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Neutronenquelle im Taschenformat

Bequem in die Tasche eines Laborkittels könnte in naher Zukunft ein kleiner Fusionsreaktor passen. Die Grundlage dazu legten nun amerikanische Forscher, die mit großen elektrischen Feldern schwere Wasserstoff-Isotope (Deuterium) zu Helium verschmelzen ließen. So erfolgreich der Versuch, den die Wissenschaftler im Fachblatt Nature (Vol. 434, S. 1115) beschreiben, auch verlief, eignet sich dieser Prototyp doch nicht zur Energiegewinnung. Eine Basis für eine handliche Neutronenquelle könnte er dagegen schon sein.

„Wir konnten zeigen, dass das sanfte Aufheizen eines pyroelektrischen Kristalls in einer Deuterium-Atmosphäre zur Fusion führen kann“, berichten Seth Putterman und seine Kollegen von der University of California in Los Angeles. Schlüssel zu ihrem Erfolg ist der so genannte pyroelektrische Effekt von Lithiumtantalat: Wird ein Kristall aus diesem Material abwechselnd aufgeheizt und abgekühlt, baut er nahe seiner Oberfläche ein elektrisches Potenzial von 120 Kilovolt auf. Das reicht aus, um am Ende einer kontaktierten Wolframspitze ein Spannungsfeld von 25 Volt pro Millionstel Millimeter aufzubauen. Um die filigrane Metallspitze herrscht eine dünne Atmosphäre aus schwerem Wasserstoffgas, das ionisiert wird. Jedes einzelne Deuterium-Ion erfährt außerdem durch das elektrische Feld eine starke Beschleunigung.

Prallen diese Ionen nun auf einen festen Block aus der Substanz Erbiumdeuterid auf, verschmelzen je zwei Deuterium-Atome zu Helium. Bei dieser Fusion ensteht zudem ein Neutron mit einer Energie von 2,45 Megaelektronenvolt. Das ist genug, um es beispielsweise für Materialanalysen zu nutzen. Bisher liegt die Neutronenausbeute von Putterman und seinen Kollegen jedoch lediglich bei mageren 1000 Neutronen pro Sekunde. Doch mit der Nutzung von superschweren Wasserstoff-Isotopen, dem Tritium, hoffen sie, diese um das 1000fache auf eine Million Neutronen pro Sekunden steigern zu können.

Laut Putterman müsse man jedoch klar sehen, das diese pyroelektrisch unterstützte Fusion nie zur Energiegewinnung genutzt werden kann. Aber als tragbare, möglicherweise bald sogar Taschenrechner kleine Neutronenquelle könnte sie als wertvolles Werkzeug für Chemiker und Materialforscher dienen. Weiter reichen dagegen die Ideen, diesen „Fusionsreaktor“ sogar als Herzstück eines neuen Antriebs für winzige Raumschiffe zu nutzen. Dabei würden nicht die Neutronen, sondern eher die großen elektrischen Felder zur Beschleunigung von Vortrieb erzeugenden Ionen wichtig.

Jan Oliver Löfken
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