Diamantkugeln für die Energie der Zukunft

Wissenschaftler am Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) in den USA wollen bis 2011 einen Reaktor für die lasergestützte Kernfusion in Betrieb nehmen, die National Ignition Facility. Die Vision: eine schier unerschöpfliche umweltfreundliche Energiequelle nach dem Vorbild der Sonne zu erschließen.

Bei dem Verfahren trifft ein gewaltiger Laserblitz auf eine mit Wasserstoff gefüllte Hohlkugel und komprimiert die Kugel auf etwa ein Zehntausendstel ihres ursprünglichen Volumens. Dabei kommen sich die Atomkerne so nahe, dass sie miteinander verschmelzen. Voraussetzung: Eine perfekte Kugelform. „Diamant bietet hervorragende Eigenschaften, die ihn für diese Anwendung prädestinieren“, erklärt Dr. Christoph Wild vom Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik in Freiburg. „Er besteht aus dem leichten Element Kohlenstoff, ist extrem hart und druckfest.“

Die Freiburger sind für ihre künstlichen Diamantscheiben in der Fachwelt bekannt. Bislang gab es den Diamant vor allem in Form von Scheiben unterschiedlichen Durchmessers und Dicke. Aber wie werden aus Diamantscheiben kleine hohle Kugeln? Diese Frage löste das Freiburger Team auf Anregung und mit Unterstützung von Dr. Jürgen Biener und Dr. Alex Hamza vom LLNL. Ausgangsbasis sind kleine Siliziumkügelchen, die in einem vom IAF patentierten Plasmareaktor mit Diamant beschichtet werden. Im Unterschied zur Scheibe müssen die Kugeln für eine homogene Beschichtung im Reaktor permanent bewegt werden.

Auch das anschließende, extrem präzise Schleifen und Polieren der Diamantenkugeln hat das Team am IAF entwickelt. Das Ergebnis kann sich in jedem Fall sehen lassen: Spiegelglatte, perfekt geformte Diamantkugeln. Noch aber ist das Silizium in der Kugel. Um das herauszubekommen, bohren die Forscher mit einem Laser ein winziges, wenige Mikrometer großes Loch. Eine spezielle ultraschallunterstützte Ätztechnik sorgt dafür, dass das Silizium aus der Kugel herausgelöst wird.

Für diese Entwicklungsarbeiten werden Dr. Christoph Wild, Dr. Eckhard Wörner und Dipl.-Ing. Dietmar Brink mit einem der Joseph-von-Fraunhofer-Preise 2006 ausgezeichnet. Die Jury war von der wissenschaftlichen und technischen Leistung beeindruckt. Und dass sich eine renommierte amerikanische Forschungseinrichtung Know-how in Deutschland einholt, spricht für sich.

Ansprechpartner:
Dr. Christoph Wild
Telefon: 07 61 / 51 59-3 57
Fax: 07 61 / 51 59-71 357
christoph.wild@iaf.fraunhofer.de