Kommt der Gamma-Laser?

News: Kommt der Gamma-Laser?

Die Laserphysiker sind einem ihrer ehrgeizigsten Ziele ein Stück nähergekommen: dem Gammastrahlen-Lasers. Beim Beschuß eines künstlichen Isotops des Elementes Hafnium mit Röntgenstrahlen konnten Atomkerne zur Freisetzung von Gammastrahlung angeregt werden. Noch ist die entstehende Strahlung aber nicht kohärent.

Das Prinzip des Gammastrahlen-Lasers stammt aus dem Jahr 1961. Seitdem sind sich die Theoretiker bewußt, daß die Lasertechnik prinzipiell in allen Breichen des elektromagnetischen Spektrums funktionieren sollte, bis hin zu den extrem energiereichen Gammastrahlen. Mit Gamma-Lasern könnte es möglich sein, Zustände zu simulieren, wie sie in Sternen herrschen, aber auch Star-wars-ähnlich Raketen vom Himmel schießen.

Es gibt einen prinzipiellen Unterschied zu bisher verwendeten Lasern. Bei diesen werden Elektronen in Festkörpern, Flüssigkeiten oder Gasen energetisch angeregt und dann dazu gebracht, kohärente Strahlung abzugeben. Für einen Gammalaser genügt es aber nicht, die Elektronen zu "kitzeln". Statt dessen müssen die Atomkerne angeregt werden, um diese extrem kurzwellige Strahlung zu erhalten. Genauer gesagt muß eine möglichst große Zahl von Atomkernen gleichzeitig in einen energetisch entarteten, als Isomer bezeichneten Zustand gebracht werden.

Bei den meisten Atomkernen besteht das Problem, daß diese Isomere ihre Energie zu schnell wieder abgeben, so daß niemals eine genügend große Zahl von Isomeren gleichzeitig vorhanden ist, wie schnell man auch Energie in die Atome hineinpumpt. Es gibt jedoch einige wenige Isomere, die länger leben. Physikern aus fünf Ländern unter der Leitung von Carl Collins von der University of Texas, Dallas, gelang es, Tantal-180 zur Emmission von Gammastrahlen zu bringen. Dessen Kerne liegen in der Natur in angeregtem Zustand vor. Die Energie der resultierenden Strahlung unterschied sich jedoch nur wenig von der der Röntgenstrahlung, die zur Anregung benutzt wurde.

Berechnungen zeigten, daß ein langlebiges Isomer des Elementes Hafnium-178 in der Lage sein sollte, Gammastrahlung zu emmitieren, die etwa dreißigmal energiereicher als die des Tantal-180 ist. Hafnium-178 ist ein Abfallprodukt bei der Herstellung von Radioistopen für die Medizin.

Collins und seine Kollegen benutzten die Strahlung eines zahnärztlichen Röntgengerätes, um eine dünne, in Plastik verpackte Probe aus Hafnium-178 zu beschießen. Als Reaktion erhielten sie einen Stoß von Gammaquanten. Die Wellen waren allerdings nicht kohärent wie in richtigen Lasern. "Es ist eigentlich mehr ein Gammastrahlenblitzlicht", bemerkte der Phyiker Paul Kepple vom Naval Research Laboratory in Wahsington. Wenn es allerdings gelingt, kohärente Wellen zu erzeugen, ist der Weg für den stärksten Laser der Welt frei sein. "Wer weiß, wo das noch hinführt", meinte Kepple dazu.