Mit einem Knall, der nur einen Wimpernschlag dauert, bringt eine spezielle Versuchsanlage in den USA Materialien an ihre physikalischen Grenzen. In weniger als einer Millionstel Sekunde entstehen dort Drücke, die Millionen Mal höher sind als der normale Luftdruck. Der Grund: Die Forschungseinrichtung JASPER hat kürzlich ihr 201. Experiment abgeschlossen – und liefert damit wichtige Daten für die Sicherheit des US-Atomwaffenarsenals.
Extrembedingungen für Plutonium und Co.
Wie die Betreiber in einer Mitteilung erklärten, sei JASPER (Joint Actinide Shock Physics Experimental Research) eine von nur zwei Anlagen in den USA, die die dynamischen Eigenschaften von Plutonium unter Schockbedingungen untersuchen könnten. Die Einrichtung befinde sich auf dem Gelände des Nevada National Security Site und werde gemeinsam vom Lawrence Livermore National Laboratory und der National Nuclear Security Administration (NNSA) betrieben.
Laut einem Bericht von Interesting Engineering arbeite JASPER mit einer 20 Meter langen Zwei-Stufen-Gasdruckkanone. Diese könne Projektile auf Geschwindigkeiten von bis zu 8.000 Metern pro Sekunde beschleunigen – das entspricht etwa 28.800 Kilometern pro Stunde. Beim Aufprall entstünden für extrem kurze Zeiträume Druck, wie er sonst nur im Inneren von Planeten vorkommen.
Testmaterial für das Atomwaffenprogramm
Insgesamt seien seit 2003 laut den Forschenden 201 sogenannte „Full-Containment“-Experimente durchgeführt worden – 92 davon mit aktiniden Materialien wie Plutonium, die übrigen mit nicht-radioaktiven Stoffen zur Vorbereitung. Diese Daten flössen direkt in die Computermodelle der NNSA ein, mit denen die Einsatzbereitschaft des Atomwaffenarsenals überprüft werde – ohne auf unterirdische Atomtests zurückgreifen zu müssen.
Aktuell liege der Fokus der Experimente auf der Qualität neuer Plutonium-Komponenten, die im Rahmen des sogenannten W87-1-Programms hergestellt würden. Dabei würden ältere Proben aus Überwachungsprogrammen mit frischem Material aus der Produktionsstätte PF-4 in Los Alamos verglichen.
Von Schockwellen bis Temperaturverhalten
Wie der Forschungsleiter Nathan Barton erläuterte, habe sich der wissenschaftliche Fokus der Anlage seit ihrer Inbetriebnahme deutlich erweitert. Während anfangs vor allem Druck- und Temperaturdaten erfasst worden seien, untersuche man heute auch Materialfestigkeit und das Verhalten bei Entlastungswellen. Ziel sei es, zunächst mit ungefährlichen Ersatzstoffen zu arbeiten, bevor die Tests mit radioaktiven Materialien durchgeführt würden.
Mehr Sicherheit durch Hightech-Systeme
Um die Sicherheit bei den Hochgeschwindigkeitsexperimenten zu gewährleisten, verfüge JASPER über ein mehrstufiges Einschlusssystem. Dieses bestehe aus einer inneren Versuchskammer, die durch ein ultraschnelles Ventil verschlossen werde, und einer äußeren Stahlhülle. Laut der Mitteilung solle dieses System sowohl die Umwelt als auch das Personal schützen.
Der technische Leiter Ricky Chau erklärte, dass die Anlage kontinuierlich weiterentwickelt werde. Die heute eingesetzten Diagnosesysteme seien deutlich komplexer als in den Anfangsjahren. Dadurch lasse sich die Qualität der getesteten Materialien präzise dokumentieren – ein entscheidender Beitrag zur Sicherheit der nationalen Verteidigungssysteme.