Laser-Kernfusion soll durch Mayonnaise-Experiment nutzbar werden

Die Trägheitsfusion machte in den letzten Jahren spürbare Fortschritte, ist aber noch davon entfernt, als Energiequelle eingesetzt werden zu können. Jetzt haben Forscher aber gute Fortschritte erzielt, indem sie Mayonnaise in ihren Experimenten einsetzten.

Instabilität erforschen

Um Atomkerne zu fusionieren und die dabei frei werdende Energie nutzen zu können, gibt es aktuell zwei große Arbeitsbereiche. Die meisten Kernfusions-Reaktoren arbeiten mit dem magnetischen Einschluss von Plasma. Dessen enorme Hitze sorgt für eine rasche Bewegung von Atomkernen, sodass die Wahrscheinlichkeit steigt, dass diese ihre Abstoßungskräfte überwinden, direkt aufeinanderprallen und verschmelzen.

Der zweite Ansatz ist die Trägheitsfusion, bei dem Atome des Brennstoffs in einem kleinen Körper durch einen plötzlichen Impuls von außen aufeinander geschossen werden. Das bekannteste Beispiel hierfür ist die Wasserstoffbombe, in der dieser Impuls durch eine kleine Atomexplosion verursacht wird. Da Fusionsforscher in ihren Laboren aber ungern Kernwaffen einsetzen, greift man dort auf leistungsfähige Laser zurück.


Diese wirken auf ein Pellet aus Wassereis in einer Hülle aus Schwermetall ein. Ein Problem, mit dem die Forscher zu kämpfen haben, ist die sogenannte Rayleigh-Taylor-Instabilität. Diese sorgt dafür, dass während der Fusionsprozesse bremsende Effekte auftreten, die die mögliche Energieausbeute reduzieren - und das in einem Umfang, der die Nutzung des Verfahrens als zukünftige Stromquelle infrage stellt.

Den genauen Vorgängen wollten die Forscher nun auf die Spur kommen, indem sie Mayonnaise untersuchten. Diese erweist sich als hervorragendes Analogon für die Untersuchung dieser Instabilität in beschleunigten Festkörpern, ohne dass ein Laboraufbau mit hohen Temperatur- und Druckbedingungen erforderlich ist. Denn bei der leckeren Creme handelt es sich um eine nicht newtonsche Flüssigkeit.

Mayo auf Speed

"Wir verwenden Mayonnaise, weil sie sich wie ein Feststoff verhält, aber wenn sie einem Druckgefälle ausgesetzt wird, beginnt sie zu fließen", sagte der Forscher Arindam Banerjee. "Wie bei einem herkömmlichen geschmolzenen Metall beginnt sich die Mayonnaise zu verformen, wenn man sie belastet, aber wenn man die Belastung aufhebt, kehrt sie in ihre ursprüngliche Form zurück. Es gibt also eine elastische Phase, gefolgt von einer stabilen, plastischen Phase. In der nächsten Phase beginnt sie zu fließen, und hier setzt die Instabilität ein."

Bei einem Experiment an der Lehigh University wurde ein Behälter mit Hellman's Real Mayonnaise auf ein rotierendes Rad in Form einer Acht gestellt und das Material mit einer Hochgeschwindigkeitskamera verfolgt, wobei ein Bildverarbeitungsalgorithmus zur Analyse des Filmmaterials verwendet wurde. Die Ergebnisse stützten die These, dass die Instabilitätsschwelle von den Anfangsbedingungen abhängt. Das Paper über den Versuch soll nun dabei helfen, die Anlagen für die Trägheitsfusion zu optimieren.

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