Mikrowellen

Die Anwendungen von Mikrowellen sind vielfältig; sie reichen vom Aufwärmen von Fertiggerichten über das Radar und Satellitenfernsehen bis hin zum Beschleunigen von Elektronen in den Strahlungsquellen der Zukunft, den Röntgenlasern.

Die ersten Mikrowellen erzeugte Heinrich Hertz 1886, sechs Jahre nachdem er die ersten Radiowellen schuf. Doch technische Anwendungen der Mikrowellen ließen länger auf sich warten, als es bei Radiowellen der Fall gewesen war.

Mikrowellen entstehen wie Radiowellen durch Schwingungen von Elektronen in Metallen. Als leistungsstarke Quellen werden heute sogenannte Klystrons oder Magnetrons verwendet. Die Wellenlängen von Mikrowellen liegen zwischen rund 30 Zentimetern und einem Millimeter.

Der Mikrowellenherd

Ein Mikrowellenherd

Die bekannteste Anwendung der Mikrowellen ist der Mikrowellenherd, der mit Hilfe von Mikrowellenstrahlung Speisen auftaut, erhitzt oder gart. Er wurde 1947 von Percy Spencer erfunden.

In einem Mikrowellenherd werden Lebensmittel mit Mikrowellen von etwa 12 Zentimetern Wellenlänge bestrahlt. Wassermoleküle im Essen nehmen die Strahlung auf, fangen zu schwingen an und es entsteht durch Reibung Wärme. Die Speisen werden im Mikrowellenherd also von innen erhitzt, anstatt dass die Wärme - wie beim normalen Kochen - erst von außen nach innen geleitet werden muss.

Intensive Mikrowellen, wie sie zum Kochen verwendet werden, können auch menschlichem Gewebe schaden und sind besonders für die Augen sehr gefährlich, da diese viel Wasser enthalten. Deshalb sind Mikrowellenherde immer mit einem Metallgitter abgeschirmt, durch das keine Strahlung entweichen kann.

Radar

Aus der heutigen Luftfahrt ist Radar nicht mehr wegzudenken. Im zweiten Weltkrieg, in der Luftschlacht um England, wussten die Briten von bevorstehenden Angriffen der Deutschen, schon bevor deren Bomber am Himmel zu sehen waren. Die Technik dazu war erst in den 1930er Jahren entwickelt worden. Heute lassen Radarfallen Autofahrer auf der ganzen Welt auf die Bremse treten. Der Name Radar (Radio Detection and Ranging) stammt noch aus den Anfängen der Technik, als Radiowellen anstelle von Mikrowellen verwendet wurden.

Radarturm an den Hamburger Landungsbrücken

Radarstrahlen bestehen aus kurzen Pulsen von Mikrowellen. Sie werden von Gegenständen, beispielsweise von Autos, reflektiert. Die zurückgeworfenen Pulse werden von dem Radargerät empfangen und aus der Zeit, die zwischen Aussenden und Empfangen verstrichen ist, kann die Entfernung berechnet werden. Ein Phänomen mit Namen Doppler-Effekt sorgt zudem dafür, dass sich die Frequenz der Mikrowellen verändert je nach dem, ob sich das Auto nähert oder entfernt. Über diese Veränderungen kann die Geschwindigkeit berechnet werden.

Satellitenfernsehen

Satellitenschüsseln empfangen Mikrowellen aus dem Weltall und bringen so Fernsehsendungen auf die Mattscheibe. Um die Signale von den Bodenstationen zu den heimischen Empfangsschüsseln zu senden, kommen spezielle Satelliten zum Einsatz. In einer Höhe von 36 000 Kilometern drehen sich diese genauso schnell um die Erdachse wie die Erde selbst und scheinen daher ständig an derselben Stelle im All zu hängen. Diese Satelliten werden daher geostationär genannt. Sie sind quasi Mikrowellenspiegel mit einer festen Position am Himmel.

Mikrowellen für leistungsstarke Röntgenlaser

Als Röntgenstrahlungsquellen der Zukunft werden leistungsstarke Röntgenlaser wie der in Hamburg geplante europäische Röntgenlaser XFEL völlig neue Forschungsmöglichkeiten eröffnen. In solchen Röntgenlasern werden die ultrakurzen Lichtblitze von energiereichen Elektronen erzeugt, die mit Hilfe von Mikrowellen auf fast Lichtgeschwindigkeit beschleunigt wurden. Dazu kommen Mikrowellengeneratoren, so genannte Klystrons, zum Einsatz – beim europäischen XFEL insgesamt 38 Stück.