Harr harr harr…das sind Zahlen da muss einem doch das Herz aufgehen…192 Laser deponieren bis zu 2 Megajoule in einem winzigen Ziel…60 mal mehr als der bislang stärkste Laser vollbracht hat! Seit 31. März ist die National Ignition Facility am Lawrence Livermore National Laboratory in den USA fertiggestellt und bereit, Sternenfeuer zu entzünden!
In der Riesenanlage werden die 192 Laserstrahlen erzeugt und in einer Zielkammer fokussiert. Das Ziel: Eine nie zuvor erreichte Energiedichte zu erzeugen, wie sie nur in Sternen (oder Gasriesenplaneten) vorkommt. Das ist erst einmal grundlegend für die Forschung an Plasmen interessant, also dem Materiezustand bei hoher Energie, wenn Elektronen und Atomkerne nicht mehr zusammenhalten. Das NIF ist eine nationale Einrichtung der USA, und in Frankreich entsteht gerade eine weitere, ähnliche. Auch wenn in vielen Bereichen, z.B. der Entwicklung des Laserglases, zusammengearbeitet wurde, ist der Grund für die Beschränkung auf eine nationale Forschung dadurch begründet, dass dort auch Beiträge zur Forschung der Sicherheit von Atomwaffen gebracht werden sollen (da man erstmals kontrolliert thermonukleare Feuer untersuchen kann). Das Hauptziel und interessanteste Ziel ist aber die Entfachung einer Fusionsreaktion zur Energieerzeugung.
**Energie aus Kernfusion**
Es gibt grundsätzlich drei Ideen, wie man kontrollierbare Kernfusion in ein Kraftwerk bringen kann. Die erste, die kalte Fusion, fällt mittlerweile wohl eher in den Bereich Esoterik, aber die Grundidee ist schon plausibel, nämlich dass ein Katalysator eine Fusionsreaktion begünstigt. Die Ideen, die jetzt umgesetzt werden sind, mit dem Bau von ITER und NIF, sind zum einen die Erzeugung und Erhitzung eines Plasmas, das in einem donutförmigen Gefäß durch starke Magnetfelder eingesperrt wird.
Der Ansatz am NIF ist von anderer Natur: Hier ist die Idee, nur eine sehr kleine Menge zur Fusion zu bringen, in dem man sie durch eine enorme Energiedeposition dazu bringt, sich stark zu verdichten. Die gewonnene Energie aus der dann ausgelösten Fusion übersteigt die benötigte Anregungsenergie um ein Vielfaches.
**Gebündelte Laserpower**
Wie bündelt man so viel Energie? Man schießt von allen möglichen Richtungen gleichzeitig auf ein Ziel. Die NIF bietet ziemlich viele Informationen auf ihrer Seite, unter anderem viele Videos, die aber leider nicht einbettbar sind. Einige kann man aber auch bei YouTube finden, z.B. dieses das den Weg eines Laserbündels in die Zielkammer zeigt (was, jedenfalls der Musik nach zu urteilen, ein unheimlich patriotischer Prozess ist):
Die Seite zur Geschichte lässt staunen: Bereits 1962, nur zwei Jahre nach dem Patent für den Laser, startete das erste Projekt zur Erforschung von Laserpulsen zur Fusionserzeugung. Man hatte sofort den möglichen Wert des Lasers erkannt! Seit 1972 wird am Lawrence Livermore Laboratory mit zunehmend starken Lasern gearbeitet.
**Rezept für Fusion**
Und jetzt der Megalaser! Seine Leistung beträgt 500 Terawatt – das ist das 10fache des gesamten US-Stromnetzes – aber diese Leistung dauert nur 5 Milliardstel an und wird in einen kleinen Hohlraum fokussiert (der übrigens auch auf englisch “hohlraum” heißt):
Im Hohlraum wird dann das Ziel von 1,8 Millionen Joule Energie getroffen – eine erbsengroße Plastikkugel, gefüllt mit einer Mischung aus Deuterium (Wasserstoff mit einem Neutron im Kern) und Tritium (Wasserstoff mit zwei Neutronen im Kern). Durch die Energie wird der Wasserstoff zu ungeheurer Dichte zusammengepresst – und 100 Millionen °C heiß.
Wird also die NIF der erste Fusionsreaktor werden? Nein, immer langsam. Die Anzahl an Fusionsreaktionen wird im besten Fall 2 am Tag betragen – zur Energieerzeugung müsste man aber etwa 10 pro Sekunde schaffen…
Es ist nur ein Schritt, die Möglichkeit zu untersuchen, auf diese Art Energie zu gewinnen. Der Bau der Laser hat schon enorm viel Können erfordert, und sicherlich wird es nochmal so viel Arbeit, den Fusionsprozess anzuregen. Und dann wird man wissen, ob man das tatsächlich auch in einem Maßstab betreiben könnte, der einen Betrieb als Reaktor erlaubt. Da ist ITER schon weiter – aber ihr wisst ja: In 50 Jahren haben wir Fusionsenergie, das weiß man bereits seit 50 Jahren.
Auch wenn letztendlich herauskommen sollte, dass man auf diese Art und Weise keine Fusion dauerhaft betreiben kann – der Erkenntnisgewinn für Lasertechnik, Optik, Plasmaforschung und auch Astronomie und Kosmologie (Verständnis zu Sternen) wird unschätzbar sein. Außerdem – wie cool ist eine Riesenanlage mit 192 Powerlasern 🙂
Zu den Bildern: “Credit is given to Lawrence Livermore National Security, LLC, Lawrence Livermore National Laboratory, and the Department of Energy under whose auspices this work was performed.”
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