Plasma lässt Tropfen schweben

Gelangt Wasser auf eine heiße Herdplatte, beginnt ein wirrer Tanz der Tropfen, die sich jeweils auf einem Kissen aus Wasserdampf bewegen. Dieser sogenannte Leidenforst-Effekt, der ab einer Temperatur von 280 Grad einsetzt, ist bekannt. Doch Physiker haben nun ein ähnliches Verhalten von Tropfen bei deutlich geringeren Temperaturen entdeckt. Allein eine elektrische Spannung reichte aus, um kleine Säuretropfen über einem leuchtenden Plasma schweben zu lassen. Dieses überraschende Phänomen präsentieren die Forscher in der Fachzeitschrift „Applied Physics Letters“.

Schimmernder Tropfen schwebt über einer Fläche, dazwischen ein schwach blau leuchtender Streifen.
Tropfen auf Plasma

„Diese Methode ist ein einfacher und origineller Weg, um ein Plasma zu erzeugen“, sagt Cédric Poulai, vom Forschungszentrum der französischen Atomenergiebehörde CEA in Grenoble. Um das Plasma – eine dünne Schicht aus ionisiertem Gas – zu erzeugen, genügte Poulai und seinen Kollegen ein Tropfen aus verdünnter Salzsäure und ein elektrischer Stromfluss. Dieser elektrisch gut leitfähige Tropfen befand sich an der Spitze einer metallischen Kanüle, die die Forscher ganz nah über ein dünnes Kupfer-Plättchen hielten.

Wurde nun eine positive Spannung von mehr als 50 Volt zwischen Kanüle und Kupferplättchen angelegt, bildete sich unter dem Säuretropfen ein schwach blau leuchtendes Plasma aus. Parallel stieg die Temperatur im Tropfen auf über 100 Grad Celsius. Dank des Plasmas und der einsetzenden Verdampfung des Tropfens konnte dieser knapp über dem Kupferplättchen schweben und benässte die Unterlage nicht.

Um dieses Schweben, auch Levitation genannt, präziser zu erfassen, entwarfen die Forscher ein theoretisches Modell. Dieses bestätigte, dass die relativ geringe elektrische Spannung ausreichte, um zwischen Tropfen und Kupferplättchen ein räumlich begrenztes, aber starkes elektrisches Feld zu erzeugen. In diesem Feld wurden Wassermoleküle elektrolytisch in ihre Bestandteile Sauerstoff und Wasserstoff zerlegt und daraufhin ionisiert. Das leuchtende Plasma entstand. Die beginnende Verdampfung bei parallel auf knapp über 100 Grad ansteigenden Temperaturen unterstützte das Schweben zwar, konnte allein aber nicht dafür verantwortlich gemacht werden.

Dieses Plasmaschweben war eine zufällige Entdeckung der Physiker. Eigentlich hatten sie sich das Ziel gesetzt, die isolierende Wirkung von einer Wasserdampfschicht zu untersuchen, um die Kühlung in Kernkraftwerken zu optimieren. Doch dank des nun entdeckten Effekts könnten einfache und günstige Plasmaquellen und effizientere Methoden für die elektrolytische Trennung von Wasser entwickelt werden.