Robert Klatt
Plasma ist eigentlich für seine sehr hohen Temperaturen bekannt. Nun haben Forscher eine Kältekanone auf Basis eines Plasmastrahls entwickelt. Die US-Luftwaffe möchte diese zukünftig in oberen Atmosphärenschichten und im Weltraum nutzen.
Charlottesville (U.S.A.). Plasma, ein Gemisch aus freien Elektronen, Ionen sowie meist auch Molekülen oder neutralen Atomen, ist in der Physik für seine hohen Temperaturen bekannt. Im Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST), einem chinesischen Kernfusionsreaktor, erreichte das Plasma kürzlich eine Temperatur von rund 100 Millionen Grad Celsius.
Forscher um Patrick E. Hopkins von der University of Virginia (UVA), die eigentlich daran arbeiten, Temperaturen mit hoher zeitlicher Auflösung zu messen, haben laut einer Publikation im Fachmagazin Nature 2022 zufällig entdeckt, dass kurze Plasmapulse Oberflächen für wenige Mikrosekunden kühlen können. Weil zuvor keine ausreichend hochauflösende Messtechnik vorhanden war, konnten andere Wissenschaftler den anfänglichen Kühlung des Plasmas zuvor nicht beobachten.
Die Physiker um Hopkins haben auf Basis ihrer Entdeckung nun eine Kältekanone mit einem Helium-Plasma-Kühlstrahl entwickelt. Wenn dieser Kühlstrahl auf Materialien mit einer speziellen Oberflächenbeschichtung trifft, entsteht ein kurzzeitiger Kühleffekt, weil das Plasma zum Verdampfen einer dünnen Schicht von Kohlenstoff- und Wassermolekülen führt. Durch das Verdampfen wird dem darunterliegenden Material Energie entzogen. Der Prozess ist vergleichbar mit dem Schwitzen, bei dem Wasser auf der Haut verdampft.
Die US-Luftwaffe fördert die weitere Entwicklung des Kühlstrahls mit 750.000 US-Dollar. Das Ziel ist eine Kühllösung, die auch in oberen Atmosphärenschichten mit dünner Luft und im Weltraum funktioniert. Sie soll Halbleiter und andere elektrische Bauteile mit hoher Leistungsdichte besser kühlen als die bisher verwendeten Radiatoren.
Laut Hopkins soll das Fördergeld dazu verwendet, die Dauer des Kühleffekts zu erhöhen. Erreicht werden soll dies durch die Verwendung unterschiedlichen Oberflächenbeschichtungen und Gase zur Erzeugung des Plasmas.
Nature, doi: 10.1038/s41467-022-30170-5
