Hitzerekord im Labor - warum es im Plasma so heiß wird und effektiv Röntgenstrahlung abgibt

Auf der Erde ist es heißer als im Inneren jedes bekannten Sterns: mehr als zwei bis drei Milliarden Grad Kelvin. Diesen Rekord, wenn auch nur für Bruchteile einer Sekunde, erzielten kürzlich Techniker des Sandia National Laboratory mit der so genannten Z-Maschine.

Z-Maschine
Z-Maschine

Albuquerque (USA) - Und britische Forscher glauben nun das bisherige Rätsel lösen zu können, weshalb es dort so heiß wird - und weshalb unerwartet viel Röntgenstrahlung frei wird. Im Kern der Z-Maschine, am "Z-Pinch", bringen immense Stromstärken und gewaltige Magnetfelder ein Netzwerk von Wolframdrähten zum Implodieren: Ein Plasma aus heißem, ionisiertem Gas entsteht. Der Kern der Implosion erreicht Rekordtemperaturen und gibt rund ein Sechstel der Energie gleich wieder als Röntgenstrahlung ab.

"Wir haben ein Theorie-Modell entwickelt, das die rasche Umwandlung magnetischer Energie in ein Plasma sehr heißer Ionentemperatur erklärt", schreiben Malcolm Haines und Kollegen am Imperial College London im Fachblatt "Physical Review Letters". Sie vermuten, dass das starke Magnetfeld nach der Implosion in dem heißen Plasmaball unzählige Instabilitäten zu winzigen Wirbeln anstößt. Da das Plasma aus ionisierten Atomen relativ zäh ist, bremst es die Wirbel wiederum ab. Dadurch wandelt sich binnen weniger Nanosekunden eine große Menge magnetischer Energie zu thermischer Energie, der hohen Plasma-Temperatur.

Gleichzeitig übertragen die heißen Ionen viel Energie auf die relativ kühlen Elektronen. Diese Energie wird sogleich als Röntgenstrahlung wieder abgegeben, erklären die Forscher: "Z-Pinche [das Herzstück der Z-Maschine] aus Metalldrahtfeldern mit gepulster Energie sind die kraftvollsten und effizientesten Röntgenquellen im Labor".