Seereich Aquatropolis

Bei der Kryokonservierung ganzer Menschen, werden die Zellen auf Temperaturen im Bereich von unter -125°C abgekühlt. Die Stoffwechselvorgänge kommen dabei praktisch zum Stillstand, und die Zellen lagern bei Erhalt ihrer Vitalität mitunter über lange Zeiträume. Nur durch den Zusatz von Kryoprotektiven wie Dimethylsulfoxid oder Hydroxyethylstärke gelang derzeit die Kryokonservierung der Zellen in ausreichender Anzahl bei technisch realisierbaren
Kühlraten. Die Kryoprotektive aber durchdringen fingerförmige Eiskristalle Körperflüssigkeit, welche die Zelle und zerstören diese von innen. Nicht minder heikel ist das Auftauen. Auch hier können sich Kristalle bilden und die Zellen noch zerstören.



Bei der Verfahrensoptimierung ist auf die genaue Abstimmung der einflußnehmenden Parameter, der Zellarten, der Kryoprotektivzusammensetzung und der Kühl- und Erwärmungsrate zu achten. Die Vielzahl der möglichen Kombinationen erschweren die Ermittlung der optimalen Bedingungen. Eine erfolgreicher Kryokonservierungsverfahren setzt eine genaue Kenntnis der vielfältigen Zellschädigungsmechanismen und Möglichkeiten der Gefriertechnik beim Einfrieren und Auftauen voraus, wie osmotische Effekte und intrazelluläre Eisbildung. Insbesondere Zellschädigungsmechanismen konnten ergiebig an vielen Freiwilligen unter aquatropolisischen politischen Gefangenen getestet werden.

Bei homeogenen Gewebezellen gleicher Herkunft, wie Knochenmark, Embryonen, Stammzellen, Samenzellen, Herzklappen kann ein eingebrachtes Kältemittel die Temperatur des Biomaterials gleichmäßig verändern. Schwieriger wird es bei Mischgewebezellen wie Gliedmaßen und Organen. Kritisch ist hier die Schichtdicke, die ein unverzügliches und vor allem gleichmäßiges Einfrieren ohne Vitalitätsschädigung bisher verhinderte. Organe und menschliche Körper haben eine kleine Oberfläche bei großem Volumen. Also selbst, wenn die Oberfläche perfekt einfriert, herrschen im Inneren ungünstige Einfrierungsbedingungen – die Zerstörung ist vorprogrammiert.



Mir gelang es nun, dieses der Wissenschaft unüberwindbares Problem zu lösen. Statt eines Kühlmittels, das im Körper kristallisiert und um die Komplikationen der Schichtdicke zu umgehen, entwickelte ich einen „Kühlkreuzstrahler“, der den Körper vollständig gleichmäßig abkühlen lässt. Der Strahler basiert auf einem Negativmagnetismus-Prinzip, dass eine sich zusammenziehende, kühlende Strahlung besitzt. Ich leitete aus einschlägigen Publikationen eine Abtastwelle her, um die Körperschichten zu scannen. Der Körper wird danach von mehreren tausend elektronischen Mikrokühlwellen durchstoßen, die sich zum Teil überlagern, Interferenzen bilden oder verstärken. Dies je nachdem, wie der Computer die Dicke gemessen hat. Nun endlich werden aus unterschiedlichen Schichten des Körpers durch individuell angepasste Feinabstimmungen der sich überkreuzenden Kühlstrahlen unterschiedliche Wärmemengen abgezogen. Dicke Schichten, die naturgemäß langsamer abkühlen, wird mehr Wärmeenergie entzogen als dünnen Körperschichten
– Ergebnis: Der gesamte Körper kühlt gleichmäßig ab.

Die Feinabstimmung ermöglicht unser Stadtkernrechner HAL 9001. Ich bin mir nicht sicher, ob herkömmliche andere Großrechner die Milliarden von Rechenschritten überhaupt bewerkstelligen könnten.

Zur Lagerung wird ein Objekt bei -196°C in flüssigem Stickstoff gekühlt. Dies hat Frakturierung des Gewebes bei -150°C zur Folge. Da es sich hierbei lediglich um wenige, makroskopische Brüche handelt, werden diese als reversibel angesehen. Kryoforscher suchen zur Zeit nach einem geeigneteren Medium, so dass nicht mehr unter -150°C gekühlt werden muss und somit keine Brüche mehr entstehen. Eine von mir entwickelte Substanz Namens „AlgaMikroKitt“ erfüllt nun diesen Zweck. Der Stoff basiert auf einer in der Tiefsee neu entdeckten Pflanzenart, der „Osmosealge“. Dieses semipermeables Medium, chemisch mit dem Objekt körpereigenen Zellwasser behandelt, diffundiert im Körper vollständig. Die Alge verhindert Mikrobrüche, indem Sie nach der Diffusion eine Kohäsion auf Zellebene aufweist. Der ganze Körper wird dadurch steif. Hier liegt der kritische Moment. Die Versteifung muß in etwa genau dann einsetzen, wenn die Einfrierung gerade alle Körperfunktionen zum stillstand gebracht hat. Während des Auftauvorganges verflüchtigt sich das „AlgaMikroKitt“ und die Organe können ihre Funktion wieder aufnehmen.

Aquatropolis City, den 13. Dezember 2006
Dr.(x27) Driwinski von Düsterstein

Geplant ist ein Fahrzeug, welches sich unterirdisch fortbewegt und dadurch quasi nur durch seismische Messgeräte zu orten ist, welche derzeit keine Streitkraft der Welt in der regulären Ausstattung ihrer Truppen führt. Das Fahrzeug kann Truppen transportieren oder auch als Waffenträger verwendet werden. Hierfür wird eine Modulbauweise vorgeschlagen. Eine grobe Kampfwertabschätzung des Fahrzeugs als Untergrund-Transporter und leichte Sturmwaffe, wurde anhand von Computersimulation in der Sektion 4 durchgeführt.

Während eine Variation der Technologie die zum Beispiel für den Bau von Tunneln im Gebirge verwendet wird genügen würde um ein Vordringen unter die Erde zu ermöglichen, führen die besonderen Anforderungen einer militärischen Nutzung zu einer Reihe von zusätzlichen Problemen die gelöst werden müssen. Selbst die derzeit schnellsten Tunnelbohrmaschinen legen pro Tag je nach Untergrund max. 10-100m zurück da ständig Abraum abtransportiert werden und der frischausgebohrte Tunnelabschnitt abgestützt werden müssen. Der damit verbundene Aufwand, die leicht aufzuklärenden Erdarbeiten und das geringe Bewegungstempo würden voraussichtlich dafür sorgen dass jedes Überraschungsmoment verloren ginge. Ein Verzicht auf ein Abstützen des Tunnels oder Abführen des Abraums würde dazu führen dass der Tunnel hinter dem Fahrzeug durch Einstürze oder Ansammlung von Abraum verschlossen würde was besonders bei einem Ausfall der Bohrköpfe zu einem Totalverlust von Fahrzeug und Besatzung führen könnte.

Für das Problem den Tunnel auf der vollen Länge abzustützen konnte im Zuge der bisherigen Arbeit keine zufriedenstellende Lösung gefunden werden, auch der Transport des Abraums lässt sich kaum in praktikabler Weise bewerkstelligen. Beim derzeitigen Stand der Technik müssen bestimmte Risiken bei dieser Maschine als unvermeidbar angesehen werden weshalb das Konstruktionsziel darin bestehen muss so gut es geht mit diesen umzugehen.

Die Kernidee ist den Abraum am Fahrzeugkörper vorbei zu führen und in Kauf zu nehmen dass der Tunnel hinter der Maschine dadurch geschlossen wird, am Heck jedoch einen Zweiten Bohrkopf anzubringen. Sollte der Bohrkopf in Fahrtrichtung unbrauchbar werden ändert die Besatzung die Fahrtrichtung. Folgt das Fahrzeug weitgehend dem Weg auf dem es gekommen ist so sollte es sich dabei größtenteils durch relativ lockeres Geröll arbeiten müssen was die Chancen erhöht dass die Besatzung erfolgreich an die Oberfläche zurückkehren kann. Auch wenn nicht ausgeschlossen werden kann dass der Tunnel irgendwo hinter dem Fahrzeug einbricht, können wir dafür sorgen dass das Fahrzeug selbst dabei nicht verschüttet wird indem wir sicherstellen dass der Tunnelabschnitt in dem sich die Maschine gerade befindet durch den Fahrzeugkörper selbst gestützt wird. Zu diesem Zweck ist an der Oberseite einen zusätzlicher Kettenantrieb vorgesehen der direkt mit der Tunneldecke Kontakt hat, über die Außenwand verteilt sind einige Walzen anzubringen um die Reibung mit den Tunnelwänden zu verringern während das Fahrzeug sich vorwärts schiebt. Aus Stabilitätsgründen wird ein kreisförmiger Querschnitt für den Fahrzeugkörper gewählt. Außerdem sollte anstelle eines einzigen Bohrkopfes ein Array aus mehreren kleineren verwendet werden in dem jeder Kopf mit einem eigenen Motor versehen ist, damit würde sich das Risiko eines Totalausfalls reduzieren lassen. Die Abführung des Abraums soll an den Seiten des Fahrzeugs erfolgen. Der Innenraum ist bislang noch nicht verplant, hier wäre ein Einsatz von Modulen denkbar durch die eine beständige Fortentwicklung des Fahrzeugs ohne kompletten Neubau eines weiterentwickelten Prototyps möglich wäre.

