Een scheutje stikstof en de klas is wakker

ACHTERGROND - MARE 25, 25 maart 2004

Op tournee met Leids natuurkundecircus RINO

Bruno van Wayenburg

Natuurkundecircus RINO is weer on tour. Met een faculteitsbusje vol vloeibaar stikstof trekken studenten langs middelbare scholen om trucs te doen, ter promotie van de natuurkunde en Leiden. ‘Dit is de koudste plek ooit in Roosendaal.’

‘Een vrijwilliger?’ Het blijft angstig stil in het klaslokaal.

Kees Herbschleb van het Leids natuurkundecircus RINO (Reizende Informanten Natuurwetenschappelijk Onderzoek) zoekt iemand over wiens hand bij vloeibaar stikstof mag gieten. Het lijkt erop dat de vwo-leerlingen van het Rozendaalse Jan Tinbergencollege nog niet zo veel voelen voor de rol van proefkonijn.
Verlegenheid? Onverschilligheid? Of is het toch niet geruststellend genoeg dat Herbschleb bij zichzelf heeft laten zien dat de truc niet per se bevriezingsbrandwonden hoeft op te leveren (het verdampende stikstof vormt namelijk een isolerend gaskussentje tussen vloeistof en hand).
‘Kamiel, jij bent toch stoer?’, bast dan de natuurkundeleraar uit een hoek van het lokaal. En zowaar, een beer van een jongen staat op, en loopt zwijgend naar voren.
Het plensje dampende vloeistof loopt zonder nadelige effecten over zijn handen en valt op de vloer. Alle ogen zijn op Kamiel gericht, maar die reageert schouderophalend op de vraag hoe het voelt. ‘Mwah.’
Leids natuurkundecircus RINO is bezig aan een comeback. Na een lange periode van afwezigheid toeren de eerste- en tweedejaars natuurkundestudenten weer rond in een Leids faculteitsbusje vol thermosflessen van buitenformaat, gevuld met vloeibaar stikstof. Op scholen, voorlichtingsdagen en wetenschapsmanifestaties vertonen Onno Broekmans, Daniël Abel en voorzitter Herbschleb hun kunsten.
‘We gaan jullie wat leuke dingen laten zien’, zegt Herbschleb aan het begin van de show, als zo’n dertig leerlingen nog slaperig zitten af te wachten wat dit nu weer gaat worden.
Voor spektakel is het dan voldoende om een scheut vloeibaar stikstof over de vloer te gieten. Duizenden glinsterende druppeltjes schieten sissend en dampend over het linoleum, en verdwijnen zonder spoor. Gelach, benen worden geschrokken opgetrokken. De klas is wakker.
Tijd voor een didactisch intermezzo. Snel en met licht jaren-vijftig-accent pratend doet Herbschleb zijn uitleg. ‘Ik neem aan dat jullie de Kelvin-schaal kennen?’ Stilte. ‘Nee? Wel, dat zit zo.’ Je hebt de noordpool, waar het wel 55 graden kan vriezen, en de zuidpool, waar het wel eens -80 wordt. Maar dat is nog niets vergeleken bij de temperatuur waarbij het gas stikstof vloeibaar wordt, -196 graden Celsius. Ofwel 77 graden boven de allerlaagst denkbare temperatuur, het ‘absolute nulpunt’ van 0 Kelvin.
Opnieuw de stikstoffles. Dikke witte wolken stijgen op in het klaslokaal als Broekmans een flinke scheut in een bakje giet. De wolken bestaan niet uit stikstof zelf, maar uit de waterdamp uit de lucht, die eventjes bevriest, legt Herbschleb uit.
Na het optreden van Kamiel volgt het bewijs dat de vloeistof ook écht koud is. Met een spuitfles spuit Broekmans een paar pulsen in het water, dat met een klap bevriest. ‘IJs zet uit als het kouder wordt.’
Tussen de wolken, en met zijn geconcentreerde blik door zijn brilletje doet Broekmans wel wat denken aan een tovenaarsleerling, een Harry Potter met leren veiligheidshandschoenen, want het kán ook misgaan.
Zo doen de RINO-studenten tegenwoordig niet meer aan stikstofslikken. Er schijnen wel eens ziekenhuisopnames geweest te zijn wegens een bevroren slokdarm, vandaar.
Als de wolken opgetrokken zijn, liggen er alleen ijsklontjes in het bakje. De scholierennekken rekken zich om het beter te kunnen zien.
Nóg veertien graden kouder, gaat Herbschleb verder, bevriest het stikstof. Een bakje stikstof gaat in een glazen stolp, waar het vacuüm wordt gezogen. ‘Het verdampende stikstof onttrekt nog verdere warmte, zodat de vloeibare stikstof nog kouder wordt’, doceert Broekmans.
Op zijn aanraden dromt de klas om de stolp heen, maar het – op zich ook weinig spectaculaire – bevriezen van het doorzichtige goedje is eigenlijk niet goed te zien. ‘Kouder dan dit kunnen wij het niet krijgen’, zegt Herbschleb. ‘Dit is de koudste plek ooit in Roosendaal’, merkt de leraar op.
Alleen in laboratoria kun je het zó koud krijgen dat waterstof (-253 graden) en helium (-269 graden) vloeibaar worden. ‘In ons Leidse laboratorium bijvoorbeeld’, promoot Herbschleb, terwijl hij een sheet met het universiteitswapen op de overheadprojector legt.
Onvermijdelijk volgt de Leidse grootheid Heike Kamerlingh Onnes, die in 1908 helium voor het eerst vloeibaar maakte, en die in 1911 onverwacht ‘supergeleiding’ ontdekte in kwik. Dat is het effect waarbij alle elektrische weerstand bij lage temperaturen wegvalt, en dat natuurkundigen tot de dag van vandaag bezighoudt.
Tijd voor een opiniepeiling: ‘Kun je het absolute nulpunt ooit bereiken?’ Uit de opgestoken handen blijkt dat de Rosendaalse vwo-ers goed op de hoogte zijn, óf dat de formulering niet helemaal neutraal klonk, want er is maar één ‘ja’-stemster. ‘Het antwoord is nee’, besluit Herbschleb de kwestie zonder verdere uitleg.
De proeven volgen elkaar snel op. Flessendopjes ploppen tegen het plafond, en ballonnen worden opgeblazen onder druk van verdampend stikstof. Afgekoelde elastiekjes worden keihard, en breken als porselein, net als plantenblaadjes, en ook de ontploffing van de Space Shuttle Challenger tijdens de lancering in 1986 wordt en passant nog even verklaard. Door bevriezingsverschijnselen werd een afdichtingsring keihard, met brandstoflekkage tot gevolg.

