Minisonnen im Labor

Im Zentrum der Sonne herrschen eine Temperatur von 15 Millionen Grad und unvorstellbare Drücke. Unter solch extremen Bedingungen werden die Atome in ihre Bestandteile zerrissen, und es bildet sich ein heißes, sehr dichtes Plasma aus Atomkernen und Elektronen. Über dessen physikalische Eigenschaften, die einen entscheidenden Einfluß auf die Vorgänge im Innern eines Sterns haben, wüßten die Astronomen gerne mehr. Und auch die Fusionsforscher, die das Sonnenfeuer zähmen und zur Energieerzeugung nutzen wollen, interessieren sich dafür, was in diesen schwer zu kontrollierenden Plasmen vorgeht. Das muß nicht länger ein Geheimnis bleiben, seit die Wissenschaftler gelernt haben, mit leistungsfähigen Lasern winzige, extrem heiße Plasmakugeln im Labor herzustellen und das Inferno im Innern dieser "Minisonnen" detailliert zu untersuchen. Andreas Saemann vom Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching berichtet auf der Frühjahrstagung der Deutschen Physikalischen Gesellschaft vom 15.-19. März in Heidelberg, wie man die Minisonnen erzeugt und was es dabei zu sehen gibt.

Zunächst muß die Bühne vorbereitet werden, auf der die Minisonnen ihren Auftritt haben: eine knapp fingerdicke Scheibe aus Aluminium, die mit einer dünnen Magnesiumoxidschicht überzogen ist. Auf diese Scheibe richtet sich der blaue, frequenzverdoppelte Strahl eines Titan-Saphir-Lasers, dessen gewaltige Leistung in zehn Pulsen pro Sekunde die Alumiumscheibe trifft. Nach jedem Puls wird die Scheibe ein Stückchen gedreht, so daß sich dem Strahl eine "frische" Stelle darbietet. Wenn einer der Lichtpulse die Scheibe trifft, dann ist in einem winzigen Fleck, so klein wie der Durchmesser eines menschlichen Haares, für weniger als eine Billionstel Sekunde die Hölle los. Die energiereiche Laserstrahlung erhitzt den Magnesiumoxidüberzug der Scheibe, und die Wärme wird vor allem durch schnell bewegte Elektronen an das Aluminium weitergegeben. Die von dieser Hitzewelle getroffenen Aluminiumatome verwandeln sich augenblicklich in ein mehrere Millionen Grad heißes, sehr kompaktes Plasma. Normalerweise sind im Labor erzeugte Plasmen recht luftige Gebilde. Doch das in Garching hergestellte Plasma hat die Dichte von festem Aluminium. Das ist zur Zeit Weltrekord!

So klein diese Minisonnen auch sein mögen und so schnell sie auch verglühen - für die Wissenschaftler eröffnen sie einen einzigartigen Blick auf die Vorgänge in einem heißen und dichten Plasma. Durch die heftige Bewegung der Elektronen im Plasma entsteht ein intensiver Blitz von Röntgenstrahlung mit einer Vielzahl von ungewöhnlich geformten Spektrallinien, die für Andreas Saemann und seine Kollegen wertvolle Informationen enthalten. So können die Wissenschaftler nicht nur die Temperatur und Dichte des Plasmas bestimmen, sondern sie erfahren auch, wie lichtdurchlässig es ist, wie die Hitze aus der Minisonne entweicht und wie das Plasma schließlich explodiert. Ein Vergleich der Meßergebnisse mit den Resultaten von aufwendigen Computerexperimenten bringt weitere Details zu Tage. So erzeugt jeder Laserpuls eine Stoßwelle im Aluminium, die das Material aufheizt und noch zusätzlich verdichtet. In der Minisonne ist also wirklich die Hölle los. Doch Andreas Saemann und seine Kollegen haben das heiße Plasma im Griff und werden ihm noch mehr Geheimnisse entreißen.

Weitere Informationen:

Dr. Andreas Saemann
Max-Planck-Institut für Quantenoptik
Hans-Kopfermann-Str. 1
D - 85748 Garching
Tel.: 089-32905-240
Fax: 089-32905-200
e-mail:

Prof. Dr. Klaus Wandelt
Institut für Physikalische Chemie der Universität Bonn
Tel.: 0228-732253
Fax: 0228-732515
e-mail: