News: Licht an - Atommüll weg
Aus dies mach das, ist eine leichte Aufgabe, wenn es darum geht, eine chemische Verbindung zu verändern oder in einen anderen Stoff umzuwandeln. Problematisch ist es dagegen, eine Atomsorte in ein anderes Isotop zu überführen, also die Zusammensetzung des Kerns zu beeinflussen. Doch offenbar geht das einfacher, als Wissenschaftler lange Zeit angenommen hatten. Alles, was sie dafür brauchen, ist ein extrem leistungsstarker Laser und ein bisschen Gold.
© Cary Bass / public domain (Ausschnitt)
Den uralten Traum der Alchimisten, aus billigem Blei wertvolles Gold zu machen – oder allgemeiner ausgedrückt: ein Element in ein anderes zu überführen, haben Physiker längst mit Hilfe gigantischer Teilchenbeschleuniger wahr gemacht. Reich wurden sie damit jedoch nicht. Denn erstens standen die finanziellen Begierden bei diesen Versuchen wahrlich nicht im Vordergrund, und zweitens wäre auf diese Weise erzeugtes Gold weit teurer als das natürlich vorkommende Edelmetall. Darum war das Ziel ihres Strebens die Erkenntnis, was die Welt im Innersten zusammenhält.
Womit nicht gesagt sein soll, dass die Umwandlung von Atomen nicht auch aus wirtschaftlichen Aspekten interessant sein könnte. Vor allem auf drei Feldern bestünde Interesse an einer praktikablen und finanzierbaren Methode, aus A ein B zu machen. Prominent ist die Frage, was die Menschheit mit den radioaktiven Abfällen aus ihren Atomanlagen anfangen sollte. Mit ihren extrem langen Halbwertszeiten strahlen diese noch über Zeiträume hinweg, die länger sind, als die menschliche Zivilisation bislang besteht. Könnte man den Müll technisch in kurzlebigere Isotope überführen, wäre das Problem der Lagerung deutlich entschärft. Einen genau entgegengesetzten Wunsch haben Mediziner. Sie hätten für verschiedene diagnostische und therapeutische Verfahren gerne Atomsorten zur Verfügung, die in der Natur kaum zu bekommen sind, weil sie zu schnell zerfallen. Eine Quelle stets frischer Isotope könnte Abhilfe schaffen. Schließlich hoffen Physiker und Ingenieure nach wie vor, eines Tages den Energiehunger unserer technisierten Welt durch das Verschmelzen von Kernen stillen zu können. Drei drängende Themen, die sich mit den gängigen Verfahren anscheinend kaum einer Lösung nähern.
Der Fortschritt könnte nun aus einer Richtung kommen, die zwar geradezu ein Synonym für Innovation geworden ist, auf den ersten Blick aber nicht zur Manipulation von Atomkernen taugen dürfte: der Lasertechnik. Ende des vergangenen Jahrhunderts gelang es Wissenschaftlern zum ersten Mal, Kernreaktionen mit einem Laser auszulösen und dabei Elemente umzuwandeln. Da das energiereiche Licht nicht direkt mit den Kernbausteinen interagiert, ist dafür ein raffinierter Zwischenschritt erforderlich. Das Laserlicht wird nicht direkt auf die Probe geschossen, sondern auf ein primäres Ziel, wie beispielsweise eine Tantal-Schicht. An deren Oberfläche entsteht ein Plasma, das Elektronen mit extrem hohen Geschwindigkeiten aussendet. Auf dem Weg durch das feste Tantal werden die Elektronen abgebremst. Ihre Energie geben sie als so genannte Bremsstrahlung in Form von Gammastrahlen ab. Diese Gammastrahlen sind es dann, die den Atomkern der Probe anregen und umwandeln können.
In einem neuen Versuch haben nun Physiker um Ken Ledingham von der Strathclyde University und weiteren Forschungseinrichtungen, darunter das Institute for Transuranium Elements in Karlsruhe, diese Technik auf radioaktives Iod angewandt. Als Isotop Iod-129 hat es eine Halbwertszeit von rund 15,7 Millionen Jahren. Die Wissenschaftler beschossen mit dem VULCAN-Laser des Rutherford Appleton Laboratory eine dünne Goldfolie als primäres Ziel mit 0,7 Pikosekunden kurzen Pulsen, die eine Intensität von 5·1020Watt erreichten. Die dabei entstehende Gammastrahlung entriss der Iod-Probe Neutronen, sodass Iod-128 entstand, ein Isotop mit einer mittleren Lebensdauer von nur noch 25 Minuten. Rund drei Millionen Atome wurden so pro Schuss überführt.
