Funfacts – Quarzglas

Als Neil Armstrong, Buzz Aldrin und Michael Collins 1969, also vor über 60 Jahren, zur ersten Mondlandung aufbrachen, installierten sie drei praktische Experimente auf dem Mond. Eines davon ist ein Laserreflektor, der aus 100 Tripelprismen besteht. Dank des Hightech-Quarzglas von Heraeus ist es mit diesem Gerät bis heute möglich, den genauen Abstand zwischen Erde und Mond sowie die Kontinentaldrift auf der Erde zu messen.

Dieses Quarzglas ermöglicht es, dass ein auf der Erde erzeugter Laserstrahl die Strecke zwischen Erde und Mond in etwa 2,5 Sekunden zurücklegt. Der Laserstrahl legt etwa 384.000 km durch den Weltraum zurück, bevor er auf ein Objekt von der Größe eines kleinen Koffers trifft! Dies entspricht in etwa dem Versuch, einen Pfennig aus einer Entfernung von etwa 120 km zu treffen.

Das Material, das alles mitmacht: Quarzglas

Obwohl der Mond keine schützende Atmosphäre hat funktioniert dieser Mondreflektor auch nach mehr als 60 Jahren noch. Hochenergetische kosmische UV-Strahlen zerstören optische Materialien. Aber nicht das hochreine Quarzglas. Dank der Dreifachprismen aus Quarzglas sendet der Reflektor seit Jahrzehnten zuverlässig Laserstrahlen zur Erde zurück.

Quarzglas von Heraeus zeichnet sich zudem durch seine einzigartige Materialhomogenität aus, die für einen solch besonderen Spiegel notwendig ist. So wurde Heraeus Teil der berühmten  Apollo 11  Mission und trug dazu bei, ein Stück Mondlandungsgeschichte zu schreiben.

Nachweis der Einsteinschen Relativitätstheorie:

Quarzglas von Heraeus trug dazu bei, Einsteins Relativitätstheorie zu beweisen. Gravitationswellen wurden nachgewiesen, die eine Längenänderung im Verhältnis zwischen dem Durchmesser eines Atoms und dem Abstand zwischen Erde und Sonne bewirken.

Im Jahr 2016 konnten internationale Wissenschaftler den Nachweis von Gravitationswellen vermelden – eine Sensation! Sie nutzten riesige parallele Detektoren in den USA und Italien, um ein schwaches Beben in der Raumzeit zu erfassen, und maßen Signale, die bei der Kollision zweier schwarzer Löcher entstehen.

Diese Gravitationswellendetektoren arbeiten mit hochempfindlichen optischen Interferometern. Die lichtübertragenden Komponenten bestehen aus Quarzglas mit extremen Transmissionswerten und optischer Homogenität. Die Experten von Heraeus konnten einen wesentlichen Beitrag zur Erhöhung der Empfindlichkeit des Instruments leisten: Quarzglas mit der geringsten Absorption machte den Gravitationswellendetektor extrem empfindlich. Dies ist der einzige Grund, warum diese Detektoren den extrem seltenen Nachweis von Gravitationswellen erbringen konnten.

Quarzglas ist eines der außergewöhnlichsten und wertvollsten Materialien der Welt. Da Quarzglas keine Zusatzstoffe enthält und nur geringe chemische Verunreinigungen aufweist, wird es als Einkomponentenglas bezeichnet: Es besteht im Wesentlichen nur aus Siliziumdioxid.

Neben seinen optischen und thermischen Eigenschaften verfügt das Material auch über einzigartige mechanische Eigenschaften – wie seine enorme Biegefestigkeit und Zuverlässigkeit. Beispielsweise kann eine einzige Quarzglasfaser ein Gewicht von 10 kg tragen. Mit 6.500 hauchdünnen Fasern nebeneinander könnte man also einen afrikanischen Elefanten mit einem Gewicht von 6,5 Tonnen anheben!

