Nukleationspulskammern am Lehrstuhl Strey

Mit Hilfe der von Wagner und Strey [23] entwickelten Nukleationspulstechnik ist es möglich, homogene Keimbildungsraten des gasförmig-flüssig Phasenübergangs direkt zu messen.

Im Experiment wird eine Dampf-Trägergasmischung sehr schnell adiabatisch expandiert. Der so stark unterkühlte und zunächst metastabil vorliegende Dampf beginnt zu kondensieren - es bilden sich Keime für die flüssige Phase. Nach etwa einer Millisekunde werden Druck und Temperatur im System wieder etwas angehoben und so die weitere Keimbildung unterbrochen. Die während dieses Druckpulses bereits entstandenen Keime wachsen jedoch weiter, bis sie mit Lichtstreuung (constant-angle-Mie-scattering) detektiert werden können.

Die gemessenen Raten liegen im Bereich von J = 10⁵-10¹⁰ cm^-3s^-1. Die zugehörige Keimbildungstemperatur kann aus der Tiefe des Drucksprungs berechnet werden.

Die bisher gemachten Keimbildungsraten-Messungen zeigen im Vergleich mit den gängigen Keimbildungstheorien, dass diese nicht zu einer korrekten Beschreibung fähig sind. Dies könnte zum größten Teil daran liegen, dass die Theorien nur idealisierte Systeme beschreiben können, denen die Edelgase noch am ehesten entsprechen.

In unserem Arbeitskreis befindet sich die zur Zeit weltweit einzige Anlage, die befähigt ist, Keimbildungsraten bei Temperaturen von etwa 50K direkt zu messen. Mit dieser nach dem Nukleationspuls-Prinzip arbeitenden Anlage können wir die Keimbildung von Argon untersuchen (A. Fladerer, Dissertation, Universität zu Köln (2002)). Die eigentliche Messkammer, die in der Abbildung zu sehen ist, wird durch Flüssig-Stickstoff auf ihre Ausgangstemperatur abgekühlt und befindet sich bei den Messungen in einer Vakuumbox, um eine optimale Isolierung zu ermöglichen.