Sascha Ott
Die Antriebskraft ist Luft, Hochdruckluft. Die Druckluft kommt von diesem Kompressor, der erzeugt einen Druck von 700 Atmosphären. Anschließend wird die Druckluft durch dieses Rohr in den Nebenraum zur Maschine geleitet.
Die "Maschine", die Xinsheng Huang im Nebenraum präsentiert, sieht aus wie eine etwas größere Wäscheschleuder. Huang hat sie hier am japanischen Atomforschungszentrum in Tokai nördlich von Tokio konstruiert, um ein bisher fast unerforschtes Gebiet der Materialwissenschaften zu erkunden: die Megagravitation. In der zylindrischen Stahlkammer kann eine Material-Probe in einem Vakuum sehr schnell zum Rotieren gebracht werden. Um dies zu demonstrieren senkt Huang langsam den Stahldeckel und verschließt die Kammer luftdicht. Ein Motor pumpt die Luft aus der Kammer. Innen herrschen jetzt weniger als ein hundertstel Millibar. Dann ist es soweit: Ein Ventil wird geöffnet. Die Druckluft aus dem Kompressor versetzt die Zentrifuge in Rotation. Zunächst langsam, dann immer schneller, bis sie schließlich eine Geschwindigkeit von fast 200.000 Umdrehungen pro Minute erreicht.
Auf die Probe, die in der Kammer rotiert, wirken jetzt enorme Fliehkräfte. Sie entsprechen in etwa dem ein millionenfachen der normalen Erdanziehungskraft. Diese Megagravitation kann die atomare Struktur des Probenmaterials grundlegend verändern, da die Fliehkräfte stärker als die chemischen Bindungskräfte sind. Die Folge: Die Atome eines Festkörpers verlassen ihren ursprünglichen Platz und gehen auf Wanderschaft. Zum Beispiel befinden sich im Moment einige Dutzend Gramm einer Verbindung aus Tellur und Selen in der Zentrifuge. Die Megagravitation wirkt auf die schweren Tellur- und die leichteren Selen-Atome unterschiedlich, erklärt der Ingenieur Toyotaka Osakabe:
Das Tellur bewegt sich in Richtung der Schwerkraft und das Selen in die entgegen gesetzte Richtung. Danach haben wir eine atomare Gradientenstruktur. Die kann man nicht mit bloßem Auge sehen, aber unter dem Elektronenmikroskop können wir die Verteilung der unterschiedlichen Atome in der Probe bestimmen.
Eine solche Gradientenstruktur sieht dann so aus, dass an einem Ende der Probe die Konzentration von Selen sehr hoch ist, während sich am anderen Ende fast nur Tellur-Atome befinden. Dazwischen liegt ein stufenloser Übergang. Solche Gradientenmaterialien können besonders widerstandsfähig sein und werden zum Beispiel für den Hitzeschutz in der Raumfahrt verwendet. In ähnlicher Weise können mit Hilfe der hohen Gravitation die unterschiedlich schweren Isotope eines Elements voneinander getrennt werden.
Die Anreicherung der Isotope ist nützlich für die Medizin und die Industrie. Aber normalerweise geschieht dies in gasförmigem Zustand des Materials. Wir aber können die Isotope im festen Zustand des Materials konzentrieren. Das ist sehr wirkungsvoll.
Neben neuen Materialien wollen die japanischen Physiker aber in den kommenden Jahren vor allem wissenschaftliche Grundlagen näher erforschen: zum Beispiel die chemischen Bindungen und die elektrischen Eigenschaften der Atome oder das Kristallwachstum. Im Labor steht auch bereits der Nachfolger der aktuellen Zentrifuge, der in einem Jahr noch schnellere Rotationen ermöglichen soll. Die Kraft, die auf eine Probe wirkt, soll dann sage und schreibe zwei Millionen mal stärker sein als die Erdanziehung.
Die Antriebskraft ist Luft, Hochdruckluft. Die Druckluft kommt von diesem Kompressor, der erzeugt einen Druck von 700 Atmosphären. Anschließend wird die Druckluft durch dieses Rohr in den Nebenraum zur Maschine geleitet.
Die "Maschine", die Xinsheng Huang im Nebenraum präsentiert, sieht aus wie eine etwas größere Wäscheschleuder. Huang hat sie hier am japanischen Atomforschungszentrum in Tokai nördlich von Tokio konstruiert, um ein bisher fast unerforschtes Gebiet der Materialwissenschaften zu erkunden: die Megagravitation. In der zylindrischen Stahlkammer kann eine Material-Probe in einem Vakuum sehr schnell zum Rotieren gebracht werden. Um dies zu demonstrieren senkt Huang langsam den Stahldeckel und verschließt die Kammer luftdicht. Ein Motor pumpt die Luft aus der Kammer. Innen herrschen jetzt weniger als ein hundertstel Millibar. Dann ist es soweit: Ein Ventil wird geöffnet. Die Druckluft aus dem Kompressor versetzt die Zentrifuge in Rotation. Zunächst langsam, dann immer schneller, bis sie schließlich eine Geschwindigkeit von fast 200.000 Umdrehungen pro Minute erreicht.
Auf die Probe, die in der Kammer rotiert, wirken jetzt enorme Fliehkräfte. Sie entsprechen in etwa dem ein millionenfachen der normalen Erdanziehungskraft. Diese Megagravitation kann die atomare Struktur des Probenmaterials grundlegend verändern, da die Fliehkräfte stärker als die chemischen Bindungskräfte sind. Die Folge: Die Atome eines Festkörpers verlassen ihren ursprünglichen Platz und gehen auf Wanderschaft. Zum Beispiel befinden sich im Moment einige Dutzend Gramm einer Verbindung aus Tellur und Selen in der Zentrifuge. Die Megagravitation wirkt auf die schweren Tellur- und die leichteren Selen-Atome unterschiedlich, erklärt der Ingenieur Toyotaka Osakabe:
Das Tellur bewegt sich in Richtung der Schwerkraft und das Selen in die entgegen gesetzte Richtung. Danach haben wir eine atomare Gradientenstruktur. Die kann man nicht mit bloßem Auge sehen, aber unter dem Elektronenmikroskop können wir die Verteilung der unterschiedlichen Atome in der Probe bestimmen.
Eine solche Gradientenstruktur sieht dann so aus, dass an einem Ende der Probe die Konzentration von Selen sehr hoch ist, während sich am anderen Ende fast nur Tellur-Atome befinden. Dazwischen liegt ein stufenloser Übergang. Solche Gradientenmaterialien können besonders widerstandsfähig sein und werden zum Beispiel für den Hitzeschutz in der Raumfahrt verwendet. In ähnlicher Weise können mit Hilfe der hohen Gravitation die unterschiedlich schweren Isotope eines Elements voneinander getrennt werden.
Die Anreicherung der Isotope ist nützlich für die Medizin und die Industrie. Aber normalerweise geschieht dies in gasförmigem Zustand des Materials. Wir aber können die Isotope im festen Zustand des Materials konzentrieren. Das ist sehr wirkungsvoll.
Neben neuen Materialien wollen die japanischen Physiker aber in den kommenden Jahren vor allem wissenschaftliche Grundlagen näher erforschen: zum Beispiel die chemischen Bindungen und die elektrischen Eigenschaften der Atome oder das Kristallwachstum. Im Labor steht auch bereits der Nachfolger der aktuellen Zentrifuge, der in einem Jahr noch schnellere Rotationen ermöglichen soll. Die Kraft, die auf eine Probe wirkt, soll dann sage und schreibe zwei Millionen mal stärker sein als die Erdanziehung.