Neue kompakte Laser-Plasma-Beschleuniger-Technologie könnte Fusionsreaktoren voranbringen

Herkömmliche Teilchenbeschleuniger, wie sie beispielsweise vom CERN betrieben werden, sind groß angelegte Anlagen, die Magnete und Hochfrequenzresonatoren verwenden, um Teilchen über Strecken entwickeln sich zu einer kompakten Alternative, die zu geringeren Kosten gebaut werden kann.

„Diese Beschleuniger können Beschleunigungsgradienten erreichen, die etwa 1.000 Mal höher sind als die konventioneller Beschleuniger“, teilten die Forscher in einer Pressemitteilung mit. Die Aufrechterhaltung der Spinausrichtung ist signifikant.

Ein Forschungsteam unter der Leitung Büscher hat nun gezeigt, dass die Spinausrichtung der Teilchen trotz dieser hohen Gradienten stabil bleibt. Die Aufrechterhaltung der Spinausrichtung ist signifikant, weil sie beeinflusst, wie Teilchen interagieren.

Im Bereich der kontrollierten Kernfusion erhöht

Im Bereich der kontrollierten Kernfusion erhöht sich die Wahrscheinlichkeit einer Reaktion, wenn die Spins der fusionierenden Kerne parallel ausgerichtet sind. „Die Spinausrichtung ist entscheidend für eine Reihe fundamentaler wissenschaftlicher Fragen, da sie die Wechselwirkung zwischen Teilchen beeinflusst“, erklärte Professor Büscher.

Wenn die Spins der als Brennstoff verwendeten Kerne korrekt ausgerichtet sind, kann die Energieausbeute eines Fusionsreaktors erhöht werden.

Die Bestätigung, dass Laser-Plasma-Beschleuniger diese Ausrichtung nicht stören, macht sie zu einem praktikablen Werkzeug für die Fusionsforschung.“In der kontrollierten Kernfusion steigt die Reaktionswahrscheinlichkeit – und damit letztendlich die im Reaktor erzeugte Energie – signifikant an, wenn die Spins der fusionierenden Kerne, das sogenannte „Fusionsbrennstoff“, parallel ausgerichtet sind“, fügte Professor Büscher hinzu.

Um diese Ergebnisse zu überprüfen, führten

Um diese Ergebnisse zu überprüfen, führten die Forscher Experimente mit Helium-3 durch, einem Isotop des Edelgases Helium. Der Prozess erforderte die tägliche Erzeugung 3-Gas am Forschungszentrum Jülich.

Mit einem Hochleistungslaser zur Beschleunigung Spezialbehältern zum GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt transportiert. An dieser Anlage nutzte das Team den Hochleistungslaser PHELIX, um die Ionen zu beschleunigen.

Anschließend analysierten sie die Teilchen mit CR-39-Detektorschichten, um zu bestätigen, dass der Polarisationsgrad während des gesamten Prozesses erhalten blieb. Diese Ergebnisse haben auch Auswirkungen auf die Beschleunigung.

Die Streuung polarisierter Elektronen mit Protonen

Die Streuung polarisierter Elektronen mit Protonen und Neutronen kann detaillierte Informationen über die Struktur der Materie und fundamentale Wechselwirkungen liefern.

„Sie eignen sich besonders gut für die Untersuchung der Physik jenseits des Standardmodells, beispielsweise zur Erzeugung möglicher Kandidaten für ‚Dunkle Materie‘, bekannt als Axionen“, betonte Professor Büscher bezüglich möglicher zukünftiger Anwendungen.

Die Studie stellt fest, dass Laser-Plasma-Beschleuniger die Polarisation können, ein Ergebnis, das die Nutzung kompakter Technologie in der Hochenergiephysik unterstützt.

„Wir konnten weltweit zum ersten Mal zeigen, dass die Polarisation von ³He-Teilchen während der Laser-Plasma-Beschleunigung erhalten bleibt.“ „Dies ist ein wichtiges Ergebnis für den Einsatz dieser neuen Beschleunigungstechnologie in verschiedenen Anwendungsbereichen“, schloss Büscher.