Blitzende Blasen - wissenschaft.de
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Blitzende Blasen

Schall bringt Luftblasen zum Leuchten – ein physikalisches Phänomen, das auch die Pharmaindustrie interessiert

Eine einsame Luftblase schwebt im Zentrum eines Glases, das mit Wasser gefüllt ist. Unhörbar für das menschliche Ohr donnern Ultraschallwellen mit dem Druck eines Preßlufthammers auf die Blase zu. Nach kurzer Zeit beginnt sie wie ein Stern am Nachthimmel zu leuchten. Dieses Phänomen heißt Sonolumineszenz – aus Schall wird Licht.

Physikalisch passiert dabei folgendes: Das Ultraschallfeld wird in raschem Takt auf- und abgebaut. Jedesmal wenn sich der Druck der Schallwellen zum Zentrum des Glases hin richtet, wird die Luftblase dort mit großer Kraft zusammengequetscht. Die ganze Schallenergie konzentriert sich dann auf wenige Gasmoleküle, deren Energie dadurch auf das ein Billionfache des Üblichen steigt.

Unter diesen extremen Bedingungen brechen die Moleküle auf, ihre Bestandteile werden ionisiert – ein Plasma entsteht. Wenn sich dann die Elektronen und Ionen wiedervereinigen, gibt es einen Lichtblitz. Zahlreiche solche Blitze werden so rasch hintereinander abgefeuert, daß das menschliche Auge sie als einen konstanten Schein wahrnimmt. Die Temperatur im Blaseninnern wechselt im Takt des Schallimpulses zwischen 10 Grad und enormen 100000 Grad Celsius.

Einer Gruppe von Physikern ist es vor kurzem gelungen, vorherzusagen, bei welchen Blasengrößen und bei welchen Schalldrücken stets gleich intensive Blitze an einem exakt wiederkehrenden Zeitpunkt im Oszillationszyklus entstehen. Mit Hilfe des Computers berechneten Dr. Detlef Lohse und Dr. Sascha Hilgenfeld von der Universität Marburg sowie Dr. Michael Brenner vom Massachusetts Institute of Technology die Bedingungen für stabile Sonolumineszenz.

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Die Sonolumineszenz ist nicht nur von theoretischem Interesse: In der Pharmaindustrie arbeiten Wissenschaftler daran, die Ultraschalldiagnostik mit Erkenntnissen aus der Sonolumineszenz-Forschung zu verbessern. Denn bislang kann man fast nur festes Gewebe mit Ultraschall untersuchen – der Bildkontrast für Blutgefäße ist zu gering.

Die neue Methode: Dem Patienten wird eine Flüssigkeit mit Bläschen injiziert, die lediglich ein Mikrometer groß sind. Wird jetzt Ultraschall wie gewohnt in den Körper des Patienten eingestrahlt, bekommt man auch von den Adern ein starkes Schallsignal zurück. Wegen der Winzigkeit der Luftbläschen besteht keine Gefahr, daß sie eine lebensgefährliche Embolie auslösen.

Beatrice Wagner

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