Deutsche Physikalische Gesellschaft e. V. (DPG)

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E-Verhandlungen 2003
Hannover
Plenarvorträge

Gravitationswellenastronomie - Die ersten Detektoren gehen in Betrieb!

•Karsten Danzmann
Universität Hannover und Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik

In diesem Jahr beginnen die ersten km-grossen laserinterferometrischen Gravitationswellendetektoren mit der Datenaufnahme. Das deutsch-britische GEO600 Projekt mit einem Detektor in Hannover und das amerikanische LIGO Projekt mit jeweils einem Detektor in den Bundesstaaten Washington und in Louisiana haben die gemeinsame Analyse ihrer Daten vereinbart. Das französisch-italienische VIRGO Interferometer bei Pisa wird voraussichtlich im Jahr 2004 ebenfalls Daten beisteuern. Für das ESA/NASA Weltraumprojekt LISA, ein Interferometer mit 5 Mio. km langen Armen, beginnt in diesem Jahr die Hardware-Entwicklung für die Technologie-Demonstrationsmisson SMART-2 mit einem Start im Jahr 2006.

Quantengravitation und Topologie

•Domenico Giulini
Universität Freiburg, Fakultät für Physik, Freiburg im Breisgau

Allen Versuchen eine Quantentheorie der Gravitation zu finden ist gemeinsam, dass sie wesentliche Strukturelement der klassischen Theorie uebernehmen. Zu diesen gehört insbesondere die Invarianz unter allgemeinen (differenzierbaren) Punkttransfomationen, die das zentrale Charakteristikum der Allgemeinen Relativitätstheorie ist. Versuche diese Invarianz in der Quantentheorie zu implementieren führen u.a. auf einige faszinierende und teilweise ungelöste topologische Probleme, von denen eine Auswahl in diesem Vortrag angesprochen werden sollen.

Energie: Optionen für die Zukunft

•Klaus Heinloth
Physikalisches Institut, Universität Bonn, Nussalleee 12, D-53115 Bonn

Wieviel Energie wir brauchen werden, hängt ab von den Entwicklungen von Bevölkerung, Wirtschaft und Energieeffizienz.

Zur Deckung des künftigen Energiebedarfs haben wir eine Fülle von Optionen

- für innovative Bereitstellung von Strom aus Wärmekraft-Turbinen-

Generatoren und Brennstoffzellen, aus Wasser, Wind und Sonne, aus

Kernspaltung und Kernfusion;

- für innovative Nutzung von Wärme aus Sonne und Erde, vor allem

zur Heizung angemessen gebauter Häuser;

- für innovative Befriedigung des Bedarfs an Verkehr, zum einen auf

der Strasse und in der Luft unter Nutzung umweltschonender Treib-

stoffe, zum anderen auf der Schiene;

- und vielleicht für neue, wünschenswerte Felder unserer Lebensgestal-

tung.

Kohärenz und Streuung von Photo- und Augerelektronen

•Uwe Becker
Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft, Faradayweg 4-6,14195 Berlin

Die als Ergebnis der Wechselwirkung von energiereichen Photonen mit Atomen, Molekülen oder Clustern erzeugten Fragmente, wie Elektronen und Fragmentionen, werden in zunehmenden Maße nicht mehr getrennt, sondern in wechselseitiger Koinzidenz nachgewiesen [1]. Dies erlaubt Einblicke in Eigenschaften sowohl der erzeugten Fragmente als auch des Ausgangstargets, die bisher der Untersuchung nicht zugänglich waren. Dies sind vor allem Kohärenz- und Streueigenschaften von Photoelektronen, die sich aus der ursprünglich delokalen oder lokalen Verteilung der im Target gebundenen Elektronen ergeben. Diese Eigenschaften führen zu charakteristischen Intensitäts- und Winkelverteilungen der emittierten Elektronen, die Rückschlüsse auf die elektronische Ladungsverteilung im Target zulassen [2]. Elektronenemission aus schnell dissoziierenden Systemen besitzt ein besonders großes Potential für derartige Untersuchungen, da die durch den Dopplereffekt bewirkte Entkopplung der gestreuten, von der direkt emittierten Elektronenwelle, neue Möglichkeiten zur Strukturuntersuchung von dynamischen Systemen, wie dissoziierenden Molekülen, ermöglicht. Dies wird an Hand der atomaren Autoionisation kleiner, symmetrischer Moleküle nach K-Schalenanregung eines ihrer äquivalenten Atome näher erläutert.

