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Der stärkste Laser der Welt

Physik.- Am Lawrence Livermore National Laboratory, unweit von San Francisco, steht der stärkste Laser der Welt: die "National Ignition Facility", kurz NIF. Die 3,5 Milliarden Dollar teure Anlage schießt ultrastarke Blitze auf ein Kügelchen aus gefrorenem Wasserstoff und versucht es zur Zündung zu bringen – quasi eine Wasserstoffbombe im Miniformat.

Von Frank Grotelüschen | 05.07.2010

    Der Bau hat die Ausmaße eines Fußballstadions, unterteilt in mehrere Hallen. NIF ist der stärkste Laser aller Zeiten und braucht eine Menge Platz.

    Der Ausgangspunkt aber ist eher unspektakulär: ein schmaler Gang, an einer der Türen klebt ein Schild mit der Aufschrift "Master Oscillator Room".

    "Hier entsteht der Laserblitz. Erzeugt wird er durch einen kleinen, unscheinbaren Halbleiterchip. Dieser Chip arbeitet äußerst genau – er kann den Blitz sehr präzise formen. Aber der Blitz, der aus dem Chip kommt, ist ziemlich schwach. Er hat gerade mal eine Energie von einigen Nanojoule."

    Bob Kauffman, einer der Pioniere von NIF. Eine Spezialoptik teilt den Blitz auf in 192 Einzelblitze. Diese werden verstärkt – und zwar um das Billiardenfache. Das passiert in einer riesigen Halle.

    Die Halle ist 100 Meter lang und hoch wie ein Kirchenschiff. Die Laserstrahlen laufen durch lange Metallröhren. An einigen Stellen führen die Röhren durch massive Klötze – die Lichtverstärker. Ihr Herzstück: Glasscheiben, groß wie Kellerfenster und leicht getönt, denn sie sind mit Neodymatomen gespickt.

    "Es sieht sehr schön aus – hell lila. Der Laserstrahl geht da durch und wird dabei verstärkt. Der Laser ist so aufgebaut, dass er durch elf von diesen Scheiben viermal durchgeht",

    sagt Siegfried Glenzer, ein Deutscher, der schon lange in Livermore arbeitet. Kurz bevor die schwachen Laserpulse aus dem Halbleiterchip in die Halle jagen, leuchten Hunderte von Blitzlampen auf. Ihr Licht pumpt Energie ins Neodymglas. Läuft dann der Laserblitz durchs Glas, überträgt das Neodym seine Energie auf ihn und vervielfacht seine Stärke.

    "Wenn die Blitzlampen schießen, ist das extrem laut. Die Kondensatoren werden entladen, man hört das im ganzen Gebäude. Man hört es richtig rappeln."

    Das Ziel der Laserstrahlen: eine große Kugel aus Metall mit lauter Bullaugen, groß wie Gullydeckel. Hier schießen die Blitze ein.

    "In der Kugel ist hauptsächlich Vakuum. Und in der Mitte der Vakuum-Kugel sitzt das Target, das nur einen Zentimeter groß ist."

    Die Laserstrahlen kommen von allen Seiten. Für Sekundenbruchteile konzentriert sich ihre Energie auf das Target. So nennen Glenzer und seine Leute ein Röhrchen aus Gold, das kaum größer ist als eine Tablettenkapsel und von einem Teleskoparm gehalten wird. In der Kapsel steckt der gefrorene Wasserstoff. Das geballte Laserlicht erhitzt ihn und presst ihn extrem stark zusammen, sagt Bob Kauffman.

    "Dadurch kann das Brennstoffkügelchen schlagartig implodieren. Und dabei herrschen in seinem Inneren ein Druck von 100 Millionen Bar und eine Temperatur von 100 Millionen Grad."

    Extrembedingungen, bei denen der Wasserstoff zu Helium verschmilzt. Die Fusionsreaktion zündet. Energie wird frei – zwar deutlich mehr, als man mit dem Laser hineingeschossen hat, aber die Explosion ist bei weitem nicht so stark, als dass sie das Gebäude sprengen oder auch nur beschädigen könnte.

    Doch noch hat NIF die Zündung nicht geschafft. Aber die Forscher sind optimistisch. Und sollte das Experiment gegen Ende dieses Jahres klappen, könnte es irgendwann mal nützlich sein für eine künftige Generation von Fusionskraftwerken. Doch auch das US-Militär ist interessiert. Denn im Prinzip funktioniert NIF ja wie eine Wasserstoffbombe im Miniformat und soll Daten liefern für das Nuklearwaffenprogramm der USA. Und ohne diesen militärischen Aspekt wäre der 3,5 Milliarden Dollar teure Riesenlaser wohl nie gebaut worden.

    Zur Sendereihe "50 Jahre Laser