Erster Preis für Julian Scharr bei “Jugend forscht”
In einem Krankenhaus in Illinois setzte versehentlich ausströmendes Helium iphones vorübergehend außer Betrieb – es war diese unscheinbare Meldung, die für Julian Scharr den Stein zum Rollen brachte und den Anstoß für seine Jugend forscht-Arbeit gab, die nun mit dem ersten Platz in der Sparte Physik sowie dem Sonderpreis Qualitätssicherung in der Arbeitswelt ausgezeichnet wurde.
Durch seinen Vater wusste er um das Problem, vor dem Mitarbeiter in einem Institut zur Pflanzenforschung regelmäßig stehen: Zur Kühlung eines sehr starken Magneten muss regelmäßig Helium nachgefüllt werden. Dafür muss ein Wissenschaftler auf einen etwa 2m hohen Aufbau steigen und diese Aufgabe „per Hand“ lösen. Bislang muss er beim Nachfüllen sprechen, damit er durch Veränderung seiner Stimmlage rechtzeitig auf ausströmendes Helium aufmerksam würde.
Das bindet nicht nur Aufmerksamkeit, sondern ist auch unter Sicherheitsaspekten kritisch, nicht zuletzt da die bekannte „Micky Maus“-Stimme erst einträte, wenn schon eine nennenswerte Heliummenge eingeatmet worden wäre. Somit wäre es ideal, wenn es einen einfachen Sensor gäbe, der bei Detektion von Helium den Wissenschaftler vorwarnen würde – das nahm Julian Scharr zum Anlass, zwei Verfahren zu testen, die als Funktionsprinzip eines solchen Detektors dienen könnten.
Heliumballons steigen nach oben – somit haben Körper einen anderen Auftrieb in Helium als in Luft. Das nutzte Julian, indem er eine einfache Balkenwaage konstruierte, bei dem die Auslenkung eines Luftpolsters gemessen wird: Je nachdem, ob sich die Waage in Luft oder in einer mit Helium angereicherten Atmosphäre befindet, kann eine unterschiedliche Auslenkung gemessen werden – die Konzentration ist grob an einer einfachen Skala abzulesen. Die Vorteile dieser einfachen Konstruktion liegen auf der Hand: Billig und sicher, leider auch sehr windanfällig.
Daher testete er ein zweites Verfahren, basierend auf der Micky-Maus-Stimme. Mittels einer geeigneten Vorrichtung quantifizierte er die Veränderung der Stimmlage als Verschiebung einer sog. Resonanzfrequenz in einem Resonator. Die gemessene Verschiebung ließ ebenfalls Rückschlüsse auf die vorliegende Heliumkonzentration zu. Klingt ebenfalls bestechend einfach, jedoch ist dieser Sensor aktuell noch zu teuer und funktioniert nicht in Anwesenheit von starken Magneten.
Dennoch hatte Julian zwei grundlegende Prinzipien getestet, die grundsätzlich vielversprechend zur Entwicklung eines Detektor-Prototypen sind. Das überzeugte auch die Jury, die seine Arbeit entsprechend mit dem ersten Preis auszeichnete sowie Julian den Sonderpreis für Qualitätssicherung verlieh.
Entsprechend wird Julian seine Arbeit beim Landeswettbewerb von Jugend forscht Anfang April vorstellen – wir drücken ihm schon jetzt kräftig die Daumen.
Dr. A. Wille
