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WISSENSCHAFT / ATOMPHYSIK Gebändigte Glut

aus DER SPIEGEL 46/1969

Im November 1952 verzeichneten die seismographischen Stationen rund um den Pazifischen Ozean Ausläufer eines künstlichen Erdbebens: Amerikanische Physiker hatten die erste H-Bombe gezündet -- ihre Sprengkraft übertraf die Brisanz der Hiroshima-Bombe um das Hundertfache.

Erstmals war es damit den Forschern gelungen, jenen kosmischen Vorgang nachzuahmen, der auf der Sonne gigantische Energien entfesselt: die Verschmelzung von Atomkernen (Kernfusion).

Seither haben sich die Wissenschaftler vergebens bemüht, die Riesenkräfte der H-Bombe zu bändigen und friedlichen Zwecken nutzbar zu machen. Bislang sind alle Versuche gescheitert, gleichsam eine Labor-Bombe zu bauen, die im Zeitlupentempo explodieren und ihre Energie in kleinen Portionen freigeben würde.

Doch seit kurzem, so scheint es, sind die Physiker dem ersehnten Ziel zumindest um einige Schritte näher gekommen:

* Zwei amerikanische Forschergruppen haben, wie sie vorletzte Woche mitteilten, neuartige und leistungsfähigere Laser-Kanonen entwickelt, mit deren Hilfe in Zukunft eine kontrollierte und nutzbare Kernfusion eingeleitet werden könnte.

* Sowjetische Physiker haben in jüngster Zeit mit ihrem Forschungsgerät »Tokamak 3« beachtliche Fortschritte bei dem Versuch erzielt, fünf Millionen Grad heiße Materie in einen elektromagnetischen Käfig einzuschließen -- für Sekundenbruchteile gelang es den Wissenschaftlern, gleichsam ein physikalisches Klima herzustellen, in dem es zu einer Verschmelzung von Atomkernen kommt.

Schon im Sommer letzten Jahres, auf einer internationalen Physiker-Tagung In Nowosibirsk, hatten die sowjetischen Forscher von ihren Experimenten berichtet, Doch damals stießen die Forschungsergebnisse der Sowjets bei westlichen Wissenschaftlern auf Skepsis.

Professor Lew Arzimowitsch vom Moskauer Kurtschatow-Institut lud daraufhin ein britisches Forscher-Team ein, die Tokamak-Experimente zu überprüfen. Vor etwa einem Jahr reisten Physiker des britischen Culham Laboratory nach Moskau -- ihre Meßgeräte (Gesamtgewicht: fünf Tonnen) brachten sie mit.

Gemeinsam haben Briten und Sowjets -- wie sie in der neuesten Ausgabe der britischen Wissenschaftszeitschrift »Nature« mitteilten -- die Leistungsfähigkeit des Tokamak-Geräts studiert: Unter hohem Druck und bei

* Stellarator »Wendelstein II« im Institut für Plasma-Physik in Garching bei München.

sonnenähnlichen Hitzegraden wird darin ein sogenanntes Plasma erzeugt -- ein elektrisch aufgeladenes Gasgemisch, das aus freien Elektronen und nackten Atomkernen besteht.

Gelänge es den Forschern, den hohen Druck und die extreme Hitze genügend lange zu erhalten, so würden die von ihren Elektronen befreiten Atomkerne miteinander verschmelzen und Kernenergie freisetzen. Bei der Explosion einer H-Bombe vereinigen sich auf diese Weise Kerne des schweren und überschweren Wasserstoffs --Deuterium und Tritium -- zu Atomkernen des Edelgases Helium.

Mit Experimentiergeräten wie Tokamak 3 (sogenannten Stellaratoren) vermögen die Physiker das glühende Plasma für kurze Zeit einzuschließen -- in ein röhrenförmiges magnetisches Feld. Ein stofflicher Behälter würde der Sonnenglut des Gasgemischs und dem hohen Druck nicht standhalten.

Bislang allerdings barsten die ringförmigen elektromagnetischen Plasma-Schläuche so schnell, daß eine Kernverschmelzung nicht zustande kommen konnte: Allenfalls für den tausendsten Teil einer Sekunde konnte das Gasgemisch auf Millionengrade erhitzt werden.

In dem sowjetischen Stellarator Tokamak 3 aber widerstand das unstoffliebe Plasma-Gefäß weit länger dem Druck des Gasgemischs -- etwa für den fünfzigsten Teil einer Sekunde. Mit einem so günstigen Ergebnis hatten nicht einmal die sowjetischen Physiker selber gerechnet; erst die britischen Kollegen kamen mit ihren sensibleren Meßapparaten zu dem überraschenden Versuchsergebnis: Sie untersuchten das aufgeheizte Plasma mit einem elektronisch gesteuerten Laser-Gerät -- am Verhalten der Laserstrahlen, die das Gasgemisch passierten und dabei gebrochen und abgelenkt wurden, konnten die britischen Forscher die Temperaturen und die Lebensdauer des Plasmas genauer bestimmen.

Nicht der Analyse glühender Plasma -Wolken, sondern unmittelbar der Erzeugung von Kernfusionen sollen künftig die Laser-Kanonen dienen, die von den beiden amerikanischen Forschergruppen entwickelt wurden. Daß eine Kernverschmelzung mit Hilfe von Laserstrahlen ausgelöst werden kann, hatte vor wenigen Wochen erstmals der französische Physiker Francis Delobeau experimentell bewiesen.

Doch Delobeau arbeitete bei seinen Versuchen mit einem Laser-Typ, dessen Leistungsfähigkeit begrenzt ist: Seine Strahl-Kraft reicht kaum hin, eine größere Kernverschmelzung zu erzeugen. Die US-Wissenschaftler -- von der Aerospace Corporation in Kalifornien und von der Cornell-Universität In Ithaca (US-Staat New York) -- konstruierten hingegen Laser-Kanonen, die zumindest theoretisch dazu dienen könnten, auch eine umfangreichere Kernfusion zu bewerkstelligen.

Anders als konventionelle Laser werden die sogenannten chemischen Laser, wie sie die US-Forscher jetzt entwickelt haben, aus einem chemischen Kraftquell gespeist: Sie sammeln und verstärken die Energie, die plötzlich entsteht, wenn zwei Substanzen heftig miteinander reagieren. »Die Leistungsfähigkeit eines solchen Lasers«, so erläutert ein deutscher Plasma-Physiker, »kann praktisch beliebig gesteigert werden.«

Den Erfindern von Kernfusionsgeräten ist schier unermeißlicher Lohn verheißen. Jedes 6000. Molekül des Meerwassers enthält das Wasserstoff-Isotop Deuterium -- Brennstoff für künftige Fusionsreaktoren; jedes Liter Meerwasser birgt ebensoviel nutzbare Energie wie eine Million Kilogramm Kohle.

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