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Rätsel zur Entstehung des Lebens gelöst

Damit in den Sternen Kohlenstoff, die Grundlage des Lebens, entstehen kann, spielt eine bestimmte Form des Kohlenstoffkerns eine entscheidende Rolle. Physiker der Universität Bonn und der Ruhr-Universität Bochum haben jetzt gemeinsam mit US-Kollegen diesen legendären Kohlenstoffkern berechnet. Damit haben sie ein Problem gelöst, das die Wissenschaft seit mehr als 50 Jahren vor Rätsel gestellt hat.

„Seit 1954 hat man vergeblich versucht, den Hoyle-Zustand zu berechnen“, berichtet Professor Dr. Ulf-G. Meißner (Helmholtz-Institut für Strahlen- und Kernphysik der Universität Bonn), „und wir haben es jetzt geschafft!“ Der Hoyle-Zustand ist eine energiereiche Form des Kohlenstoffkerns. Er ist der Bergpass, über den man von einem Tal ins andere gelangt: von drei Kernen des Gases Helium zum sehr viel größeren Kohlenstoffkern. Diese Verschmelzungsreaktion findet im heißen Inneren schwerer Sterne statt. Gäbe es den Hoyle-Zustand nicht, hätten im Weltall nur sehr wenig Kohlenstoff oder andere höhere Elemente wie Sauerstoff, Stickstoff und Eisen entstehen können. Ohne diese Art von Kohlenstoffkern wäre daher vermutlich auch kein Leben möglich gewesen.

Die Suche nach dem „Nebensender“

Bereits im Jahr 1954 hat man den Hoyle-Zustand experimentell nachgewiesen, aber seine Berechnung scheiterte stets. Denn diese Form des Kohlenstoffs besteht lediglich aus drei sehr lose gebundenen Heliumkernen − ein eher wolkiger diffuser Kohlenstoffkern. Und er liegt nicht einzeln vor, sondern stets zusammen mit anderen Formen von Kohlenstoff. „Das ist, wie wenn sie ein Radiosignal untersuchen wollen, bei dem ein Hauptsender und mehrere schwächere Sender überlagert sind“, erläutert Prof. Dr. Evgeny Epelbaum (Institut fuer Theoretische Physik II der Ruhr-Universität Bochum). Der Hauptsender ist der stabile Kohlenstoffkern, aus dem unter anderem auch der Mensch aufgebaut ist. „Wir interessieren uns aber für einen der instabilen, energiereichen Kohlenstoffkernen, also müssen wir irgendwie mit einem Rauschfilter den schwächeren Radiosender von dem dominierenden Signal abtrennen.“

Möglich wurde das mit einer neuen, besseren Rechenmethode der Forscher, welche die Kräfte zwischen mehreren Kernbausteinen präziser als zuvor berechnet. Mit JUGENE, dem Supercomputer am Forschungszentrum Jülich, stand auch das passende Werkzeug parat. Eine knappe Woche hat JUGENE gerechnet. Das Rechenergebnis stimmt so gut mit den experimentellen Daten überein, dass die Forscher sicher sein können, den Hoyle-Zustand tatsächlich von Grund auf berechnet zu haben.

Mehr über die Entstehung des Universums

„Jetzt können wir diese spannende und wichtige Form von Kohlenstoffkern ganz genau untersuchen“, erläutert Prof. Meißner. „Wir werden schauen, wie groß er ist und wie er aufgebaut ist. Und damit können wir jetzt auch die gesamte Kette der Elemententstehung unter die Lupe nehmen.“

Sogar philosophische Fragen sind in Zukunft vermutlich wissenschaftlich zu beantworten. Seit Jahrzehnten gilt der Hoyle-Zustand als Paradebeispiel für die Theorie, dass die Naturkonstanten bei der Entstehung unseres Universums genauso und nicht anders aufeinander abgestimmt sein mussten, da wir sonst nicht hier wären, um das Universum zu beobachten (Anthropisches Prinzip). „Für den Hoyle-Zustand heißt das: Er muss genau diese Energie haben, die er hat, weil es uns sonst nicht gäbe“, sagt Prof. Meißner. „Wir können jetzt berechnen, ob in einer veränderten Welt mit anderen Parametern der Hoyle-Zustand im Vergleich zur Masse von drei Heliumkernen tatsächlich eine andere Energie hätte.“ Wenn dem so ist, spräche das für das anthropische Prinzip. (Quelle: idw)

Ein Jahr lang Strom und Heizung aus drei Flaschen Mineralwasser?

Wissen Sie, ob man mit Wasser heizen kann? Hier jetzt der unglaubliche Bericht!

Das Öl wird immer teurer, doch warum heizen wir nicht mit Mineralwasser? Unsere Klimaprobleme werden immer dramatischer, doch warum gewinnen wir nicht den Strom aus Mineralwasser? Hiroshima, Tschernobyl und die Verpestung der Umwelt verursachen uns Alpträume, doch warum erzeugen wir nicht ungefährliche, saubere Energie aus Mineralwasser?
Was wie ein Scherz oder ein Märchen klingt, könnte in zehn Jahren Realität werden. 2008 beginnen in Cardarache, Südfrankreich die Arbeiten für ein Kernfusionskraftwerk das zur Energieerzeugung weder Uran noch Plutonium benötigt, sondern ganz einfach Wasser. Zehn Jahre später soll es dann soweit sein. Das internationale Zehn-Milliardenprojekt soll zehnmal soviel Energie liefern wie investiert wird und das völlig ungefährlich und frei von Umweltbelastung.
Wie ist das möglich? Die Forscher und Ingenieure, die an dem Projekt arbeiten, haben sich entschlossen den ersten Schritt des Schöpfungsakts bei der Entstehung der Welt im Kleinen nachzuvollziehen. Sie fusionieren Wasserstoffatome zu ungefährlichem Helium in einer Wundermaschine mit Namen: Internationaler Thermonuklearer Experimentalreaktor, kurz ITER. Dazu wird Wasser auf 150-Millionen-Grad erhitzt, zehnmal soviel Grad wie im Inneren der Sonne herrscht. Bei diesen Temperaturen kommen sich die Wasserstoff-Atomkerne so nahe, dass sie zu dem Edelgas Helium verschmelzen. Im Labor wurde das bereits erfolgreich ausprobiert. Das lässt uns für die Zukunft auf unbegrenzte, saubere Energie hoffen. Schon drei Flaschen Wasser sollen ausreichen, um eine vierköpfige Familie ein ganzes Jahr lang mit Energie zu versorgen. Da kann man nur sagen: Ade Kohle! Tschüss Atomkraft! Leb wohl Öl!

Video: ITER Bilder aus Forschung und Entwicklung
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Weitere Links:
Max-Planck-Institut Projekt ITER
100 Produkte der Zukunft