Terahertz-Strahlung Forscher entwerfen schnellsten Wasserkocher der Welt

Herzstück des neuen Konzepts ist ein konzentrierter Blitz sogenannter Terahertz-Strahlung. Die Simulationsrechnungen haben rund 200.000 Stunden Prozessorzeit auf einem großen Parallelcomputer am Supercomputerzentrum Jülich in Anspruch genommen. Auf einem einzelnen Prozessor hätten die Berechnungen rund 20 Jahre gedauert.
Herzstück des neuen Konzepts ist ein konzentrierter Blitz sogenannter Terahertz-Strahlung. Die Simulationsrechnungen haben rund 200.000 Stunden Prozessorzeit auf einem großen Parallelcomputer am Supercomputerzentrum Jülich in Anspruch genommen. Auf einem einzelnen Prozessor hätten die Berechnungen rund 20 Jahre gedauert.

Hamburger Forscher haben eine Methode entworfen, um Wasser mit elektromagnetischen Wellen in weniger als einer billionstel Sekunde zum Kochen zu bringen.

Das Verfahren, das bislang noch nicht in die Praxis umgesetzt worden ist, kann eine kleine Menge Wasser in nur einer halben Pikosekunde um 600 Grad Celsius erhitzen.

Das ist viel schneller als der sprichwörtliche Wimpernschlag: Eine Pikosekunde verhält sich zu einer Sekunde wie eine Sekunde zu fast 32 Jahrtausenden. Damit wäre die Methode der schnellste Wasserkocher der Welt.

Herzstück des neuen Konzepts ist ein konzentrierter Blitz sogenannter Terahertz-Strahlung. Terahertz-Strahlung besteht aus elektromagnetischen Wellen mit einer Frequenz zwischen den Radiowellen und der Infrarotstrahlung.

Terahertz-Blitze lassen sich unter anderem mit Anlagen namens Freie-Elektronen-Laser erzeugen, die schnelle Elektronen auf einen genau definierten Slalomkurs schicken. In jeder Kurve senden die Teilchen Strahlungsblitze aus, die sich zu einem intensiven, laserartigen Puls addieren.

Der intensive Terahertz-Blitz bringt die Wassermoleküle auf einen Schlag heftig zum Vibrieren und löst die Wasserstoffbrückenbindungen, über die Wassermoleküle im flüssigen Zustand verbunden sind.

Die Wissenschaftler haben die Wechselwirkung des Terahertz-Blitzes mit dem Wasser berechnet, was keine einfache Aufgabe war. Die Simulationsrechnungen haben rund 200.000 Stunden Prozessorzeit auf einem großen Parallelcomputer am Supercomputerzentrum Jülich in Anspruch genommen.

Auf einem einzelnen Prozessor hätten die Berechnungen rund 20 Jahre gedauert. "Wir kommen zu dem Ergebnis, dass es möglich sein sollte, die Flüssigkeit in nur einer halben Pikosekunde auf rund 600 Grad Celsius zu erhitzen, und damit eine kurzlebige heiße und strukturlose Umgebung mit der Dichte der Flüssigkeit zu erschaffen, wobei die einzelnen Wassermoleküle intakt bleiben", erläutert Vendrell.

Das Deutsche Elektronen-Synchrotron DESY ist das führende deutsche Beschleunigerzentrum und eines der führenden weltweit. DESY ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft und wird zu 90 Prozent vom BMBF und zu 10 Prozent von den Ländern Hamburg und Brandenburg finanziert.

An seinen Standorten in Hamburg und Zeuthen bei Berlin entwickelt, baut und betreibt DESY große Teilchenbeschleuniger und erforscht damit die Struktur der Materie. Die Kombination von Forschung mit Photonen und Teilchenphysik bei DESY ist einmalig in Europa.