Kühlschrank der Zukunft

Gase lassen sich durch Laserbeschuss kühlen. Forschern der Universität Bonn ist es gelungen, diese 30 Jahre alte Idee nun endlich in die Praxis umzusetzen. Sie beschossen ein Gasgemisch aus Argon und Rubidium mit einem Laser und kühlten es so innerhalb weniger Sekunden um knapp 70 Grad ab. Das neue Verfahren erlaubt es den Forschern, Gase abzukühlen, ohne dass sie sich verflüssigen, und eröffnet so der Materialforschung neue Möglichkeiten. Wenn es gelingt, die Methode entsprechend weiterzuentwickeln, sind vielleicht schon bald Mini-Kühlschränke mit bisher unerreichter Kühlleistung erhältlich.
Das Prinzip der "Kühlung durch Licht-Rückstoß", auf dem die neue Technik basiert, wiesen Forscher aus Helsinki und New York 1978 erstmals nach. Es hat aber 30 Jahre gedauert, bis es wirklich in die Praxis umgesetzt werden konnte. Das ist nun den Bonner Forschern gelungen. Sie beschossen Gasteilchen mit Lasern und kühlten sie so ab. Wenn die Laserstrahlen die richtige Wellenlänge besitzen und das Gas unter Druck steht, schlagen sie Elektronen von Gasmolekülen aus ihren gewohnten Bahnen. Diese negativ geladenen Teilchen tendieren dazu, wieder in die alte Bahn zu springen ? es sei denn, sie werden zurückgehalten. Dies kann durch Energie in irgendeiner Form geschehen, beispielsweise durch die Bewegungsenergie der Gasteilchen: Die Elektronen nehmen einen Teil dieser Energie auf und springen daher nicht zurück in die ursprüngliche Bahn. Die Gasteilchen werden dadurch abgebremst und das Material kühlt sich somit ab. Je geringer die Geschwindigkeit seiner Teilchen, desto kleiner ist die Temperatur eines Stoffes.

Die Bonner Forscher wandten genau dieses Prinzip an und brachten gasförmiges Argon, das Spuren von Rubidium enthielt, auf einen Druck von 230 bar. Durch den Laserbeschuss kühlte es sich in wenigen Sekunden um 66 Kelvin ab. Mit konventionellen Methoden hätte dies viel länger gedauert. Normalerweise nehmen gasförmige Substanzen bei ihrer Abkühlung einen Weg über den flüssigen Zustand, bevor sie bei weiterer Abkühlung fest werden. Mit der Lasermethode sinkt die Temperatur aber so rapide, dass das Gas seinen Aggregatzustand nicht ändern kann.

Die Forscher können also Gase weit unter ihren Kondensations- und Schmelzpunkt abkühlen, ohne dass diese fest werden. Möglicherweise lassen sich mit der neuen Methode sogar Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt erreichen, der bei minus 273,15 Grad Celsius liegt, mutmaßt Co-Autor Martin Weitz. Die "unterkühlten" Gase sind für viele Materialforscher interessant, da sie spezielle Eigenschaften zeigen. Sie könnten zum Beispiel bei der Entwicklung neuer Kühlschränke mit viel höheren Kühlleistungen eingesetzt werden. Bisherige Kühlschränke arbeiten mit Kühlflüssigkeiten und verbrauchen viel Energie, die durch Einsatz der Gastechnik eingespart werden könnte.

Ulrich Vogl und Martin Weitz (Universität Bonn): Nature (doi: 10.1038/nature08203).


ddp/wissenschaft.de ? Martina Bisculm


Reload-Capcha neu laden Text der identifiziert werden soll

Bitte geben Sie zusätzlich noch den Sicherheitscode ein!

Rubriken

 


Harte Nuss
Rätsel: Berühmte Entdecker gesucht

 

Der Buchtipp

Der italienische Ökologe und Insektenforscher Gianumberto Accinelli erklärt Dominoeffekte in der Natur kindgerecht und mit einer Prise Humor. Sein Sachbuch ist Wissensbuch des Jahres 2017 in der Kategorie Perspektive.

Zu allen Buchtipps


Alle Rechte vorbehalten
Vervielfältigung nur mit Genehmigung der Konradin Mediengruppe