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Die Coulomb Explosion ist ein Verfahren bei dem z B durch einen gebundelten Laserstrahl ein festes Material in den Plasmazustand ubergeht Inhaltsverzeichnis 1 Wirkungsweise 2 Technische Ausfuhrung 2 1 Vergleich mit schmelzenden Verfahren 3 Anwendung 4 EinzelnachweiseWirkungsweise BearbeitenDer physikalische Mechanismus besteht darin dass die Elektronen durch das starke elektromagnetische Feld des Strahls angeregt werden und ihre Anregungsenergie an die atomare Bewegung gekoppelt ist Die atomare Bewegung kann die Bindungen auflosen die feste Korper zusammenhalt Die ausseren Valenzelektronen die fur die chemische Bindung verantwortlich sind lassen sich leicht vom Atom abtrennen und lassen dieses positiv geladen zuruck Atome deren Bindungen auf diese Weise zerbrochen sind stossen einander ab und das Material explodiert zu einer kleinen Wolke energiereicher Ionen die hohere Geschwindigkeiten haben als wenn man sie durch Warme verdampfen wurde 1 Fur die explosiv ablaufenden Reaktionen der meisten Alkalimetalle mit Wasser wird anhand von Beobachtungen mittels Hochgeschwindigkeitskameras eine Art naturlich ablaufender Coulomb Explosion als Ausloser postuliert Dabei entstehen innerhalb des Alkalimetalls durch den raschen Ubergang der Valenzelektronen in das Wasser starke Abstossungskrafte zwischen den Metallkationen was eine starke Vergrosserung der Reaktionsoberflache zur Folge hat 2 Nesseltiere nutzen das Prinzip der Coulomb Explosion moglicherweise beim Abschuss des Inhaltes ihrer Nesselzellen 3 Technische Ausfuhrung BearbeitenDie Coulomb Explosion ist einer der Mechanismen durch die Metallbearbeitung mit dem Laser Laserschneiden Laserbohren Laserablation manchmal Laserbeschriftung usw moglich wird Coulomb Explosionen fur industrielle Materialbearbeitung werden durch kurze Laserimpulse im Picosekunden oder hohen Femtosekunden Bereich ausgelost Die erforderlichen enorm hohen Strahlintensitaten 10 bis 400 TW cm2 lassen sich nur fur sehr kurze Zeitdauern praktisch handhaben Die Impulse sind kurz genug um die thermische Abtragung zu lokalisieren Die Energiezufuhr der Impuls ist zu Ende bevor die Warme weitergeleitet wird Vergleich mit schmelzenden Verfahren Bearbeiten Die Coulomb Explosion ist eine kalte Alternative zum vorherrschenden Verfahren der thermischen Ablation die auf dem lokalen Erwarmen Schmelzen und Verdampfen der Molekule und Atome durch weniger intensive Strahlen beruht siehe z B Laserbeschriftung Bei solchen energiearmeren Lasern konnen thermisch abgetragene Materialien Poren verschliessen die fur Katalysatoren oder zum Batteriebetrieb wichtig sind und das Substrat umkristallisieren oder sogar verbrennen und so die physikalischen und chemischen Eigenschaften an der bearbeiteten Stelle verandern Im Gegensatz dazu bleiben bei Bearbeitung durch Coulomb Explosionen sogar leichte Schaume unversiegelt Anwendung BearbeitenCoulomb Explosionen konnen bei jedem Material angewandt werden um Locher zu bohren Oberflachenschichten abzutragen und Oberflachen eine Textur oder Mikrostruktur zu geben z B um bei Druckmaschinen die Menge der auf der Walze haftenden Druckfarbe zu steuern 4 Einzelnachweise Bearbeiten M Hashida H Mishima S Tokita S Sakabe Non thermal ablation of expanded polytetrafluoroethylene with an intense femtosecond pulse laser In Optics Express Band 17 Nr 15 2009 S 13116 13121 doi 10 1364 OE 17 013116 P E Mason F Uhlig V Vanek T Buttersack S Bauerecker P Jungwirth Coulomb explosion during the early stages of the reaction of alkali metals with water In Nature chemistry Band 7 Nr 3 2015 S 250 254 doi 10 1038 nchem 2161 PMID 25698335 Stefan Berking Klaus Herrmann Formation and discharge of nematocysts is controlled by a proton gradient across the cyst membrane In Helgoland Marine Research Band 60 Nr 3 2006 S 180 188 doi 10 1007 s10152 005 0019 y Dirk Muller Picosecond Lasers for High Quality Industrial Micromachining In Photonics Spectra Band 43 Nr 11 2009 S 46 47 HTML Version Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Coulomb Explosion amp oldid 181475901