Wissenschaftler finden Weg, das größte Laser der Welt noch leistungsstärker zu machen

Physiker des Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) haben einen unerwarteten und relativ einfachen Weg entdeckt, um die Effizienz der National Ignition Facility (NIF), der weltweit größten Anlage für thermonukleare Fusion, zu steigern. Der Forschung zufolge könnte die Änderung der Polarisationseigenschaften der Laserstrahlung nicht nur die Leistung des Systems erhöhen, sondern auch dessen Zuverlässigkeit auf eine neue Stufe heben. Dies berichtet Ixbt.com Nachrichten berichtet.

Die NIF-Anlage arbeitet mit 192 Laserstrahlen. Diese Strahlen müssen mit höchster Präzision durch nur 3 Millimeter große Öffnungen in einen 2 Zentimeter großen Hohlraum geleitet werden. Hier entstehen die extremen Temperaturen und Drücke, die für eine thermonukleare Reaktion erforderlich sind. Innerhalb des Plasmas interagieren die Strahlen miteinander und verteilen die Energie neu. Physiker bezeichnen diesen Prozess als „Cross-Beam Energy Transfer“ (CBET).

Wechsel von linearer zu zirkularer Polarisation

Derzeit wird in der Anlage eine lineare Polarisation verwendet. Laut ixbt.com schlagen Wissenschaftler jedoch vor, stattdessen eine zirkulare Polarisation einzusetzen. Computersimulationen zeigten, dass die zirkulare Polarisation den Energieunterschied zwischen Strahlen, die unter demselben Winkel eintreten, verringert. Dies macht den Prozess der thermonuklearen Fusion wiederum stabiler.

Einer der wichtigsten Vorteile der neuen Methode ist die Reduzierung des Rückstreueffekts. Dieser Effekt verursacht Instabilitäten, die kostbare optische Komponenten im Lasersystem beschädigen können. Laut dem Forschungsleiter Pierre Michel ermöglicht die Verringerung der Rückstreuung den Betrieb des Lasers bei wesentlich höheren Leistungen.

Die praktische Umsetzung dieser Idee ist jedoch mit besonderen Herausforderungen verbunden. Um lineares Licht in zirkulare Polarisation umzuwandeln, ist eine spezielle Viertelwellenplatte erforderlich. Jean-Michel Di Nicola, Chefingenieur der NIF-Lasersysteme, betonte, dass es derzeit keine einfache Methode gibt, ein solches Element in der für eine riesige Anlage wie die NIF erforderlichen Größe und mit den entsprechenden Eigenschaften herzustellen.

Metasurface-Technologie und Zukunftspläne

Um das Problem zu lösen, erwägen die Wissenschaftler den Einsatz einer patentierten Metasurface-Technologie. Obwohl die in der Fachzeitschrift Physics of Plasmas veröffentlichten Ergebnisse bisher auf theoretischen Berechnungen basieren, sind sie für die Zukunft der thermonuklearen Energie von großer Bedeutung. In der nächsten Phase sind Experimente an der kompakteren Jupiter Laser Facility geplant.

Sollte sich diese Entdeckung in der Praxis bestätigen, könnte die Effizienz der gesteuerten thermonuklearen Fusion durch eine einfache Änderung der Lichtpolarisation erheblich gesteigert werden. Dies würde die Menschheit dem Traum von einer unendlichen und sauberen Energiequelle einen Schritt näher bringen.