Ablation (Physik)

Ablation bezeichnet in der Physik das Abtragen von Material durch Aufheizung, etwa durch einen Laser oder durch atmosphärische Reibung.

Anwendungen

Physik

Bei der Laser-Ablation wird auf einem zu untersuchenden Körper durch einen Laser die Oberfläche so stark erhitzt, dass ein Plasma entsteht. Die Methode kann zur Bearbeitung von Materialien, zum Erzeugen dünner Schichten (Pulsed Laser Deposition) und zur Werkstoffanalyse genutzt werden.

Raumfahrt

In der Raumfahrt wird die Ablation von Teilen des Hitzeschutzsystems beim Wiedereintritt eines Raumschiffs in die Atmosphäre genutzt. Der Hauptmechanismus dieses Hitzeschutzes besteht in der Isolationswirkung der durch Pyrolyse entstehenden kühleren Grenzschicht gegenüber dem durch adiabatische Kompression entstandenen Plasma. Die dabei durch Sublimation und endogene Reaktionswärme aufgebrauchten Wärmemengen tragen vergleichsweise gering zum Hitzeschutz bei. Bei den Landekapseln der Apollo- und Sojus-Raumschiffe fand bzw. findet der ablative Hitzeschutz Verwendung. Siehe dazu auch: Ablativer Hitzeschild.

Brandschutz

Ablativ wirkende Stoffe werden regelmäßig im vorbeugenden baulichen Brandschutz eingesetzt. In der Regel gilt es, den Wärmedurchgang zu verzögern. Bei endothermen Stoffen, sowie bei intumeszenten Stoffen, stellt chemisch gebundenes Wasser die thermische Bremse dar, weil das Wasser bekanntlich einen Siedepunkt von 100°C hat. Die Wärmeenergie, die zur Abspaltung des Wassers aufgewendet werden muss, wird dabei dem Brand entzogen. Sobald das Wasser verbraucht ist, steigt die Temperatur der dem Brand abgewandten Seite an. Nach DIN 4102-2 darf die Temperaturerhöhung auf der feuerabgewandte Seite eines Bauteils, wie etwa einer Brandwand, im Mittel nicht mehr als 140 K über der Ausgangstemperatur liegen, an keiner Messstelle darf sie 180 K überschreiten. Die Zeitspanne, die verstreicht, bis eine kritische Temperaturerhöhung erreicht ist, hat großen Einfluss auf die Brandrate eines Bauteils, welches mit einem ablativen Material bekleidet ist.

Andere ablative Brandschutzmaterialien beinhalten auch geschäumte Silikone, welche allerdings keine Hydrate enthalten, sondern mehr zur Brandlast beitragen und daher in Deutschland, z.B. als Abschottungsmaterial, keine Zulassung des Deutschen Instituts für Bautechnik erlangt haben. In Fällen von ablativen Materialien, die keine kühlenden Hydrate beinhalten, besteht die ablative Brandschutzwirkung aus der Zeitspanne, bis das Material durch die Feuereinwirkung aufgebraucht ist. Letzteres ist in Deutschland unüblich und hauptsächlich, aber nicht ausschließlich, im Kernkraftwerksbereich von Nordamerika im Gebrauch, wo keine Zulassungspflicht für passiven Brandschutz besteht, wie sie im normalen Bausektor generell üblich ist.

Weblinks

• Photos einer Depositionskammer für die Laserablation