National Ignition Facility

Querschnitt durch das NIF. Der Laserimpuls wird in dem Raum rechts vom Zentrum erzeugt und in die Beamlines (blau) sowie weiter zu den Verstärkern (violett) geleitet. Nach mehrmaligem Passieren der Verstärker wird das Licht durch Filter (blau) gereinigt und in das "Schaltfeld" (rot) geleitet, die es weiter in die Zielkammer (silber) führt. In der oberen linken Ecke findet sich die Montagehalle für optische Gläser. Drei Fußballfelder würden in das NIF hineinpassen.

Die National Ignition Facility (kurz: NIF) ist eine Einrichtung des Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) in Livermore, Kalifornien, Vereinigte Staaten und wird von der National Nuclear Security Administration (NNSA) betreut. In dieser Anlage, die 2009 fertiggestellt wurde, finden Experimente zur Trägheitsfusion statt. Zweck ist die Simulation von Kernwaffenexplosionen, um die Funktionssicherheit der amerikanischen Kernwaffen ohne unterirdische Kernwaffentests zu gewährleisten. Gleichzeitig sollen wissenschaftliche Experimente die Realisierung der Kernfusion als mögliche Energiequelle der Zukunft untersuchen. Kernfusion fand im NIF erstmals im September 2010 statt. ^[1] Ignition (Kernfusion mit positiver Energiebilanz) wird bis Ende 2012 erwartet; bis 2025 soll erstmals Energie aus Kernfusion an den Endverbraucher geliefert werden können. ^[2][3]

Aufbau und Funktion

Im NIF befindet sich der stärkste Laser der Welt. Die Laseranlagen nehmen den Großteil des Gebäudes ein, das drei Fußballfelder groß ist. Diese Laser werden Lichtimpulse von wenigen Nanosekunden Dauer und mehr als einem Megajoule Energie erzeugen. 192 Laserstrahlen treffen von allen Seiten auf eine Kapsel, die im Inneren ein 2 mm großes Kügelchen aus gefrorenem Wasserstoffisotopen-Gemisch (Deuterium und Tritium) enthält. Durch die in der Kapsel entstehende Röntgenstrahlung soll das Kügelchen mit einer Geschwindigkeit von 1,5 Millionen km/h zusammengepresst werden und ein 100 Millionen Grad heißes Plasma bilden.^[4]

Nach der Inbetriebnahme der Systeme ab Januar 2010^[5] wurde zum ersten Mal Ende September 2010^[6] eine Dichte und Temperatur erreicht, bei denen sich das Deuterium-Tritium-Gemisch entzündet. Das bedeutet, die Bedingungen im Zentrum des Targets werden ausreichen, um eine kettenreaktionsartig weiterlaufende Kernfusionsreaktion zu starten. Die Fusionszone wird dann innerhalb von ca. 10 Pikosekunden von innen nach außen wandern, dabei soll ca. die Hälfte des Materials fusioniert werden. Damit startet die nächste Phase der Kampagne zur Kernfusion durch Laser, deren Ziel es ist Experimente im "full operation mode" zu gewährleisten. Schon jetzt ist die eingesetzte Energie 30-mal stärker als jedes Laserfusionsexperiment vorher. ^[7]

Leitender Wissenschaftler ist John Lindl.

Ziele des Experiments

Zweck der Experimente ist die Simulation von Kernwaffenexplosionen als Ersatz für die früher durchgeführten Waffentests. Die dabei gewonnenen physikalischen Grundlagenerkenntnisse können allerdings auch einer denkbaren künftigen zivilen Energiegewinnung durch Trägheitsfusion zugute kommen. Daran knüpfen sich Hoffnungen auf eine neue, umweltverträgliche Energiequelle.^[8]

Daten des NIF-Lasers

• Anzahl Strahlengänge (beam lines): 192
• Pulsenergie pro Strahlengang: 18,75 kJ
• Fundamentalwellenlänge: 1053 nm
• Lasermedium: Nd:Glas (Phosphat)
• Apertur des Lasermediums: 40 x 40 cm
• Schusswiederholrate: 4 bis 6 Pulse pro Tag
• Fokus (Strahldurchmesser am Target): 5-faches der Beugungsbegrenzung
• Pumpquelle: Blitzlampen
• Effizienz (Optisch-optisch): 0,7 %
• Raumfläche des Gebäudes: 230.000 sq ft, entspricht etwa 21.368m²
• geplante Kosten und Bauzeit (Stand 1994): 1,2 Milliarden US-$, Fertigstellung 2002^[4]
• tatsächliche Kosten: 3,4 Milliarden US-$
• Fertigstellung: Mai 2009
• Erster "full system" Schuss mit > 1 MJ: Oktober 2010

Einzelnachweise

1. ↑ NIC Conducts First Integrated Ignition Experiment Abgerufen am 12. September 2011
2. ↑ https://life.llnl.gov/about/index.php LIFE-Homepage, abgerufen am 12. September 2011
3. ↑ YouTube: Green Tech Today 19: National Ignition Facility (10:59). In: Green Tech Today. 24. Januar 2011, abgerufen am 7. April 2011. 
4. ↑ ^{a b} Mini-Stern im Labor. In: SonntagsZeitung. 7. Juni 2009, abgerufen am 12. Dez. 2009. 
5. ↑ Heise Online News - Gelungene Generalprobe für Laserfusion, abgerufen am 11. Februar 2010
6. ↑ 1st Successful Ignition Experiment at NIF. In: photonics.com. 25. Oktober 2010, abgerufen am 28. Oktober 2010. 
7. ↑ NNSA and LLNL announce first successful integrated experiment at NIF. In: LLNL news. 6. Oktober 2010, abgerufen am 28. Oktober 2010. 
8. ↑ Could This Lump Power the Planet? In: Newsweek. 14. Nov. 2009.

Literatur

• Philip Bethge: Disneyland für Physiker. In: Der Spiegel. Nr. 45, Hamburg 2009, 144f. ISSN 0038-7452

Weblinks

• High-Power Solid-State Lasers - The Mercury laser moves toward practical laser fusion. In: LaserFocusWorld. März 2009. (engl.)
• Offizielle Webseite
• Radioreportage über NIF In: Deutschlandfunk.
• Bericht des ZDF In: Abenteuer Forschung
• The Big Picture The National Ignition Facility