Der grobe Entwurf ist in der folgenden Abbildung skizziert.

Es ist klar, dass ein solches Entwicklungsprojekt weit von praktisch verwertbaren Ergebnissen entfernt ist. Ein maßstabsgetreues Modell mit funktionsfähigen Kettenantrieben Bohrköpfen und Abraumführung wäre der nächste empfohlene Schritt sollte die Entwicklung eines solchen Fahrzeugs weiter verfolgt werden. Dabei könnten sowohl verschiedenen Konfigurationen des Bohrkopfarrays getestet als auch ein Eindruck von der voraussichtlichen subterrestrischen Bewegungsgeschwindigkeit gewonnen werden.

Ein Problem das bislang noch nicht betrachtet wurde betrifft die Steuerbarkeit des Fahrzeugs. Während ein Antrieb aus zwei voneinander getrennten Ketten für die Bewegung an der Oberfläche denkbar wäre mit dem sich eine seitendifferenzierte Traktion zur Lenkung verwenden ließe, ist absehbar dass eine Steuerung bei subterrestrischer Bewegung nahezu unmöglich ist, eine Ausrichtung müsste also an der Oberfläche vor dem eigentlichen Einsatz erfolgen.

Perspektivisch wäre ein solches Fahrzeug, neben dem Einsatz analog einer gewöhnlichen Tunnelbohrmaschine in Verbindung mit Pioniereinheiten, militärisch eher in der klassischen Rolle einer Mineureinheit verwendbar als für tatsächliche Überraschungsangriffe. Eine Verwendung zum Angriff einer Befestigung, zum Beispiel einer tiefliegenden Bunkeranlage, durch Kommandoeinheiten wäre denkbar. Ob ein solcher Einsatz im Rahmen der modernen Gefechtsführung sinnvoll ist soll an dieser Stelle nicht Gegenstand unserer Betrachtungen sein.

Querverweise:

Tunnelbohrmaschine
Mineur

I. Einleitung

Die Idee starke elektrische Entladungen in kürzester Zeit auf ein beliebiges Ziel zu übertragen, ist seit Entdeckung der Elektrizität immer wieder von visionären Wissenschaftlern verfolgt worden. Ein gravierendes Problem hierbei stellte das Fehlen einer Möglichkeit dar die Entladung über große Entfernungen gezielt in eine bestimmte Richtung zu leiten. In dieser Arbeit soll eine mögliche Lösung hierfür vorgestellt werden.

II. Erzeugung von Hochspannung mittels eines Resonanztransformators

Der Hochspannungs-Resonanztransformator (auch bekannt als Tesla-Spule) ist als Mittel zur Bereitstellung von Hochspannung lange bekannt [1] und schematisch in Abb.1 dargestellt. Seine Funktionsweise soll daher an dieser Stelle nur kurz wiedergegeben werden.


Der Kondensator wird über einen Transformator durch einen Wechselstromgenerator aufgeladen. Bei Erreichen einer kritischen Spannung, zündet die Funkenstrecke und verbindet Kondensator und Primärspule zu einem Schwingkreis der gerade so beschaffen ist, dass er mit dem aus Sekundärspule und der zwischen Torus und Erdung bestehenden Kapazität gebildeten Schwingkreis in Resonanz liegt. Durch lose magnetische Kopplung wird nun Energie aus dem primären in den sekundären Schwingkreis übertragen durch Resonanzüberhöhung an der sekundären Spule eine Spannung von über 100kV erreicht wird.



