Hallo,
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Für mich stellt die Frage: Wo kommen die einzelnen Protonen aus dem Metall her?
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PS
@Olli, das mit dem Laserschuss zum Beschleunigen von Elementarteilchen kommt mir seit dem Stammtisch ein wenig bekannt vor ... 
[...] Irgendwer hat da einen großen Bock geschossen - aber fragt mich nicht ob einfach nur der Artikel falsch ist oder ob wirklich das ganze Konzept für die Tonne ist 
eine Bock geschossen ganz bestimmt nicht
Die Antwort ist ganz simpel, auch wenn sie nicht direkt offensichtlich ist.
Auf der Folie befindet sich immer Dreck, egal wie sehr man sie zuvor versucht zu reinigen. Ich meine hier keine Fettflecken oder Staub, sondern Wasser.
Die Wechselwirkung zwischen Licht und Folie findet im Hochvakuum statt. Das führt in der Regel dazu, dass auch im Material eingelagertes Wasser sich an Materialoberflächen sammelt, so auch auf der Folie.
Die eigentliche Protonenquelle ist von Pirx sehr gut beschrieben worden.
So wie ich das verstehe, ist das "... shower of highly energetic electrons from the foil, leaving behind a tremendous net positive charge. The result is a massive self-repulsive force between the protons that causes the metal material to explode. .." die Protonenquelle. [...]
Ich versuch das mal etwas ausführlicher zu erklären:
Der Laserpuls trifft auf die Folie. Die Intensität des Pulses ist so enorm groß (im Bereich 10
18...10
20 W/cm²), dass die Elektronen in der Folie durch die sogenannte
pondermotive Kraft aus der Folie "geschoben" werden. Die positiv geladenen Ionen sind jedoch viel zu schwer, als dass sie vom Laser direkt beeinflusst werden würden. Die verbleiben zunächst an Ort und Stelle. Da die Elektronen jedoch quasi schlagartig entfernt werden, entsteht ein Schichtpotential und daraus ein elektrisches Feld in der Größenordnung von GV/m (daher u.a. auch die Vakuumbedingung). Daher hat diese Methode den Namen
Target Normal Sheath Acceleration oder kurz TNSA.
Da die Elektronen "nicht mehr vorhanden sind", wird der Teil der Folie, welcher vom Laser bestrahlt wird, ionisiert. Sämtliche Gitter- und Wasserstoffbrückenbindungen dissozieren, es entsteht ein Plasma, in dem einiges an Dynamik abgeht.
Diese Dynamik wird übrigens innerhalb eines Sonderforschungsbereich an der Uni Düsseldorf im Institut für Laser- und Plasmaphysik untersucht.
In diesem Plasma liegen am Ort der Folie freie Protonen vor, welche hauptsächlich aus dem angelagerten Wasser stammen. Alles übrige Folienmaterial ist hier unterwünscht und wird als Asche betrachtet. Die Ionen, i.d.R. sind es Titanionen (da Titanfolien genutzt werden) fallen einfach nach unten. Nach viele Pulsen hat man so tolle farbige Schichten auf dem Probenhalter
Durch das entstandene elektrische Feld werden die Protonen nun auf hohe Energie beschleunigt. In Düsseldorf schaffen wir momentan etwa 15...20 MeV für Protonen. Die Elektronen werden auf noch höhere Energie beschleunigt - bis hoch zu 1 GeV.
Mit dem von websquid angegeben CH
2-Target sollte es genauso gut funktioniert. Die Kohlenwasserstoffverbindung sollte sogar ein etwas besserer Protonendonator sein, da die Kohlenstoffatom etwas weniger elektronegativ sind, die Bindung daher etwas "lockerer" als die bei Wasser ist. Außerdem ist hier ebenfalls Wasser an der Oberfläche vorhanden, die Protonenanzahl sollte also höher sein.
Der in dem Artikel angegebene Prozesse, bei dem sich die entstandenen Protonen mit Bor zu Kohlenstoff verbinden, ist bei den momentan erreichbaren Protonenergien jedoch sehr unwahrscheinlich. Würde man den Wirkungsquerschnitt für die Deuterium-Tritium-Reaktion, welche den höchsten Wirkungsquerschnitt hat, auf 1 setzen, dann wäre der Wirkungsquerschnitt für die Reaktion p +
11B bei 0,002 - und das bei einer 10-mal höheren Temperatur (10 keV = 100 Mio. K für D-T, 100 keV für p-Bor)!
Bis das mit einem hinreichenden Output funktioniert, geht noch sehr viel Zeit ins Land - sofern diese Methode für eine Antrieb überhaupt ernsthaft in Angriff genommen wird. Damit dieser stabil läuft, sind noch einiges an Verständnis innerhalb der Plasmadynmik bei Laser-Materie-Wechselwirkungsprozessen zu erarbeiten und zu verstehen. Diese dann noch kontrollieren zu können, ist dann nochmal was ganz anderes. Ein möglicher Ansatz wäre eine zwei- oder mehrstuftige Teilchenbeschleunigung. Diese existieren bisher für Gastargets (hier funktioniert die Beschleunigung anders als oben beschrieben) auf dem Papier. Experimentelle Ergebisse hierfür sind mir nicht bekannt. Bei Festkörpertargets gibt es, soweit ich weiß, keinerlei öffentlichen Überlegungen dazu.
Wofür diese Methode recht gut zu funktionieren scheint (ich meine die Teilchenbeschleunigung mit TNSA), ist die Erzeugung von Strahlung mit den gleichen Bedingungen wie im All.
Das führt hier aber zu weit vom Thema weg. Vllt könnten wir darüber in einem neuen Thread sprechen, sofern Interesse besteht.
Grüße,
Olli
