Experiment MEGraMa: Dynamik granularer Materie in Schwerelosigkeit



Das Experiment MEGraMa (Magnetically Excited  Granular Matter) beschäftigt sich mit dem Verhalten von Granulaten. Granulate können aus einer Vielzahl von Materialien bestehen: Industrielle Rohstoffe, Sand, Kaffepulver oder auch Medikamente in Kapselform gehören dazu.  Darüber hinaus können Granulate auch in verschiedenen Aggregatzuständen auftreten: im festen Zustand, etwa als Sandhaufen, in flüssiger Form wie bei Lawinen und im gasförmigen Zustand, beispielsweise in den Saturnringen.

Ein wichtiges Kennzeichen für granulare Teilchen ist, dass sie beim Zusammenstoß Bewegungsenergie verlieren - zwei Teilchen entfernen sich also nach einem Stoß langsamer voneinander als sie vorher aufeinandergetroffen sind. Dieser Energieverlust wird als Dissipation bezeichnet Diese Dissipation kann im gering konzentrierten, gasförmigen Zustand der Granulate zu ungewöhnlichen selbstverstärkenden Dichteschwankungen führen. In einem Bereich, wo sich anfangs zufällig mehr Teilchen befinden, finden mehr Zusammenstöße statt und es geht mehr Energie dissipativ verloren als in einem Bereich mit geringerer Teilchendichte.

Dichtere Bereiche verlieren also schneller Energie. Es fliegen mehr Teilchen in solche Bereiche hinein als ihn verlassen, und so werden dichte Bereiche noch dichter. Dies sind die Ergebnisse aus verschiedenen Simulationen, allerdings fehlt dafür der experimentelle Nachweis. Denn auf der Erde führt die Schwerkraft zur Sedimentation der Partikel und zerstört somit die vorhergesagten Dichteschwankungen.

Ziel des Experimentes ist es nun, die Entwicklung von Dichteschwankungen in einem Granulat unter Schwerelosigkeit zu untersuchen. Dazu werden die Teilchen durch Magnete "aufgeschüttelt" und danach ihrer Eigendynamik überlassen. Die zeitliche Entwicklung von Teilchendichte und Teilchengeschwindigkeiten wird mit leistungsfähigen Kameras aus zwei unterschiedlichen Beobachtungswinkeln aufgezeichnet. Durch Überlagerung der Information kann die Bewegung der Teilchen dreidimensional rekonstruiert werden. Da sich das Experiment während eines Parabelfluges viele Male wiederholen lässt, können verschiedene Situationen studiert werden, wie etwa unterschiedliche Teilchensorten, verschieden viele Teilchen im gleichen Behälter oder unterschiedliche Schüttelbewegungen.

Das Experiment soll dabei helfen, kollektive Phänomene in granularer Materie besser zu verstehen. Insbesondere soll geklärt werden, welche Phänomene allein durch die Schwerkraft auf der Erde verursacht werden und welche Phänomene eigenständige Eigenschaften granularer Materie sind.


Kontakt
Dr.rer.nat. Matthias Sperl
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Institut für Materialphysik im Weltraum

Tel: +49 2203 601-3434

E-Mail: Matthias.Sperl@dlr.de
URL dieses Artikels
http://www.dlr.de/rd/desktopdefault.aspx/tabid-8090/13863_read-35230/