Laser

5.5

Laser in der Militärtechnologie

Längst gehören Laserleitsysteme für Raketen, Flugzeuge und Satelliten zum Alltag der Militärtechnologie. US-Präsident Ronald Reagan beabsichtigte 1983 für das von ihm favorisierte Weltraum-Verteidigungssystem (siehe SDI) den Einsatz von Laserstrahlen gegen feindliche Raketen. Die Fähigkeit durchstimmbarer Farbstofflaser, gezielt ein Atom oder Molekül anzuregen, könnte neue Wege zur Isotopentrennung für die Herstellung von Nuklearwaffen eröffnen.

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Sicherheit im Umgang mit Lasern

Weil das menschliche Auge Laserlicht aufnimmt wie anderes Licht auch, besteht wegen der hohen Lichtleistungskonzentration beim Laser immer die Gefahr von Augenschäden, insbesondere von Netzhautverletzungen. Daher sollte Laserlicht unter keinen Umständen in die Augen gelangen können, weder direkt noch als reflektiertes Licht. Nur besonders ausgebildetes Personal mit geeigneten Schutzbrillen darf mit Lasern hantieren.

7

Jüngste Entwicklungen

7.1

Atomlaser

Seit einigen Jahren versuchten Forschungsteams aus aller Welt einen Laser zu entwickeln, der anstelle von Licht mit Atomen arbeitet (so genannter Atomlaser). Bei einem herkömmlichen Laser werden Lichtwellen (Photonen) zu einem kohärenten Strahl gebündelt (kohärent = zusammenhängend, gleiche Wellenlänge und Schwingungsart). In etwa analoger Weise sollten sich auch Materiewellen – so die Idee – bündeln lassen. Erste fruchtbare Ergebnisse stellten im Frühjahr 1999 deutsche und amerikanische Teams der Öffentlichkeit vor. Die Teams arbeiteten unabhängig voneinander und nutzten für ihre Experimente so genannte Bose-Einstein-Kondensate: Ein Gas aus Atomen (z. B. Rubidiumatome) wird mit einem ausgeklügelten System von Magnetfeldern eingefangen und mit Hilfe modernster Tiefsttemperaturtechnik auf eine Temperatur abgekühlt, die weniger als ein millionstel Grad über dem absoluten Nullpunkt liegt. Es kommt zur Bildung eines Bose-Einstein-Kondensats, d. h. die Atome nehmen einen Energiezustand an, verlieren ihre Identität und verhalten sich wie eine Einheit. Siehe auch Quantenmechanik; Bose-Einstein-Statistik; Bosonen

Das deutsche Forschungsteam „bohrte” mit Hilfe von Radiowellen ein kleines Loch in den Magnetkäfig mit dem Bose-Einstein-Kondensat. Durch diese Öffnung entwichen dann Atome und bildeten im Vakuum und unter Einfluss der Gravitation einen feinen Materiestrahl.

Das amerikanische Team nutzte zur Freisetzung zwei gegeneinandergerichtete optische Laser, mit denen zwei Lichtpulse auf das Bose-Einstein-Kondensat abgegeben wurden. Die Lichtpulse waren in ihrer Frequenz um einen genau vorher festgelegten Betrag versetzt. Durch diesen „Laserbeschuss” gelang es ebenfalls einen Materiestrahl zu erzeugen, d. h. einige Atome des Kondensats gingen in einen Zustand über, in dem das magnetische Feld des Magnetkäfigs nicht mehr auf sie wirkte. Die Intensität der Lichtpulse bestimmte hierbei die Anzahl der frei werdenden Atome. Gleichzeitig erhielten die Atome einen Impuls, dessen Richtung die Forscher vorgaben, und so Geschwindigkeit und Richtung der frei werdenden Atome definierten.

Die technische Entwicklung des „Atomlasers” steht zwar noch am Anfang, aber bereits jetzt eröffnen sich für diesen Lasertyp diverse Anwendungsgebiete. So wäre man beispielsweise in der Lage, nur durch Ablegen einzelner Atome, feinste Nanostrukturen auf Trägeroberflächen zu erzeugen und so neuartige Halbleiterbauelemente oder Computerbausteine zu produzieren.

7.2

Weitere Entwicklungen

Mit Hilfe besonderer Glasfasern auf der Basis speziell dotierter Gläser gelang es 1999 einem Forschungsteam der Universität Jena einen leistungsfähigen Miniaturlaser zu konstruieren, der keine aufwendige Kühlung bedarf und mit geringer elektrischer Spannung (9 Volt) betrieben werden kann. Das Glas dieses „Faserlasers” besteht im Wesentlichen aus Zirconium, Aluminium, Barium und Natrium sowie Lanthan. Ebenfalls in Jena entsteht einer der stärksten Laser der Welt. Das Gerät soll laut Planung frühestens Ende 2005 in Betrieb gehen und eine Leistung von einem Petawatt (eine Billiarde Watt) erreichen können.

Die erste Spaltung von Urankernen mit Hilfe von Hochleistungslasern präsentierten zwei Forschergruppen aus Großbritannien und den USA im Februar 2000. Beide Gruppen erzeugten zunächst mit einem schwachen Lichtpuls ein so genanntes Elektronenplasma auf der Oberfläche eines Metalls (aus Tantal oder Gold). Das Plasma wird anschließend von einem Hochenergielichtpuls getroffen, die Elektronen absorbieren diese große Energiemenge und fallen ins Metall zurück. Hierbei kommt es zur Emission von Gammastrahlung hoher Energie. Die Gammastrahlen treffen schließlich auf die nahe gelegene Uranprobe und regen die dort befindlichen Kerne zum Zerfall an.

Mit Hilfe einer neuen Technik zur Verstärkung von Laserpulsen ist es mittlerweile möglich, Laser auch für Kernumwandlungen einzusetzen. So gelang es 2003 erstmals, die Umwandlung des radioaktiven Isotops Iod 129 in das ebenfalls radiaktive Isotop Iod 128 mit einem Laser zu induzieren. Iod 129 fällt in Kernkraftwerken als Spaltprodukt an und hat eine Halbwertszeit von 15,7 Millionen Jahren. Bei Iod-128 beträgt die Halbwertszeit dagegen nur 25 Minuten – es geht dabei in das stabile Xenon 128 über. Allerdings sind die Mengen, die sich auf diese Weise umwandeln lassen, noch extrem gering und liegen im Bereich von billiardstel Milligramm. Um diese Methode zur Entsorgung von radioaktivem Abfall einsetzen zu können, bedarf es daher noch einer enormen Menge an Entwicklungsarbeit.