Laserblitze auf Entdeckungstour 23.12.2016, 12:32 Uhr

Funktionieren Supraleiterkabel auch bei höheren Temperaturen?

Strom verlustfrei transportieren ist möglich, aber wegen der Kühlung teuer. Jetzt soll das Geschehen in derartigen Leitern ergründet werden. Forscher hoffen, dann Kabelmaterial entwickeln zu können, das bereits bei höheren Temperaturen supraleitend wird.

Physikern der Universität Duisburg-Essen (UDE) ist es gelungen, den Energiefluss im HTSL-Material nachzuverfolgen: Im Versuchsaufbau erscheinen die zwei Laserstrahlen durchgehend, weil sie sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen – tatsächlich sind es aber wenige Billiardstel einer Sekunde lange Lichtpulse. Mit dem roten Laser wird die Probe angeregt, abgefragt wird mit UV-Licht. Da Letzteres für das menschliche Auge nicht sichtbar ist, wird es im Foto durch den grünen Strahl ersetzt.

Physikern der Universität Duisburg-Essen (UDE) ist es gelungen, den Energiefluss im HTSL-Material nachzuverfolgen: Im Versuchsaufbau erscheinen die zwei Laserstrahlen durchgehend, weil sie sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen – tatsächlich sind es aber wenige Billiardstel einer Sekunde lange Lichtpulse. Mit dem roten Laser wird die Probe angeregt, abgefragt wird mit UV-Licht. Da Letzteres für das menschliche Auge nicht sichtbar ist, wird es im Foto durch den grünen Strahl ersetzt.

Foto: AG Bovensiepen/UDE

An der Universität Duisburg-Essen geht es zuweilen zu wie in einer Disco, in der wild zuckende Lichtblitze Momentaufnahmen der Tanzenden sichtbar machen. Die Blitze des Stroboskops, das die Forscher verwenden, sind allerdings um viele Größenordnungen kürzer. Sie dauern nur wenige Billiardstel einer Sekunde.

Im Versuch sind die roten Laserblitze als durchgehender Strahl zu sehen, weil das menschliche Auge bei der hohen Frequenz überfordert ist. Das Blitzebombardement regt ein besonderes Material an: einen Hochtemperatur-Supraleiter (HTSL). Dieser hat die Eigenschaft, Strom widerstands- und damit verlustfrei zu transportieren, wenn er beispielsweise von flüssigem Stickstoff auf minus 196 Grad Celsius abgekühlt wird. Was dabei in dem Material vor sich geht wollen die Forscher im Ruhrgebiet herausfinden.

HTSL-Kabel in Essen seit mehr als zwei Jahren in Betrieb

Dass es funktioniert, selbst mit hohen Strömen, ist längst erwiesen: In Essen ist seit mehr als zwei Jahren ein 1.000 m langes HTSL-Kabel in Betrieb. AmpaCity heißt das Projekt. Bei einer Spannung von 10.000 Volt überträgt das HTSL-Kabel eine Leistung von 40 MW, fünfmal mehr als das zuvor eingesetzte Normalkabel, das dazu eine Spannung von 110.000 Volt brauchte.

Herzstück des Projekts AmpaCity: das Supraleiterkabel.

Herzstück des Projekts AmpaCity: das Supraleiterkabel.

Foto: Innogy

Doch niemand weiß, was im Inneren der HTSL-Strecke vor sich geht. Das aber wäre wichtig zu wissen, um Kabelmaterial herzustellen, das bei noch höheren Temperaturen supraleitend ist, vielleicht sogar ganz ohne Kühlung.

Grüner Laser zur Demonstration

„Wir Physiker möchten solche komplexen Materialien verstehen“, sagt Professor  Uwe Bovensiepen, Sprecher des Sonderforschungsbereichs „Nichtgleichgewichtsdynamik kondensierter Materie in der Zeitdomäne“ und Mitglied im Center for Nanointegration Duisburg-Essen (Cenide). Dazu feuert sein Team rote Laserblitze auf das HTSL-Material.

Die eingebrachte Energie lässt die Atome tanzen. Wie genau sie sich bewegen greifen die Physiker mit Laserblitzen im ultravioletten Bereich ab, die für das menschliche Auge unsichtbar sind. Um eine Vorstellung davon zu geben, was bei den Experimenten geschieht hat Bovensiepen diese unsichtbaren Blitze durch grüne ersetzt und die Anordnung fotografiert.

„Irgendetwas Besonderes ist da dran“

„Das ist in etwa so, als wenn man einen Stein ins Wasser wirft und anschließend die Wellen beobachtet“, verdeutlicht Bovensiepen. Dadurch macht sein Team den Energiefluss sichtbar wie in einem Film, der aus schnell abgespielten Einzelbildern besteht – von der Anregung bis hin zu dem Moment, in dem der Ausgangszustand wieder erreicht ist.

Das Supraleiterkabel für AmpaCity.

Das Supraleiterkabel für AmpaCity.

Foto: Innogy

Dabei stellten die Wissenschaftler fest, dass es im Inneren des Materials harmonische Schwingungen gibt. Welchen Einfluss das auf die Funktionsweise des Materials hat ist allerdings noch offen. Aber „irgendetwas Besonderes ist da dran“, so die Forscher. Das wollen sie in weiteren Experimenten herausfinden.

Von Wolfgang Kempkens Tags:

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