Behälterlose Wissenschaft

Schwebeverfahren erleichtert Forschung.

Palo Alto (pte) (pte016/19.03.1998/20:35)

Der Electrostatic Levitator (ESL), der kürzlich im Marshall Space Flight Center http://science.msfc.nasa.gov/default.htm der NASA http://www.nasa.gov installiert wurde, verwendet statische Elektrizität, um ein Objekt in einer Vakuumkammer in der Schwebe zu halten. Somit kann dieses Objekt von Forschern für Untersuchungszwecke genutzt werden. Gleichzeitig erhitzt ein Laser die Probe, bis sie schmilzt, so daß die Wissenschaftler eine breite Palette physikalischer Eigenschaften aufzeichnen können, ohne daß ein Kontakt mit dem Behälter zustande kommt.

Zur Herstellung verbesserter Legierungen und anderer Verbindungen müssen physikalische Eigenschaften wie Oberflächenspannung, Viskosität ,Wärmekapazität, Unterkühlung http://science.msfc.nasa.gov/newhome/headlines/msad09mar98_2.htm und Kristallisationskeimbildung untersucht werden. Die exakte Messung dieser Größen war bisher schwierig, denn jedes Hilfsmittel zum Transport oder zur Unterbringung einer geschmolzenen Probe konnte die Ergebnisse verändern.

Diese Probleme können dadurch gelöst werden, daß keine taktile Einwirkung stattfindet: Eine kleine Probe wird durch statische Elektrizität zum Schweben gebracht. Dies ermöglicht der ESL, der von Loral Space Systems http://www.loral.com in Palo Alto, Kalifornien, entwickelt.

Beim ESL laden zwei große, waagerechte Elektrodenplatten die Probe elektrisch auf und stoßen sie ab, bis sie zwischen den beiden Platten eine Balance erreicht. Zwei kleinere Elektrodenpaare positionieren die Probe horizontal. Eine Deuterium-Bogenlampe von hoher Leuchtkraft bestrahlt sie, um die elektrische Ladung zu ersetzen, welche die heiße Probe verliert, wenn sie Elektronen ausstrahlt. Die Leistung der elektrostatischen Geräte ist jedoch begrenzt: Der Durchmesser der Proben darf nicht mehr als 3 mm betragen.

Um Messungen ohne taktile Einwirkungen zu ermöglichen, nutzt der ESL verschiedene Sensoren, die durch Beobachtungsöffnungen in den Wänden in die Vakuumkammer sehen können. Eine CCD-Videokamera hinter einem Fernmikroskop gestattet eine vergrößerte Ansicht der Probe, die von einer herkömmlichen Lampe bestrahlt wird, bis sie glühend heiß ist. Die Bilder können auf Video aufgezeichnet und zur Analyse digitalisiert werden. Ein Pyrometer, das durch einen Infrarotfilter sieht, mißt die von der Probe ausgestrahlte Hitze. Die von den Positionssensoren gesammelten Bilder können auch in wissenschaftlichen Analysen verwandt werden. Ebenso können Wissenschaftler bei Verwendung des ESL ihre eigenen Instrumente nutzen. (Spektrum der Wissenschaft) (Ende)