Plasma-Fenster hält Vakuum
Während ein Vakuum bisher mit starren Ventilen aus Stahl, Kunststoff- und Kupferdichtungen abgeschlossen wird, könnte eine unsichtbare Wand aus geladenen Teilchen diese Aufgabe eleganter übernehmen.
Plasma-Fenster hält Vakuum
Luftleere Räume bilden die grundlegende Voraussetzung für viele Experimente der modernen Physik. Während ein Vakuum bisher mit starren Ventilen aus Stahl, Kunststoff- und Kupferdichtungen abgeschlossen wird, könnte eine unsichtbare Wand aus geladenen Teilchen diese Aufgabe eleganter übernehmen. US-Physiker entwickelten nun ein solches Plasma-Fenster, um vor allem das sensible Vakuum in den Röhren von Teilchenbeschleuniger besser zu schützen.
Ady Hershcovitch mit dem Plasma-Ventil, das ohne bewegliche Teile auskommt. (Quelle: BNL)
Im Unterschied zu traditionellen Ventilen hat ein Plasma-Ventil keine bewegten Bauteile und kann dadurch Luft vom Vakuum sehr viel schneller abgrenzen. Ady Hershcovitch und Kollegen am Brookhaven National Laboratory in Upton gelang es, innerhalb einer einzigen Nanosekunde das Plasma-Ventil zu schließen und einen zerstörerischen Lufteinfall abrupt zu stoppen. In dieser extrem kurzen Zeitspanne bauen sich – elektronisch gesteuert – elektrische und magnetische Felder auf. Diese Felder innerhalb eines Kupferzylinders stabilisieren ein Plasma aus ionisierten, 15.000 Grad heißen Teilchen eines zugeführten Gases.
Wollen nun äußere Luftmoleküle durch diese fast masselose Plasma-Hürde in das Vakuum eindringen, stoßen sie auf die geladene Plasma-Wolke und prallen ab – das Vakuum ist geschützt. Als erste werden wohl Teilchenphysiker mit ihren teilweise Kilometer langen, luftleeren Beschleunigerröhren von dieser neuen Ventil-Technik profitieren. Denn jedes kleinste Luftleck kann die komplexen Versuche auf Tage und Wochen verzögern. So lange kann es dauern, bis leistungsfähige Vakuumpumpen die störenden Luftteilchen aus der Röhre und den Stahlwänden wieder abgesaugt haben. Der ultraschnelle Abschluss mit den Plasma-Ventilen könnte diese Zeit wesentlich verringern helfen.
Auch für die zur Zeit in vielen Laboratorien weltweit durchgeführten Vakuum-Experimente an Nanomaterialien könnten mit dem Plasma-Ventil neue Zeiten anbrechen. So gestaltet es sich relativ schwierig, neue Substanzen in ein Vakuum einzuschleusen. Doch mit geschickt konstruierten Plasma-Schleusen ist ein schnellerer und leichterer Zugriff in die Vakuumkammer der Physiker denkbar.
Jan Oliver Löfken
Quelle: Physik Journal, Oktober 2003, S. 14
