PK-4: Plasmen in Schwerelosigkeit erforschen – atomare Prozesse verstehen
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PK-4: Plasmen in Schwerelosigkeit erforschen – atomare Prozesse verstehen
Die PK-4-Anlage
Alexander Gerst wird in seiner Mission "Blue Dot" auf der Internationalen Raumstation ISS die PK-4-Anlage in Empfang nehmen und im europäischen Columbus-Labor installieren. Mit der PK-4-Anlage sollen physikalische Grundlagen komplexer, dreidimensionaler Plasmen erforscht werden.
Credit:
MPE.
Die Plasmakristallexperimente sind ein europäisch-russisches Leuchtturmprojekt, da sie zu den erfolgreichsten Forschungsarbeiten auf der Internationalen Raumstation ISS zählen. Die Plasmakristallanlage PKE-Nefedov gehörte zu den ersten naturwissenschaftlichen Forschungslaboren auf der ISS. Mehr als 70 wissenschaftliche Publikationen belegen den Wissenszuwachs aus den Experimenten der letzten 15 Jahre. Seit 2014 ist im Columbus-Modul der Nachfolger PK-4 in Betrieb. Dank dieser ISS-Anlagen gewinnen die Wissenschaftler insbesondere in der Festkörper- und Flüssigkeitsphysik grundlegende Erkenntnisse, die zu langfristigen Anwendungen in der Weltraumphysik, der Plasmaphysik und -technologie, der Fusionsforschung sowie im Bereich technischer Flüssigkeiten führen sollen.
Plasma ist ein ionisiertes – also ein elektrisch leitendes – Gas, das in der Halbleiter- und Chiptechnologie und jüngst auch im medizinischen Bereich zum Abtöten multiresistenter Keime bei der Wundbehandlung und der Desinfektion eingesetzt wird. Wenn im Plasma zusätzlich Staubteilchen oder andere Mikropartikel enthalten sind, werden diese stark aufgeladen, und es entsteht ein „komplexes Plasma“. In der Schwerelosigkeit können sich die Teilchen frei im Raum ausbreiten und geordnete, dreidimensionale Kristallstrukturen bilden. Die Teilchen verhalten sich dabei ähnlich wie Atome in einem Festkörper oder in einer Flüssigkeit – mit dem Vorteil, dass im Plasma jeder Mikropartikel einzeln und wie in Zeitlupe beobachtet werden kann. Forscher können damit auf „atomarer“ Ebene verfolgen, wie ein Festkörper schmilzt, ein Glas entsteht oder wie sich Strömungen in Flüssigkeiten verändern.
Die Resultate werden das Verständnis komplexer Plasmen erweitern und in der Physik kondensierter Materie eine Rolle spielen. Wirtschaftliche Anwendungen werden in den Bereichen Halbleiterproduktion (unter anderem Mikrochips) sowie elektronisch veränderbarer Flüssigkeiten, wie sie heute in modernen Antrieben, Ventilen und Stoßdämpfern verwendet werden, erwartet.