"Wir haben zum ersten Mal gezeigt, dass man Isotope mit einem Laser umwandeln kann", sagte Ledingham. "Nun müssen wir unsere Methode an größere Mengen anpassen, damit wir mit Volumen klarkommen, wie sie die Atomindustrie vermutlich in der Zukunft produzieren wird. Der Einsatz von Lasern ist eine relativ billige und effektive Methode, nukleare Abfälle zu beseitigen." Es liegt also noch eine Menge Arbeit vor den Forschern, bis sie ihren Traum auch im großen Maßstab umsetzen können: unauffällig unseren strahlenden Zivilisationsmüll zu beseitigen. Hoffen wir, dass sie dabei erfolgreicher sein werden als ihre mittelalterlichen Vorgänger bei ihrer Suche nach dem Stein der Weisen.
Womit nicht gesagt sein soll, dass die Umwandlung von Atomen nicht auch aus wirtschaftlichen Aspekten interessant sein könnte. Vor allem auf drei Feldern bestünde Interesse an einer praktikablen und finanzierbaren Methode, aus A ein B zu machen. Prominent ist die Frage, was die Menschheit mit den radioaktiven Abfällen aus ihren Atomanlagen anfangen sollte. Mit ihren extrem langen Halbwertszeiten strahlen diese noch über Zeiträume hinweg, die länger sind, als die menschliche Zivilisation bislang besteht. Könnte man den Müll technisch in kurzlebigere Isotope überführen, wäre das Problem der Lagerung deutlich entschärft. Einen genau entgegengesetzten Wunsch haben Mediziner. Sie hätten für verschiedene diagnostische und therapeutische Verfahren gerne Atomsorten zur Verfügung, die in der Natur kaum zu bekommen sind, weil sie zu schnell zerfallen. Eine Quelle stets frischer Isotope könnte Abhilfe schaffen. Schließlich hoffen Physiker und Ingenieure nach wie vor, eines Tages den Energiehunger unserer technisierten Welt durch das Verschmelzen von Kernen stillen zu können. Drei drängende Themen, die sich mit den gängigen Verfahren anscheinend kaum einer Lösung nähern.
Der Fortschritt könnte nun aus einer Richtung kommen, die zwar geradezu ein Synonym für Innovation geworden ist, auf den ersten Blick aber nicht zur Manipulation von Atomkernen taugen dürfte: der Lasertechnik. Ende des vergangenen Jahrhunderts gelang es Wissenschaftlern zum ersten Mal, Kernreaktionen mit einem Laser auszulösen und dabei Elemente umzuwandeln. Da das energiereiche Licht nicht direkt mit den Kernbausteinen interagiert, ist dafür ein raffinierter Zwischenschritt erforderlich. Das Laserlicht wird nicht direkt auf die Probe geschossen, sondern auf ein primäres Ziel, wie beispielsweise eine Tantal-Schicht. An deren Oberfläche entsteht ein Plasma, das Elektronen mit extrem hohen Geschwindigkeiten aussendet. Auf dem Weg durch das feste Tantal werden die Elektronen abgebremst. Ihre Energie geben sie als so genannte Bremsstrahlung in Form von Gammastrahlen ab. Diese Gammastrahlen sind es dann, die den Atomkern der Probe anregen und umwandeln können.
In einem neuen Versuch haben nun Physiker um Ken Ledingham von der Strathclyde University und weiteren Forschungseinrichtungen, darunter das Institute for Transuranium Elements in Karlsruhe, diese Technik auf radioaktives Iod angewandt. Als Isotop Iod-129 hat es eine Halbwertszeit von rund 15,7 Millionen Jahren. Die Wissenschaftler beschossen mit dem VULCAN-Laser des Rutherford Appleton Laboratory eine dünne Goldfolie als primäres Ziel mit 0,7 Pikosekunden kurzen Pulsen, die eine Intensität von 5·1020Watt erreichten. Die dabei entstehende Gammastrahlung entriss der Iod-Probe Neutronen, sodass Iod-128 entstand, ein Isotop mit einer mittleren Lebensdauer von nur noch 25 Minuten. Rund drei Millionen Atome wurden so pro Schuss überführt.
"Wir haben zum ersten Mal gezeigt, dass man Isotope mit einem Laser umwandeln kann", sagte Ledingham. "Nun müssen wir unsere Methode an größere Mengen anpassen, damit wir mit Volumen klarkommen, wie sie die Atomindustrie vermutlich in der Zukunft produzieren wird. Der Einsatz von Lasern ist eine relativ billige und effektive Methode, nukleare Abfälle zu beseitigen." Es liegt also noch eine Menge Arbeit vor den Forschern, bis sie ihren Traum auch im großen Maßstab umsetzen können: unauffällig unseren strahlenden Zivilisationsmüll zu beseitigen. Hoffen wir, dass sie dabei erfolgreicher sein werden als ihre mittelalterlichen Vorgänger bei ihrer Suche nach dem Stein der Weisen.
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