Lichtklingen: Tischtechnik erzeugt Megatesla-Magnetfelder

Energie

Redaktion der Website für technologische Innovationen – 17. Juli 2025

Konzeptionelle Darstellung der Implosion von Mikroröhren durch die Klingen. Sägezahnförmige Klingen im zylindrischen Target induzieren außeraxiale Ladungsflüsse, die starke Ströme erzeugen und Megagatesla-Magnetfelder erzeugen. [Bild: Masakatsu Murakami]

Klingen aus Licht

Japanische Wissenschaftler haben eine Technik entwickelt, mit der sich im Labor ultrastarke Magnetfelder in der Größenordnung von Millionen Tesla erzeugen lassen – Magnetfelder im Megatesla-Bereich sind vergleichbar mit jenen, die man in der Nähe stark magnetisierter Neutronensterne oder in astrophysikalischen Jets findet.

Um Ihnen eine Vorstellung davon zu geben, was das bedeutet: Der Weltrekord für ein im Labor erzeugtes Magnetfeld liegt bei 45 Tesla .

Und es handelt sich um einen kompakten, lasergesteuerten Aufbau, der den Bau der notwendigen Laborapparatur erleichtern soll. Das Team hat die Methode „Laminat-Mikroröhren-Implosion“ genannt.

Dabei werden sehr starke Laserpulse, die jeweils nur Femtosekunden dauern, auf ein zylindrisches Ziel – die Mikroröhre – gerichtet, das innen Sägezahnklingen enthält. Diese Klingen versetzen das durch die Laserpulse erzeugte Plasma in eine asymmetrische Rotation und erzeugen so zirkulierende Ströme in der Nähe des Zentrums.

Der resultierende Strom erzeugt selbstkonsistent ein sehr starkes axiales Magnetfeld von über 500 Kilotesla (0,5 Megatesla) und nähert sich damit dem Megatesla-Bereich. Es ist kein externes Magnetfeld erforderlich.

Dieser Mechanismus steht im krassen Gegensatz zur herkömmlichen magnetischen Kompression, die auf der Verstärkung eines anfänglichen Magnetfelds, eines externen Magnetfelds, des sogenannten Saatfelds, beruht. Bei der Implosion laminierter Mikroröhren wird das Feld von Grund auf neu erzeugt und ausschließlich durch Laser-Plasma-Wechselwirkungen mit Energie versorgt.

Darüber hinaus lassen sich starke Magnetfelder durch den Einbau von Strukturen in das Target, die die Zylindersymmetrie aufbrechen, robust erzeugen. Dieser Prozess erzeugt eine Rückkopplungsschleife, in der Ströme geladener Teilchen – bestehend aus Ionen und Elektronen – das Magnetfeld verstärken, was wiederum diese Ströme stärker einschließt und das Feld weiter verstärkt.

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Konzepte des Megatesla-Felderzeugungsmechanismus (oben) und Simulationen für den Fall mit acht Rotorblättern (unten). [Bild: Pan/Murakami - 10.1063/5.0275006]

Astrophysik, Kern- und Quantenfusion

Sobald der neue Magnetfeldgenerator gebaut ist, was nicht lange dauern dürfte, werden diese Magnetfelder eine breite wissenschaftliche Anwendung finden, insbesondere um Laborexperimente zur Untersuchung astrophysikalischer Phänomene zu ermöglichen, wie etwa magnetisierte Jets, die von verschiedenen Arten von Himmelskörpern ausgestoßen werden, und sogar das Innere von Sternen.

Weitere Anwendungen sind die Laser-Kernfusion , die die Entwicklung schneller Zündschemata für Protonenstrahlen erleichtert, und die Quantenelektrodynamik zur Untersuchung nichtlinearer Quantenphänomene.

„Dieser Ansatz bietet eine leistungsstarke neue Möglichkeit, extreme Magnetfelder in einem kompakten Format zu erzeugen und zu untersuchen. Er stellt eine experimentelle Brücke zwischen Laborplasmen und dem astrophysikalischen Universum dar“, sagte Professor Masakatsu Murakami von der Universität Osaka.

Für Experimentalteams, die am Bau der Apparatur interessiert waren, erstellten die beiden Forscher ein unterstützendes analytisches Modell, das die grundlegenden Skalierungsgesetze und Zieloptimierungsstrategien demonstrierte.

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