In einer Plasmakugel laufen aber auch eine ganze Reihe chemischer Reaktionen ab. Und die sind nach den neusten Ergebnissen für den größten Teil des Leuchtens verantwortlich. So entstehen aus dem Wasser bei den hohen Temperaturen Hydroxid-Radikale, die wiederum mit Kalzium zu Kalziumhydroxid weiterreagieren. Diese Reaktion tritt auch in Flammen auf und führt zu einer Leuchterscheinung, die man Chemolumineszenz nennt.
Leuchtdauer durch Energiespeicher?
Auch wenn Gerd Fußmann und seine Mitarbeiter das Plasmaglühen weitgehend aufgeklärt haben, bleibt doch eine wesentliche Frage offen: Auch die Natrium- und Kalzium- Atome senden Licht in charakteristischen Farben aus; Natrium leuchtet gelb, Kalzium orangerot. Das können sie allerdings nur, wenn sie ständig von heißen und schnellen Elektronen angestoßen werden.
Eigentlich sollten die Elektronen in einem Plasma ziemlich rasch abkühlen, sodass auch das Licht der Plasmakugel schnell erlischt. Schneller jedenfalls, als es die Berliner Gruppe beobachtet. Das heißt, die Elektronen müssen so lange nachgeheizt werden, wie die Kugel leuchtet. Die Wissenschaftler vermuten, dass die hierfür nötige Energie in den Molekülen gespeichert und auf eine noch unbekannte Weise an die Elektronen abgegeben wird – ein rätselhafter Vorgang, dem die Wissenschaftler weiter nachgehen.
Strahlende Farbenspiele
Das Gelb des Natriums und Orangerot des Kalziums sind dabei nicht die einzigen Farben, in denen die Plasmakugel leuchten kann. Je nachdem, welche Salze die Forscher im Wasser lösen, nimmt der Plasmaball auch andere Farben an. Kupfersalze etwa lassen ihn in Grün erstrahlen. Außerdem steigern Salze die Helligkeit der Bälle. Das erhöht deren elektrische Leitfähigkeit, sodass mehr elektrische Energie in die Leuchterscheinung umgesetzt wird.
Insgesamt fließt aus der Hochspannung eine Energie von etwa acht Kilojoule in die Entladung, und davon etwa drei direkt in den Wassertropfen hinein. Davon zehren das Verdampfen der Flüssigkeit und das Aufheizen des Wasserdampfes rund die Hälfte auf. Von den restlichen 50 Prozent gehen etwa 30 in die Dissoziation der Moleküle und die Ionisation der Atome und rund 20 Prozent in die
Leuchterscheinung.
Unterm Strich werden also nur einige Prozent der gesamten elektrischen Energie in Strahlung umgewandelt. Der Anteil ließe sich erhöhen, indem man als Leiter ein Material mit geringem elektrischem Widerstand verwendet, das deshalb nicht so viel Energie schluckt. Diesen Effekt haben neben einem höheren Salzgehalt im Wasser auch gänzlich andere, dielektrische Materialien. „Wir denken gerade darüber nach, womit wir unsere Experimente fortführen könnten“, sagt Fußmann.
Stand: 22.08.2008
