Z-Maschine

Die Z-Maschine steht in den Sandia National Laboratories (SNL) in Albuquerque/New Mexico/USA. Sie ist eine Versuchsanlage, um Materialversuche bei sehr hohen Temperaturen und Drücken durchzuführen, und soll auch zur Entwicklung eines Kernfusionskraftwerks führen. Im Jahr 2005 war sie zudem die leistungsstärkste Röntgenquelle der Welt.

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Der Name Z-Maschine rührt her

• von der Austrittsrichtung der Röntgenstrahlen, welche vertikal ist (siehe auch Z-Achse)
• von den vertikal verlaufenden Drähten (s.u.)

Eine weitere Bezeichnung ist Z-pinch (Z-Quetsche).

Die Z-Maschine ist ein Zylinder mit einem Durchmesser von 32 Metern und einer Höhe von 6 Metern. In der Mitte des Gefäßes, das zur Isolierung der 36 radial angeordneten Leiter von über 1 Meter Durchmesser mit deionisierten Wasser gefüllt ist, befindet sich eine Vakuumkammer mit 3 Metern Durchmesser und in dieser der Z-Pinch, eine zylindrische Anordnung in der Größe einer Garnspule aus 300 Wolfram-Drähten mit einem Durchmesser von 10 Mikrometern, etwa 1/10 der Dicke eines menschlichen Haares. Im Zentrum dieses Drahtzylinders sitzt die Fusionskapsel, eine pfefferkorngroße Plastikkugel, die mit einem Gemisch aus Deuterium und Tritium gefüllt ist. Damit die Atomkerne fusionieren können, müssen die Kapseln auf einen Bruchteil ihrer ursprünglichen Größe komprimiert und außerordentlich erhitzt werden. Das lässt sich durch eine intensive Röntgenstrahlung erreichen.

Um die intensive Röntgenstrahlung zu erzeugen, schickt man bei der Z-Maschine durch die 36 Kabel exakt gleichzeitig für winzige Bruchteile einer Sekunde einen Stromimpuls von derzeit bis zu 20 Mio. Ampere. Die feinen Wolfram-Drähte im Zentrum verdampfen schlagartig und verwandeln sich in ein extrem heißes ionisiertes Gas – ein Plasma. Der Stromimpuls erzeugt in dem elektrisch leitenden Plasma ein starkes Magnetfeld, welches das Plasma radial bezüglich der senkrechten Achse stark komprimiert und erhitzt. Das Plasma erhitzt dadurch wiederum das Wandmaterial des umgebenden Zylinders, und dieser sendet für einen kurzen Moment einen intensiven Röntgenpuls von derzeit bis zu 290 Terawatt aus. (Ein Terawatt sind eine Milliarde Kilowatt.) Trifft dieser Röntgenpuls auf die Fusionskapsel, wird sie durch den Strahlungsdruck auf einen Bruchteil ihrer ursprünglichen Größe zusammengepresst und dabei stark aufgeheizt. Für wenige milliardstel Sekunden wird hier die 80fache Menge der Energie erzeugt, die im gleichen Zeitraum auf der Erde verbraucht wird.

Die elektrische Energie wird durch Marx-Generatoren bereitgestellt.

2003 gelang es den Wissenschaftlern, durch den Röntgenpuls von 120 Terawatt die Fusionskapsel auf ein Sechstel ihres ursprünglichen Durchmessers zu komprimieren. Die Dichte der Deuteriumkerne stieg dabei auf das Zweihundertfache. Unter diesen Bedingungen werden zwei Kerne der schweren und überschweren Wasserstoffisotope Deuterium und Tritium so dicht zusammengebracht, dass sie zu einem Heliumkern verschmelzen. Die Forscher schätzen, dass ihre Fusion eine Energie von etwa 4 Millijoule freisetzte.

2006 wurde bekanntgegeben, dass ein Plasma mit einer Temperatur von über 2 Milliarden Kelvin erzeugt werden konnte. Eine Temperatur, die über der im Inneren von Sternen liegt. Im Kern der Sonne werden beispielsweise lediglich ca 15 Millionen Kelvin erreicht. Zudem war die abgegebene Röntgenstrahlung viermal energiereicher, als es bei der zugeführten Menge kinetischer Energie zu erwarten gewesen wäre. Diese Ergebnisse konnten bisher zwar über einen Zeitraum von 14 Monaten mehrfach experimentell bestätigt, jedoch noch nicht vollständig erklärt werden. ^[1]

Geplant ist der Ausbau zu einer größeren "ZR-Maschine". Mit ihr will man Röntgenpulse von bis zu 350 Terawatt, höhere Dichten und Temperaturen erzeugen und somit auch wesentlich größere Energiemengen gewinnen.

Siehe auch

• Kernfusion
• ITER
• Tokamak
• Stellarator
• WEGA

Einzelnachweise

1. ↑ http://www.sandia.gov/news-center/news-releases/2006/physics-astron/hottest-z-output.html