Die Fusionsenergie könnte eine Lösung für unsere Energieprobleme sein! Der Traum, die schier unendliche Energie der Sterne auf die Erde zu bringen, scheint der Verwirklichung näher zu kommen. Die Laserfusion scheint besonders vielversprechend zu sein. Heraeus Conamic liefert das Quarzglas für Hochenergielaser, mit denen in Zukunft Energielücken durch Kernfusion geschlossen werden könnten.

Bei der Kernfusion geht es um nichts Geringeres als den Prozess der Energiegewinnung nach dem Vorbild unserer Sonne auf die Erde zu bringen. Damit stünde der Menschheit eine praktisch unerschöpfliche Energiequelle zur Verfügung, die kaum Auswirkungen auf die Umwelt hat und weder Treibhausgase noch radioaktive Abfälle erzeugt.

Die Auslösung der Fusionsreaktion auf der Erde in einem Kraftwerk stellt Wissenschaftler und Experten vor enorme Herausforderungen. Und doch hat die Laserfusion kürzlich einen Durchbruch erzielt: Am NIF ( National Ignition Facility) in Kalifornien konnte der weltweit leistungsstärkste Laser mittels Laserfusion eine Reaktion auslösen, die mehr Energie freisetzte, als die Laserenergie benötigte. Wenn dieses Verfahren kommerziell umgesetzt werden könnte, stünde der Menschheit eine nahezu unerschöpfliche Energiequelle zur Verfügung, die weder Treibhausgase (Kohle- und Gaskraftwerke) noch radioaktive Abfälle (Kernkraftwerke) produziert.

Heraeus liefert derzeit Quarzglas für Laseroptiken an Fusiontesteinrichtungen in Europa, den USA – einschließlich der NIF – und China. Denn die hochpräzisen Optiken in den 192 Laserstrahlen sind entscheidend für die Laserfusion. Quarzglas von Heraeus hat eine hohe Reinheit und verfügt daher über hervorragende optische Eigenschaften. Außerdem hat Quarzglas die erforderliche hohe Transmission sowie eine geringe Absorption im ultravioletten Lichtspektrum.

Wenn es den Wissenschaftlern gelingt, die Effizienz zu maximieren, hätte die Laserfusion sehr großes Potenzial, unsere Energielücke zu schließen oder sogar andere Energiequellen zu ersetzen. Die nächsten Jahrzehnte der Kernfusionsforschung versprechen spannend zu werden!

Heraeus hat mit seinem hochreinen Quarzglas mehrere Nobelpreisgewinner wissenschaftlich unterstützt.

Superkurze Laserpulse werden zunehmend in der Wissenschaft oder z. B. zur Materialkennzeichnung eingesetzt. 2018 erhielten Gérard Mourou und Donna Strickland den Nobelpreis für Physik für die Entwicklung einer Methode zur Erzeugung hochenergetischer, ultrakurzer optischer Pulse. Komponenten aus optischem Quarzglas leiten diese Pulse durch das Lasersystem zur Anwendung.

Mit einem speziellen, hochreinen Quarzglas für Gravitationswellendetektoren haben Experten von Heraeus geholfen, Einsteins Relativitätstheorie zu beweisen. Die verbesserte Absorption dieses Quarzglases machte den Gravitationswellendetektor extrem empfindlich. Nur so war es möglich, Gravitationswellen nachzuweisen und den Nobelpreis für Physik in 2017 zu gewinnen.

Heraeus hat mit seinem hochreinen Quarzglas mehrere Nobelpreisgewinner wissenschaftlich unterstützt.

Superkurze Laserpulse werden zunehmend in der Wissenschaft oder z. B. zur Materialkennzeichnung eingesetzt. 2018 erhielten Gérard Mourou und Donna Strickland den Nobelpreis für Physik für die Entwicklung einer Methode zur Erzeugung hochenergetischer, ultrakurzer optischer Pulse. Komponenten aus optischem Quarzglas leiten diese Pulse durch das Lasersystem zur Anwendung.

