Forschung 25.05.2001, 17:29 Uhr

Atomtest im Labor

Seit dem Atomteststopp-Vertrag von 1996 führt Frankreich zwar keine Tests mit atomaren Sprengköpfen mehr durch, will deshalb aber noch längst nicht von Atomwaffen lassen. Derzeit wird ein milliardenteures Lasersystem entwickelt, das Bombentests im Labor simulieren kann.

Die Ausmaße der geplanten Laserkanone werden gigantisch sein. In einem Gebäude von der Größe dreier Fußballfelder sollen 240 Laserstrahlen, millionenfach verstärkt, auf ein nur fingerhutgroßes Ziel fokussiert werden: einen Goldzylinder, in dem ein winziges Bläschen aus tiefgekühlten Wasserstoff-Isotopen steckt. Die Laserstrahlen haben die Aufgabe, den Goldzylinder in einen kleinen Ofen zu verwandeln, der das Wasserstoffbläschen von allen Seiten gleichmäßig mit Röntgenstrahlung torpediert. Unter dem enormen Strahlungsdruck soll das Bläschen zu einem brodelnd heißen Plasma kollabieren, in dem Wasserstoff zu Helium fusioniert – ähnlich den Vorgängen im Zentrum der Sonne.
Noch ist ein solcher Mini-Stern im Labor Zukunftsmusik. Aber am «Centre d“Etudes Scientifique et Techniques d“Aquitaine» (Cesta) bei Bordeaux arbeiten die Entwickler unter Hochdruck an einem Laser, der das Kunststück vollbringen soll. Seine Energie von 1,8 MJ entspricht der Wucht von 2000 Magnum-Geschossen, die von allen Seiten gleichzeitig in einem Punkt zusammentreffen. Erstmals soll damit eine Initialzündung von Wasserstoffkernen im Labor erreicht werden, ein Ziel, das für friedliche Zwecke auch mit Fusionsreaktoren wie ITER und Wendelstein angestrebt wird.
Der Auftrag kommt von höchster Stelle. Im Vorfeld des Atomteststopp-Vertrags sagte der damalige französische Staatspräsident François Mitterrand: „Jetzt geht es darum, eine vollständige Simulation zu entwickeln und verfügbar zu haben, die uns den Einsatz von Waffen erlaubt, wie wir sie um das Jahr 2010 benötigen, und das ohne weitere Atomtests.“
Der Megajoule-Laser, Teil des insgesamt 3,75 Milliarden Euro teuren „Simulationsprogramms“ der französischen Atomenergiebehörde (CEA), soll die Atomtests ersetzen, um, wie es offiziell heißt, „die Zuverlässigkeit und Sicherheit der Kernwaffen zu garantieren“. Die physikalischen Vorgänge in dem Mini-Stern, den die Forscher kreieren wollen, sind zum Teil vergleichbar mit jenen bei der Explosion einer Wasserstoffbombe.
Kritiker des Projekts werfen dem CEA vor, der Megajoule-Laser würde gegen den Atomteststopp-Vertrag verstoßen, da die Vorgänge im Labor nichts anderes als kleine Bombentests seien. Auch in richtigen H-Bomben werden Wasserstoff-Isotope, in der Regel Deuterium und Tritium, fusioniert. Dies gelingt jedoch nur, wenn zunächst eine Plutonium- oder Uranbombe gezündet und das dabei abgestrahlte Röntgenlicht – wie beim Megajoule-Laser – möglichst konzentriert auf das Wasserstoff-Fusionsgemisch gelenkt wird. Dadurch kommt es in der Bombe zur Fusion der Atomkerne in Sekundenbruchteilen entsteht eine enorme Hitze, die sich Raum verschafft und das giftige Gemisch aus Spalt- und Fusionsprodukten mit ungeheurer Wucht in die Umgebung schleudert.