Natuurkundig hoogtepunt is de nu al klassieke demonstratie van supergeleiding in het in 1986 ontdekte materiaal ‘YBCO’, dat het al doet bij de temperatuur van vloeibaar stikstof. Een klein tabletje ervan zweeft roerloos boven een magneet, zodra het met stikstof wordt afgekoeld. Deze keer geen verbaasd gemompel uit de klas, maar de leerlingen staan evengoed op uit hun banken om het goed te kunnen zien.

‘Als je supergeleiding kunt verklaren, stuur het dan even naar Stockholm, want dan krijg je de Nobelprijs’, nodigt Herbschleb ze uit.
Intussen is Daniël Abel al bezig met de publieksvriendelijke uitsmijter: een grote pan instant-yoghurtijs, bereid met vloeibaar stikstof. ‘Dat zit gewoon ook in de lucht hoor. Het is totaal niet schadelijk’, stelt hij een bezorgde leerlinge gerust.
Al vertellen de studenten ook graag gruwelijke anekdotes. Zoals die van die Duitse student die op een vrijdagmiddag even stikstof ging tappen in een gesloten schuurtje. Door de verdampende stikstof kreeg hij geen lucht en viel flauw. Maandagochtend werd hij teruggevonden, stijf bevroren. De stikstofkraan was al de tijd open blijven staan, en er was duizend liter over de student heengestroomd. Echt gebeurd, zegt Herbschleb, al weten we niet waar.
Terwijl de ene helft van de leerlingen om Abel heen dringt voor een ijsje in plastic beker, heeft ook stikstofdopeling Kamiel zijn volgelingen. Als bij de communie staan ze in de rij, en steken om beurten hun hand uit, waarover Herbschleb een scheutje vloeibaar stikstof giet. De meesten reageren verbaasd maar opgelucht. ‘Het voelt gewoon koud’, zegt een meisje.