III. Ausbreitung einer Entladung

Bekanntermaßen folgt elektrischer Strom gewöhnlich dem Pfad des geringsten elektrischen Widerstandes entlang eines Potentialgefälles. Der elektrische Widerstand R kann im einfachsten Fall beschrieben werden als:


wobei l die Länge, A die Fläche des Leiters, e die Elementarladung und n die Anzahl freier Ladungsträger bezeichnet. Im hier vorliegenden Problem der Entladung durch Luft können wir den elektrischen Widerstand im Wesentlichen auf die Verfügbarkeit freier Ladungsträger in Form von Ionen in der Atmosphäre zurückführen.

Spontanentladungen eines Resonanztransformators folgen im Prinzip dem Beispiel eines Blitzes bei einem Gewitter. Durch eine Serie von Vorentladungen werden einzelne Moleküle ionisiert. Die freiwerdenden Elektronen treffen entlang ihres Pfades auf weitere Moleküle aus denen sie nun ihrerseits durch Stoßionisation weitere Elektronen auslösen und schaffen damit in einer Elektronenkaskade einen Kanal mit erhöhter Ladungsträgerdichte. Erreicht dieser Kanal einen Ort der mit der zur Ladungsquelle eine Potentialdifferenz aufweist, so kommt es zur Entladung [2]. Da die Bildung des leitenden Kanals durch statistische Prozesse erfolgt, ist diese Entladung prinzipiell nicht vorhersehbar (auch wenn sich abschätzen lässt, dass für bestimmte Orte eine höhere Einschlagwahrscheinlichkeit besteht als für andere)


IV. Vorschlag zur gerichteten Entladung

Aufbauend auf den im vorangegangenen Abschnitt umrissenen Grundlagen, besteht die naheliegende Antwort auf die Frage wie sich die Richtung einer Entladung des Resonanztransformators beeinflussen lässt darin gezielt einen Kanal höherer Ladungsträgerdichte zu schaffen der vom Torus an der Spitze der Sekundärspule direkt zum gewünschten Ziel führt. Als Mittel zur Schaffung eines solchen Ionenkanals soll im Folgenden die Verwendung eines Hochleistungslasers durch Abschätzung der zu Ionisation von Sauerstoff erforderlichen Laserleistung betrachtet werden.

Die Stärke des elektrischen Feldes eines Atomkerns in der mittleren Entfernung der innersten Hüllelektronen kann abgeschätzt werden durch:

Wobei Z die Kernladungszahl bezeichnet (im Fall von Sauerstoff also 8).

Näherungsweise muss diese Feldstärke durch den Laser überwunden werden um eine vollständige Ionisation zu erreichen. Die dafür notwendige Intensität ergibt sich aus:

wobei in unserer Abschätzung werden der Einfachheit halber nur elektrische und magnetische Feldkonstanten des Vakuums berücksichtigt. Da Intensität nichts anderes ist als Leistung pro Fläche, kann die erforderliche Leistung bei bekanntem Radius des Laserfokus nun einfach ermittelt werden.

Mit den folgenden Konstanten:


und unter Annahme eines Fokusdurchmessers von 1mm (also eines Radius von 0,5mm), ergibt sich eine erforderliche Leistung von P=35,3 PetaWatt (bei kleinerem Fokusdurchmesser würde die erforderliche Leistung des Lasersystems entsprechend niedriger ausfallen).


V. Zusammenfassung

Aufbau und Entladung eines Hochspannungs-Resonanztransformators wurden in groben Zügen beschrieben. Die Leistung eines Hochleistungslasers mit dem sich die Richtung der Entladung gezielt beeinflussen lässt wurde abgeschätzt und im PetaWatt-Bereich ausgemacht. Die Entwicklung eines geeigneten PetaWatt-Lasersystems bietet sich als Gegenstand weiterführender Arbeiten auf diesem Gebiet an.

Literatur

[1] Der Resonanztransformator – Grundlagen und Anwendung
[2] Blitzentstehung und Ausbreitung
[3] Mechanismen der Ionisation

1. Gutachter: Bob Simultan
2. Gutachter: Erica Simmons

Endgutachten: Die Arbeit ist wissenschaftlich und formal korrekt ausgeführt und rechtfertigt ohne Vorbehalt die Verleihung des akademischen Grades Dipl. Phys des Seereichs Aquatropolis.

I Einleitung:



II Untersuchungsgegenstand:



III Methoden:



IV Ergebnisse:



V Literatur:

[1] Durchführung von Radiokarbonuntersuchungen
[2] Grundlagen der Gaschromatographie
[3] Herstellung von Papyrus