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Lexikon der Optik: lasergesteuerte Kernfusion

lasergesteuerte Kernfusion, die Auslösung thermonuklearer Fusionsreaktionen in einem durch Laserstrahlung auf hohe Temperaturen (≈ 100 MK) aufgeheizten und zu hohen Dichten komprimierten Gemisch aus den schweren Wasserstoffisotopen Deuterium D und Tritium T. Bei Verschmelzung (Fusion) eines D- und eines T-Kernes zu einem He-Kern entsprechend der Reaktion D + T → He + n + 17,6 MeV wird ein hochenergetisches Neutron n mit einer kinetischen Energie von 14,2 MeV als energielieferndes Produkt der Fusionsreaktion erzeugt. Ziel der Untersuchungen zur l. K. ist die Erzeugung eines heißen Plasmas mit einer Ionendichte von n ≈ 1029/m3 über eine Zeitdauer von τ ≈ 1 ns, womit das Lawson-Kriteriumnτ ≈ 1020 m-3 s erfüllt würde. Damit sollte das sogenannte "break even" erreichbar sein, d.h. die Erzeugung von so viel Energie durch Fusionsneutronen (entsprechend einer Zahl von etwa 1017 Neutronen pro Laserimpuls) wie durch Laserstrahlung in das DT-Gemisch eingebracht wird. Hierzu wird das im einfachsten Falle in einem Glaskügelchen (Target) von 100 bis 500 μm Durchmesser eingeschlossene DT-Gemisch allseitig möglichst gleichmäßig mit Laserstrahlung bestrahlt. Dadurch wird das Gasgemisch aufgeheizt und sein innerer Teil bei explodierender äußerer (Glas-)Hülle gleichzeitig nach dem Impulserhaltungssatz zum Zentrum hin beschleunigt und damit komprimiert, so daß hohe Dichten erreicht werden. Zur Bestrahlung wird heute fast ausschließlich die Strahlung eines Hochleistungs-Nd-Glas-Lasers (vielfach nach Frequenzverdreifachung) nach hoher Nachverstärkung in zahlreichen Laserverstärkern verwendet. Die damit erreichten Leistungen liegen bei Impulsdauern um 1 ns bei etwa 1012 W, so daß nach Fokussierung im Bereich des Targets Leistungsdichten von 1020 W/m2 auftreten. Die benutzten Laseranlagen unterscheiden sich im wesentlichen durch die Anzahl der zur Bestrahlung verwendeten Kanäle, die üblicherweise zwischen 6 und 24 liegt. Die bedeutendsten von ihnen sind die Nd-Glas-Laseranlagen NOVA im Lawrence Livermore Laboratory (Energie 80 kJ bei einer Impulslänge von

1 ns) und OMEGA in Rochester (37 kJ in der 3. Harmonischen), beide USA, sowie die Anlage GEKKO XII im Institut für Laser Engineering in Osaka (30 kJ,

1 ns), Japan (s. Farbtafel ). Weit größere Anlagen mit erheblich mehr Kanälen und Impulsenergien von 1 bis 1,5 MJ sind in den USA, Japan und Frankreich geplant.

Bis heute erreicht wurden einerseits Plasmatemperaturen bis nahezu 108 K bei allerdings um den Faktor 100 zu kleiner Dichte, andererseits hohe Dichten bei um den Faktor 100 zu kleiner Temperatur. Die Zahl der erhaltenen Fusionsneutronen liegt bei 1014.

  • Die Autoren
Roland Barth, Jena
Dr. Artur Bärwolff, Berlin
Dr. Lothar Bauch, Frankfurt / Oder
Hans G. Beck, Jena
Joachim Bergner, Jena
Dr. Andreas Berke, Köln
Dr. Hermann Besen, Jena
Prof. Dr. Jürgen Beuthan, Berlin
Dr. Andreas Bode, Planegg
Prof. Dr. Joachim Bohm, Berlin
Prof. Dr. Witlof Brunner, Zeuthen
Dr. Eberhard Dietzsch, Jena
Kurt Enz, Berlin
Prof. Joachim Epperlein, Wilkau-Haßlau
Prof. Dr. Heinz Falk, Kleve
Dr. Wieland Feist, Jena
Dr. Peter Fichtner, Jena
Dr. Ficker, Karlsfeld
Dr. Peter Glas, Berlin
Dr. Hartmut Gunkel, Berlin
Dr. Reiner Güther, Berlin
Dr. Volker Guyenot, Jena
Dr. Hacker, Jena
Dipl.-Phys. Jürgen Heise, Jena
Dr. Erwin Hoffmann, Berlin (Adlershof)
Dr. Kuno Hoffmann, Berlin
Prof. Dr. Christian Hofmann, Jena
Wolfgang Högner, Tautenburg
Dipl.-Ing. Richard Hummel, Radebeul
Dr. Hans-Jürgen Jüpner, Berlin
Prof. Dr. W. Karthe, Jena
Dr. Siegfried Kessler, Jena
Dr. Horst König, Berlin
Prof. Dr. Sigurd Kusch, Berlin
Dr. Heiner Lammert, Mahlau
Dr. Albrecht Lau, Berlin
Dr. Kurt Lenz, Berlin
Dr. Christoph Ludwig, Hermsdorf (Thüringen)
Rolf Märtin, Jena
Ulrich Maxam, Rostock
Olaf Minet, Berlin
Dr. Robert Müller, Berlin
Prof. Dr. Gerhard Müller, Berlin
Günter Osten, Jena
Prof. Dr. Harry Paul, Zeuthen
Prof. Dr. Wolfgang Radloff, Berlin
Prof Dr. Karl Regensburger, Dresden
Dr. Werner Reichel, Jena
Rolf Riekher, Berlin
Dr. Horst Riesenberg, Jena
Dr. Rolf Röseler, Berlin
Günther Schmuhl, Rathenow
Dr. Günter Schulz, Berlin
Prof. Dr. Johannes Schwider, Erlangen
Dr. Reiner Spolaczyk, Hamburg
Prof. Dr. Peter Süptitz, Berlin
Dr. Johannes Tilch, Berlin (Adlershof)
Dr. Joachim Tilgner, Berlin
Dr. Joachim Träger, Berlin (Waldesruh)
Dr. Bernd Weidner, Berlin
Ernst Werner, Jena
Prof. Dr. Ludwig Wieczorek, Berlin
Wolfgang Wilhelmi, Berlin
Olaf Ziemann, Berlin


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