Pressecenter des Instituts für Ionenphysik und Angewandte Physik
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Das Institut für Ionenphysik und Angewandte Physik
Ionen- und Plasmaphysik
Die Wissenschaftler im Bereich Ionenphysik des Institutes für Ionenphysik und Angewandte Physik der Leopold-Franzens-Universität Innsbruck erforschen die Eigenschaften von Atomen, Molekülen, Nanoteilchen und Ionen sowie die Wechselwirkungen von Elektronen mit Bausteinen des Lebens. In diesem Wissenschaftsfeld gilt die Innsbrucker Ionenphysik weltweit als einzigartiges Zentrum, das in vielen Gebieten Pionierarbeiten geleistet hat und leistet. Unter der Leitung von Univ.-Prof. Dr. Dr. h.c.mult. Tilmann D. Märk untersuchen sechs Arbeitsgruppen - insgesamt 50 Forscher - bereits seit den 1980er Jahren Grundlagen und Anwendungen von ionisierter (elektrisch geladener) Materie. Das ist auch jene Materie, die im vierten Aggregatzustand vorkommt. Dieses so genannte Plasma ist vollständig ionisiertes, meistens sehr heißes Gas. Natürliche Plasmen kommen etwa in unserer Sonne vor.
Theorie und Praxis Hand in Hand
Mit unserem täglichen Leben sind die Prozesse der Molekülphysik und der Nanowelt eng verbunden. Ein Beispiel dafür ist Feinstaub. Das sind winzige Partikel, die unter anderem durch Verbrennungsvorgänge entstehen und unsere Atemluft belasten. Wissenschaftlich zu erklären, wie Feinstaub genau entsteht und diesen auch besser messen zu können, trägt zur Lebensqualität jedes einzelnen Menschen bei.
Für Computertechnologie, Beleuchtungstechnik und Energiegewinnung liefern Ionen- und Plasmaphysik ebenso ständig Neuerungen. Wenn wir den Plasmazustand der Materie besser ergründen - immerhin sind weit mehr als 99 Prozent der Materie des Universums in diesem ionisierten Zustand - ist dies nicht nur für die Grundlagenforschung interessant. Künstlich hergestellte Plasmen sind aus industriellen Fertigungsprozessen zum Beispiel bei der Herstellung von Computerchips oder aus der Beleuchtungstechnik nicht wegzudenken. Auch die zukünftige Energieversorgung der Menschheit mit Hilfe von Fusionsreaktoren wird darauf basieren, das natürliche Fusionsfeuer der Sonne nachzuahmen, sich damit eines künstlich hergestellten, extrem heißen Plasmas zu bedienen. Die Innsbrucker Plasmaphysik ist über die Assoziation der Österreichischen Akademie der Wissenschaften mit EURATOM direkt in die Forschungsarbeiten für das künftige Fusionsexperiment ITER, das in Cadarache in Frankreich errichtet werden wird, eingebunden.
Neue Werkstoffe für die Industrie
Die Öffentlichkeit profitiert auch von neuartigen Werkstoffen. Diese werden unter anderem durch technische Plasmaverfahren hergestellt. Ein Beispiel dafür sind kratzfeste Lacke. Solch widerstandsfähige Beschichtungen erwachsen aus jenem Verständnis der Nanowelt, das die Wissenschaft liefert. Die Grundlagenforschungen der Innsbrucker Ionenphysiker bringen laufend praktische Anwendungen hervor. Produkte der in Innsbruck seit über 25 Jahren praktizierten, engen Verknüpfung von Theorie und Anwendung sind auch international neue Messmethoden. Diese werden zur Analyse von Schadstoffen in der Luft, in der Ozonforschung und zur Qualitätsprüfung von Lebensmitteln eingesetzt
Derzeit arbeiten die Wissenschaftler des Bereiches Ionenphysik unter anderem an der Entwicklung einer neuen Generation von Werkstoffen. Cluster - Verbände von wenigen bis einigen tausend Atomen oder Molekülen sowie Nanoteilchen - größere Cluster mit Dimensionen einiger Nanometer - sind eine Übergangsform zwischen dem Materiezustand gasförmig sowie kondensierten Phasen wie fest oder flüssig. Dieser "Zwischenzustand" bietet unerwartete Möglichkeiten für neuartige Werkstoffe. Ein Forschungsziel der Nanotechnologen in Innsbruck ist die Entwicklung eines Speichermediums, das sich von bisher gebräuchlichen unterscheidet. Der neue Datenträger soll nicht nur eine große Speicherkapazität haben, er soll auch langfristig störfrei funktionieren. Mangelnde Langzeitstabilität gilt als das größte Problem aller aktuellen Datenträger, insbesondere von CD und DVD.
Innovationen für die Medizin
Von der Welt der Physik schlägt das Innsbrucker Team mehrere Brücken zur Medizin. Neue, nicht invasive Diagnoseverfahren werden momentan in engem Teamwork mit Ärzten entwickelt. Bestimmte Krankheiten sowie Abstoßungsreaktionen nach Organtransplantationen sollen rasch und zuverlässig über die Zusammensetzung jener Luft erkannt werden, die der jeweilige Patient ausatmet.
Durch die Erforschung der Wechselwirkungen zwischen Elektronen und Bausteinen des Lebens gewinnen die Ionenphysiker derzeit außerdem neue fundamentale Erkenntnisse in der Entstehung und Vermeidung von Strahlenschäden. Dies ist eine Erkenntnis, von der wiederum die Medizin und letztlich Patienten profitieren. Im Zuge weiterer Kooperationen verbessern die Innsbrucker Wissenschafter die Haltbarkeit von Implantaten und sie arbeiten auch an neuen Materialien für Implantate. Das Team tüftelt derzeit daran, die Bioverträglichkeit medizinisch wichtiger Materialien durch bestimmte Plasmaverfahren zu erhöhen. Auf diese Weise kann das Risiko von Abstoßungsreaktionen und Blutverklumpungen z.B. an medizinischem Nahtmaterial oder Prothesen erheblich verringert werden.
Fortschrittlicher Kreislauf
Bei der Erforschung molekularer und atomarer Prozesse, dieser Welt hinter den sichtbaren Dingen, betreten Wissenschaftler weltweit immer wieder Neuland. Der Grund dafür ist, dass wir von der Nanowelt - dem Universum der winzigsten Teilchen - in den seltensten Fällen "alles" wissen oder bisher wissen können. Jene Anwendungen, die das Innsbrucker Team unter Leitung von Univ.-Prof. Dr. Dr. h.c.mult. Tilmann D. Märk entwickelt, stimulieren daher wiederum die Grundlagenforschung.