Sekunden befinden sich das Experiment und die Experimentatoren unter Schwerelosigkeit ähnlich wie auf der Raumstation ISS. Solche Parabeln werden an drei Flugtagen jeweils 31mal geflogen, so dass insgesamt über eine halbe Stunde Schwerelosigkeitsexperimente möglich sind.

Bei den Greifswalder Experimenten werden die Partikel mit mehreren Hochgeschwindigkeitskameras stereoskopisch beobachtet. Ähnlich wie beim räumlichen Sehen mit zwei Augen erlauben die Messungen mit mehreren Kameras die Bestimmung der vollen, dreidimensionalen Bewegung der Partikel. Mit dieser einzigartigen Apparatur können Strukturen in der Anordnung der Partikel erkannt, Wellenvorgänge aufgezeichnet und die Grenzen der Partikelwolken vermessen werden.

Die Greifswalder nehmen schon seit mehreren Jahren regelmäßig an diesen Parabelflügen teil. Ziel der Untersuchungen ist, die Anordnung der Partikel im Plasma sowie die in der Plasmaumgebung wirkenden Kräfte zu verstehen. Die Wechselwirkung der Partikel untereinander sowie mit dem Plasma führt zur Ausbildung vieler interessanter Phänomene, die es zu erklären gilt, so zum Beispiel selbsterregte Wellen, Grenzschichten zwischen verschiedenen Partikelsorten oder Staubströmungen.

Weitere Informationen
Institut für Physik der Universität Greifswald
http://www.physik.uni-greifswald.de/
Internetseite der Arbeitsgruppe Kolloidale Plasmen
http://www5.physik.uni-greifswald.de/research.html
Seiten des DLR zu Parabelflügen
http://www.dlr.de/rd/desktopdefault.aspx/tabid-2282/3421_read-5230/

Fotos: privat
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Ansprechpartner an der Universität Greifswald
Prof. Dr. André Melzer
Institut für Physik
Felix-Hausdorff-Straße 6, 17489 Greifswald
Telefon 03834 86-4790
melzer@physik.uni-greifswald.de