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Kernfusion: Elektromagnetische Felder bei Hochtemperaturreaktion abgebildet

Physiker am Massachusetts Institute of Technology und der Universität von Rochester haben erstmals einen Weg gefunden, die elektrischen und magnetischen Felder einer Hochtemperaturreaktion zu messen. Derartige Experimente werden als möglicher Schlüssel zur kontrollierten Kernfusion angesehen.

Bei der Kernfusion verschmelzen zwei leichte Atomkerne zu einem schwereren, wobei etwa eine Millionen Mal die Energie einer chemischen Reaktion freigesetzt wird. Solche Prozesse laufen beispielsweise auch in der Sonne ab. Richard Petrasso und seine Kollegen stellten nun die hohen Temperaturen und Dichten von Sternen in ihrem Labor nach, indem sie winzige kugelförmige Hüllen, gefüllt mit Wasserstoff, mit einem Hochenergielaser beschossen. Bei der so herbeigeführten Implosion wird das Gas teilweise bis zu einer Dichte von einem Kilogramm pro Kubikzentimeter komprimiert – das übersteigt die Dichte von Gold um das fünfzigfache. Zudem erhitzt sich der Inhalt auf rund hundert Millionen Grad Celsius – Bedingungen, unter denen Kernfusion stattfinden kann.

Methode | Die Abbildung zeigt die Methode, mit der Forscher nun die extreme Komprimierung von kleinen Wasserstoffkapseln erforschen: Von einer solchen Reaktion entweichen Protonen (links) und laufen durch eine kurz zuvor gezündete Reaktion. Die geladenen Teilchen werden dabei von den dort erzeugten elektrischen und magnetischen Feldern abgelenkt und fallen dann auf einen Detektor. Auf diese Art und Weise entsteht ein Abbild dieser Felder (rechts).
Um die bei dieser Implosion erzeugten elektrischen und magnetischen Felder zu untersuchen, ließen die Forscher nun zwei solcher Reaktionen kurz nacheinander ablaufen. Eine sendet einen Strom von Protonen aus, die alle dieselbe Energie besitzen. Da diese elektrisch geladen sind, werden sie durch die magnetischen und elektrischen Felder der kurz zuvor gestarteten Reaktion in ihrer Flugbahn und Energie beeinflusst.

Durch Messung dieser Teilchen erhielt das Team um Petrasso ein Abbild der beteiligten Felder. Damit können die Wissenschaftler nun beispielsweise herausfinden, ob die Implosionen nahezu symmetrisch ablaufen – dies ist eine Voraussetzung für eine kontrollierte Fusion. Die neue Methode könnte nun möglicherweise helfen, die Form der Reaktion dementsprechend zu verändern, hofft Petrasso. Bis jetzt wurden die induzierten Reaktionen durch Messung der dabei freigesetzten Partikel, wie Protonen, Neutronen oder Photonen, erforscht. Alternativ untersuchten Wissenschaftler die komprimierten Wasserstoffkapseln mit Hilfe von Röntgenstrahlen.

Unkontrollierte Kettenreaktion können zu einer thermonuklearen Explosion führen, wie im Fall von Wasserstoffbomben ausgenutzt. Seit vielen Jahren suchen Physiker nach Wegen zu einer kontrollierten Kernfusion und damit zu einer sicheren und zuverlässigen Energiequelle. Bislang ist sie allerdings noch nicht im Experiment gelungen. (mp)

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