Nordrhein-Westfälische Akademie der Wissenschaften

Bisher galten Graphit und Diamant als die einzigen Modifikationen von kristallinem Kohlenstoff. Beim Diamant ist jedes Kohlenstoffatom mit vier Nachbaratomen verbunden (sp³ hybridisierte Atomorbitale), so daß sich eine tetraedrische Anordnung ergibt. Im Falle von Graphit ist jedes Kohlenstoffatom mit nur drei seiner Nachbarn verknüpft (sp² hybridisierte Atomorbitale) und formt ein ebenes Netzwerk mit sechseckiger Anordnung der Atome. Im Graphitkristall sind die ebenen Schichten in bestimmter Reihenfolge über-einandergestapelt. Abb. 1 veranschaulicht den atomaren Aufbau der beiden Modifikationen. Gelegentlich findet man in der Natur auch Varianten der Diamant- und der Graphitstruktur. Da ist z. B. der „Londsdaleit“[1] zu nennen, eine hexagonale Hochdruckform von Diamant, die in Einschlagskratern von Meteoriten gefunden wurde. Ferner ist der „Chaoit“zu erwähnen, eine sehr seltene und bisher nur schlecht charakterisierte Form von Kohlenstoff mit hexagonaler Kristallstruktur [2]. Auch Chaoit hat man in Einschlagskratern entdeckt. Da es mit Graphit vergesellschaftet vorkommt, stellt Chaoit möglicherweise eine Variante von Graphit dar. In der Literatur findet man auch gelegentlich Berichte über sog. „Carbyne“[3]. In denen sind die Kohlenstoffatome mit nur zwei Nachbarn verbunden und bilden lineare Ketten (sp hybridisierte Atomorbitale). Die Kristalle bestehen aus gebündelten Strängen solcher Ketten. Die Existenz der Carbyn-Form ist allerdings umstritten [4].

Ist es einzusehen, warum die Fullerene so spät gefunden wurden? Die Mittel waren doch eigentlich schon lange vorhanden.

Das Gyrotron ist eine Mikrowellen-Oszillatorröhre, die auf dem Prinzip der Elektronen-Zyklotron-Maser-Instabilität beruht. Die Energie der Larmor-kreisbewegung eines relativistischen Elektronenstrahls in einem magnetischen Längsfeld ist dabei die freie Energie. Der kohärente Energietransfer von den gyrierenden Elektronen in das elektromagnetische Feld einer transversal elektrischen Resonatorschwingung findet aufgrund einer azimutalen Phasen-fokussierung statt, wobei die Schwingungsfrequenz etwas größer als die relativistische Elektronen-Zyklotron-Frequenz, bzw. als eine ihrer höheren Harmonischen sein muß. Da die Betriebsfrequenz des Gyrotrons durch die Zyklotronfrequenz vorgegeben ist, kann der Resonator im Gegensatz zu Klystronresonatoren bei Schwingungstypen höherer Ordnung betrieben werden und somit größer dimensioniert werden. Daher steht eine größere Querschnittsfläche für den Strahldurchgang zur Verfügung, so daß man höchste Leistungen bei höheren Frequenzen als mit dem Klystron erzielen kann. Zur Zeit werden Dauerleistungen bis zu 100 kW bei 140 GHz (2,14 mm Wellenlänge) mit Wirkungsgraden um 35% erreicht. Im Sekundenpulsbetrieb liegt die Ausgangsleistung um 1 MW, wobei der Wirkungsgrad mittels eines Kollektors mit negativem Gegenpotential auf ca. 50% erhöht wurde. Gyrotronoszillatoren werden derzeit vorwiegend zur Erzeugung, Heizung, Stabilitätskontrolle und Diagnostik von magnetisch eingeschlossenen Plasmen bei der Erforschung der Energiegewinnung durch kontrollierte Kernfusion eingesetzt. In jüngster Zeit jedoch finden Gyrotrons auch für technologische Prozesse, wie zum Beispiel Sintern und Verbinden von Hochleistungskeramiken, erfolgreich Verwendung.

Sie haben in Ihrem Vortrag die Verwendung ein- und mehrstufiger Kollektoren beim Gyrotron erwähnt. Vielleicht kann man noch darauf hinweisen: Dieser gestufte Kollektor ist in der von Ihnen zitierten Veröffentlichung aus dem Jahre 1935 von Oskar Heil und seiner Frau bereits genannt gewesen. Das heißt, Heil ist mit seinen Gedanken der Zeit weit vorausgeeilt.