Mit einem speziellen, hochreinen Quarzglas für Gravitationswellendetektoren haben Experten von Heraeus geholfen, Einsteins Relativitätstheorie zu beweisen. Die verbesserte Absorption dieses Quarzglases machte den Gravitationswellendetektor extrem empfindlich. Nur so war es möglich, Gravitationswellen nachzuweisen und den Nobelpreis für Physik in 2017 zu gewinnen.

Und auch der Physik-Nobelpreis 2009 für die „Lords of Light“ wäre ohne Quarzglas nicht möglich gewesen. Der britisch-amerikanische Forscher Charles Kuen Kao und seine amerikanischen Kollegen Willard Boyle und George Smith entwickelten lichtempfindliche Chips und Glasfaserkabel. Ohne ihre Arbeit würde es die Revolution der Digitalkameras und das weltweite Datennetz nicht gegeben.

1966 beschrieb der mit dem Nobelpreis ausgezeichnete Physiker Charles Kao, wie Lichtsignale mit Hilfe von Glasfaserkabeln kilometerweit übermittelt werden können. Mit seiner Entdeckung legte Kao den Grundstein für das heutige Internet.

Der Bedarf an Übertragungskapazitäten für das Internet und damit auch für Glasfaserkabel steigt ständig. Jährlich werden weltweit rund 300 Millionen Kilometer Glasfasern verlegt. Was viele Menschen nicht wissen, ist, dass diese Glasasern aus Quarzglas hergestellt werden.

Heraeus stellt seit 1899 Quarzglas her und hat mit seinen technologischen Innovationen dazu beigetragen, dass wir als Internetnutzer unsere Informationen immer schneller auf den Bildschirm bekommen. Auch beim Glasfasernetz in Deutschland war Heraeus von Anfang an dabei. Im Jahr 1978 installierte die Deutsche Bundespost das erste Glasfasernetz in Berlin. Die in den Kabeln enthaltenen Fasern wurden aus Quarzglas von Heraeus hergestellt. Seit 1993 produziert das Familienunternehmen hochreine synthetische Quarzglasrohre und -zylinder, die für die Herstellung von Millionen von Kilometern Hochleistungsglasfasern verwendet werden.

Ein Quarzglaswürfel mit einer Temperatur von 1.000 °C könnte in Eiswasser fallen, ohne dass das Glas beschädigt wird. Eine Bierflasche würde schon bei einem Temperaturunterschied von 40 °C zerbrechen.

Teil der ersten Kunstausstellung im Weltraum ist ein Quarzglaswürfel:

Eines der ersten Kunstwerke auf dem Mond ist ein Quarzglaswürfel von Heraeus! Der Würfel, in den Baumringe eingraviert sind, wurde von dem deutschen Künstler Jamal Ageli entworfen und in Zusammenarbeit mit Leica und den Laserspezialisten der Ernst-Abbe-Hochschule in Jena hergestellt. Aufgrund seiner hohen Strahlungsbeständigkeit und Langlebigkeit wurde Quarzglas von Heraeus als Material für den Würfel gewählt.

Die Moon Gallery ist ein internationales Gemeinschaftskunstwerk. Sie ist eine Galerie der Ideen, die das Beste der Menschheit auf den Mond bringen soll.

Ziel der Moon Gallery ist es, das erste ständige Museum auf dem Mond zu errichten. Auf diese Weise sollen die Vorteile des Mondes durch einen nachhaltigen Erkundungsprozess für alle Menschen auf der Erde zugänglich gemacht werden. Im Rahmen des internationalen Kunstprojekts werden 100 Artefakte auf den Mond geschickt. Zu diesem Zweck haben sich Künstler, Astrofotografen sowie verschiedene Partnerunternehmen, wie die Europäische Weltraumorganisation ESA, zusammengeschlossen, um die erste permanente Kunstausstellung auf dem Mond zu organisieren.