mini|Ein Beispiel für eine Anwendung der Hochenergiedichtephysik ist die Laser-Kernfusion eines kleinen Deuterium-Tritium-(D-T)-Targets. Unter Hochenergiedichtephysik (HEDP) versteht man ein interdisziplinäres Fachgebiet aus der Physik und Technik, gekennzeichnet durch hohe Drücken, Temperaturen und Energiedichten. Man untersucht in der Hochenergiedichtephysik die Prozesse und Veränderungen von Materie unter Extrembedingungen, z. B. ab Drücken von 1 Mbar bzw. ab 100 GPa – also dem millionenfachen des normalen Luftdrucks. Andere physikalische Parameter, die ebenfalls verändert werden, sind häufig über eine Zustandsgleichung verbunden, z. B. der von Mie-Grüneisen.
Die Hochenergiedichtephysik ist nicht zu verwechseln mit der Hochenergiephysik (HEP).
Forschungsgebiete Die HEDP untersucht und erforscht Phänomene und Probleme aus: Materialwissenschaft, Astrophysik, Strahlungs- oder Transportprobleme, Thermodynamik, Atom- und Kernphysik, Kernfusion, Strahlungshydrodynamik, Plasmaphysik, Fluiddynamik/Gasdynamik, Explosionen, Schockwellen usw.
Laborgeräte der HEDP sind z. B. die Diamantstempelzelle, Stoßwellenrohre, Hochenergieanlagen (Plusenergie z. B. die Z-Maschine), oder Hochenergielaserfusionsanlagen (z. B. NIF).
Laserfusion
Bei der Laserfusion wird ein kleines Target, das aus Deuterium-Tritium-(D-T)-Brennstoff und anderen Spezialmaterialien besteht, zur Implosion und (falls erreichbar) zum sogenannten thermonuklearen Brennen gebracht. Derartige Systeme werden seit vielen Jahrzehnten entwickelt. Ein Beispiel hierfür ist das OMEGA-Lasersystem. OMEGA ist ein gepulstes Hochenergiesystem des Laboratory for Laser Energetics (LLE) der University of Rochester (UR), wurde von Infrarotlicht (1.054 nm) auf Ultraviolettlicht (351 nm) umgebaut und war 1985 einsatzbereit. Die Brennstoffkapsel (Target) wird innerhalb weniger Sekunden uniform auf eine Dichte von etwa 20 g/cc unter Ablation und Schockwellen zusammengepresst, wobei die D- und T-Kerne verschmelzen, die Reaktionsprodukte entstehen und Bindungsenergie frei wird. Für die Kernfusion von D-T sind mehrere Millionen Grad erforderlich. Zum Vergleich: Die Dichte im Inneren der Erde beträgt etwa 15 g/cc. Die Dichte im Inneren der Sonne (eine Materie aus Plasma und Strahlung) etwa 150 g/cc. Die Trägheitsfusion wurde Jahrzehnte später an der National Ignition Facility (NIF) erfolgreich demonstriert (Q > 1). Die Sonne entnimmt ihre Energie jedoch der Proton-Proton Kernfusionsreaktion.
Literatur
Einzelnachweise
Kategorie:Ingenieurwissenschaftliches Fachgebiet Kategorie:Physikalisches Fachgebiet Kategorie:Interdisziplinäre Wissenschaft