Nur unter Verwendung eines Lasers und einer etwa 2,5 Zentimeter messenden Scheibe eines Zielmaterial (Target) ist es Forschern des University of Michigan College of Technology gelungen, die Bestandteile des Materials in reiner Form sortiert nach atomarem Gewicht zu erhalten – und das für eine ganze Reihe von Stoffen aus dem ganzen Spektrum der chemischen Elemente. Anders als die Gasdiffusion, eine Trennmethode, die im industriellen Maßstab seit dem Manhattan-Projekt zur Entwicklung der amerikanischen Atombombe verwendet wird, benötigt die neue Methode keine riesigen Elektromagneten und erzeugt auch keine kontaminierten Nebenprodukte.

Das Herzstück des neuen Systems ist ein Laser mit einer Leistung im Terawatt-Bereich, der in einem Laserpuls innerhalb von Femtosekunden (billiardstel Sekunden) eine riesige Energiemenge freisetzt. Wenn der ultrakurze Ausbruch konzentrierter Energie Materie trifft, entsteht zwangsläufig ein ringförmiges Magnetfeld und die hochangeregten Isotope des Materials werden vom einfach weggeblasen. Das Magnetfeld übt mit seinen linearen und ringförmigen Komponenten eine Kraft aus, die diese Bestandteile nach ihrem Atomgewicht sortiert. Das leichteste Isotop wird im Zentrum einer Siliziumscheibe in fünf Zentimeter Entfernung vom Zielobjekt abgelagert, während sich die schwereren immer mehr zum Rand hin ansammeln. Der Abstand zwischen diesen erlaubt dann einen verhältnismäßig einfachen Trennungsprozeß.

Wie Peter Pronko, Forscher am Center for Ultrafast Optical Science (CUOS) der University of Michigan, berichtet, entdeckte das Team den Effekt per Zufall, als sie ein Plasma untersuchten, das bei Oberflächenabschmelzung (Ablation) mit einem Laser entstand. Als sie eine ausgeprägte Regelmäßigkeit bei den Gewichten der Plasma-Ionen bemerkten, "dachten wir, daß das Instrument nicht richtig arbeitet", sagt Pronko. In einem Artikel, der am 27. September 1999 in den Physical Review Letters erscheinen wird, beschreiben die Wissenschaftler ihren glücklichen Fund als "einen ungewöhnlich effizienten Prozeß zur Isotopenanreicherung".

Bislang benötigte eine Sortierung der verschiedenen Atome eines Gases oder Plasmas sorgfältigst eingestellte Magnetfelder und Zentrifugen. Das muß nicht mehr notwendigerweise der Fall sein, so Pronko. "Man muß nicht mehr einen Apparat für die Separation bauen; die Separation ist Teil des Prozesses. Außerdem braucht man jetzt nicht mehr die Felder für ein anderes Material neu einstellen, sondern kann einfach das Target auswechseln."

Der neue Prozeß, könnte bei jedem Material angewendet werden, nicht nur bei schweren radioaktiven Elementen für Kernkraftwerke und -waffen. Das Forschungsteam konnte angereichertes Bor, Gallium, Titan, Zink und Kupfer herstellen. Auch auf kommerziell interessante Isotope wie Cäsium 137 und Jod 131, die besonders in der medizinischen Diagnostik und Behandlung benötigt werden, sollte sich das Verfahren anwenden lassen. In der Mikroelektronik könnte das neue Verfahren von großem Nutzen sein, denn dort werden isotopisch angereicherte extrem dünne Schichten aus nur wenigen Atomlagen benötigt. Diese arbeiten am besten, wenn die bestehenden Atome möglichst perfekt aufeinander zu liegen kommen – etwa wie in einem Karton mit exakt gestapelten Tischtennisbällen. Besteht das Material aus verschiedenen Isotopen, führen die ungewünschten Isotope wegen ihrer unterschiedlichen Größe zu Unterbrechungen des regelmäßigen Systems.