„Bei diesem Vorgang ist vieles noch unbekannt“, sagt Prof. Jakob Gut. Leiter des Instituts für militärische Sicherheitstechnik der ETH Zürich. Ungeklärt ist etwa, wie man das Fusionsgemisch durch die intensive Röntgenstrahlung kontrolliert zur Zündung bringen kann. „Auch in den unterirdischen Atomtests konnte man nicht viele Daten darüber sammeln.“ Didier Besnard, Direktor des Simulationsprogramms, ist daher von der Bedeutung des CEA-Projekts überzeugt: „Die Experimente mit dem Megajoule-Laser sind wichtig, um die komplizierten Computerprogramme zu verifizieren, mit denen wir heute die Funktion der Nuklearwaffen simulieren.“
Gegenwärtig wird ein Prototyp des Megajoule-Lasers aus zunächst vier und dann acht Laserstrahlen gebaut. Der Betriebsbeginn des Prototypen ist für Ende dieses Jahres vorgesehen. Mit dieser 60-KJ-Anlage will das CEA demonstrieren, dass die Technik funktioniert, bevor der rund 1 Mrd. Euro teure Megalaser bis zum Jahre 2010 gebaut wird. „Das ist ein rein französisches Projekt, das wir für die Verteidigung unseres Landes benötigen“, sagt Besnard. Neben dem Megajoule-Laser sollen beim CEA-Projekt noch weitere Hightech-Geräte zum Einsatz kommen. So wollen die Nuklearingenieure auf dem stärksten Rechner Europas (geplant sind 100 Teraflops) die Bombenmodelle durchspielen. Und die hoch auflösende Röntgenmaschine „Airix“ soll die erste Phase bei der Zündung einer Wasserstoffbombe untersuchen: die Implosion, die der eigentlichen Fusions-Detonation vorangeht.
„Wenn man diese Geräte hat und Simulationen durchführt, könnten damit auch neue Waffen entwickelt werden“, sagt Gut. „Schon lange verfolgt man das Ziel, eine Fusionsbombe zu bauen, die weder Plutonium noch Uran zur Zündung benötigt.“ Eine solche Bombe würde keinen radioaktiven Fall-out mehr produzieren – es wäre die „saubere Atombombe“, wie sie Edward Teller, Vater der Wasserstoffbombe, einst postuliert hat. Besnard bestreitet jedoch, dass das CEA solche Pläne hat. „Es ist nicht unsere Mission, neue Kernwaffen zu entwickeln“, sagt er. „Wir sollen ausschließlich deren Sicherheit und Zuverlässigkeit garantieren.“
Das Simulationsprogramm soll indes auch mithelfen, das Wissen der alten, erfahrenen Entwicklern an die Jungen weiterzugeben: Auf diese Weise hofft man, den Nachwuchs bei der Stange zu halten. Das Simulationsprogramm ist also Wissenstransfer und Beschäftigungstherapie für ansonsten arbeitslose Militärforscher zugleich. Und nebenbei können die Nuklearwaffen verfeinert und die Laser weiterentwickelt werden.
Frankreich ist mit dem Atomwaffen-Simulationsprojekt nicht allein. Die USA planen eine vergleichbare Laserkanone, die „National Ignition Facility“ (NIF) am Lawrence Livermore Laboratory in Kalifornien. Wie der Megajoule-Laser ist auch die NIF schon des öfteren ins Kreuzfeuer der Kritik geraten. Missmanagement und Fehleinschätzung der Kosten verschoben die geplante Fertigstellung vom Jahr 2003 auf 2010. Externe Experten kritisierten, die NIF-Ingenieure hätten das Problem der Laserstrahl-Fokussierung unterschätzt. „Und ob mit den Lasern die Simulation der Fusionsvorgänge tatsächlich gelingt“, meint Gut, „kann niemand mit Sicherheit garantieren.“ JOACHIM LAUKENMANN

  • Joachim Laukenmann

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