[1] T. Jahnke et al., Phys. Rev. Lett. 88, 073002 (2002), O. Geßner et al., Phys. Rev. Lett. 88, 193002 (2002)

[2] A. Rüdel et al., Phys. Rev. Lett. 89, 125503 (2002)

Quantum information and quantum optical systems

•I. Cirac
Max-Planck Institut für Quantenoptik, Garching

Quantum information processing and communication is a multidisciplinary field of research in which the goal is to use some of the intriguing properties of quantum mechanics in order to process and transmit information. For the moment, there are very few systems on which one can test the main ideas of quantum computing, perhaps the most important application in this field. On the one hand, we have quantum optical systems, typically atoms or ions, which interact with laser fields and that are trapped by electromagnetic forces. On the other, we have solid state devices (quantum dots or superconductor devices, for example) which can be electronically controlled. In this talk I will revise some of the ideas of how to perform quantum computations using atoms, ions and photons, and present some other applications of quantum information theory.

Massive Schwarze Löcher in Galaxienkernen

•Reinhard Genzel
Max-Planck Institut für extraterrestrische Physik, Garching und Dept. of Physics, University of California, Berkeley - Träger der Stern-Gerlach-Medaille

Seit der Entdeckung der Quasare vor etwa 40 Jahren haben sich die Indizien gehäuft, dass in den Zentren von Milchstraßensystemen massive schwarze Löcher sitzen, die durch Akkretion von Gas und Sternen effizient Gravitationsenergie in Strahlung umwandeln. Durch hochauflösende Messungen im Infrarot- und Radiobereich ist es jetzt im Zentrum unserer eigenen Milchstraße gelungen, einen überzeugenden Beweis für diese Hypothese zu liefern. Hierbei haben neue Entwicklungen in der Infrarotinstrumentierung und der adaptiven Optik am neuen Großteleskop der ESO, dem VLT, eine wichtige Rolle gespielt. Es werden diese neuen Messungen und ihre Konsequenzen für die Entstehung von schwarzen Löchern diskutiert.

Schulbeispiele in neuer Sicht: Atome, Moleküle, und Übergangsmetalle

•Martin Gutzwiller
IBM Research Emeritus und Yale University - Träger der Max-Planck-Medaille

Der Magnetismus von Fe, Co, und Ni spiegelt sich schon im Waserstoff-Molekül wider, deren zwei Elektronen sich gemäß Hund frei bewegen, aber gemäß Heitler jede Anhäufung im selben Atom vermeiden. Frage: Wie sieht eine Wellenfunktion für die vielen Elektronen im Nickel aus, welche beide Eigenschaften verkörpert? Andere Frage: Kann das Spektrum von wenigen Elektronen in verschiedenen Umgebungen klassisch verstanden werden? Zum Beispiel, das Wasserstoff-Atom in einem starken magnetischen Feld, die Doppel-Anregung im Helium-Atom, oder die elektromagnetischen Schwingungen in einem Hohlraum? Die Spurformel vermittelt eine direkte Beziehung zwischen den Energie-Niveaux (oder Resonanzen) und den klassischen periodischen Bahnen, wobei man entweder auf Grund der periodischen Bahnen das Spektrum berechnen, oder das experimentelle Spektrum direkt auf die klassischen Bahnen zurück führen kann.

Basic Physics in a new light: Atoms, Molecules, and Transition Metals

The elements of the magnetism in Fe, Co, and Ni can be recognized already in the hydrogen molecule. Two electrons move around freely according to Hund; but according to Heitler they avoid running into each other inside the same atom. Question: How does a wavefunction look like for the many electrons in Ni that satisfies both requirements? Another question: Is it possible to understand classically the spectrum of a few electrons in various circumstances? For example, the hydrogen atom in a strong magnetic field, the double excitation in a helium-atom, or the electromagnetic vibrations in a cavity? The trace formula establishes a direct relation between the energy levels (or resonances) on one hand and the classical periodic orbits on the other hand. It is then generally possible either to calculate an approximate spectrum with the help of the periodic orbits, or to analyze an experimental spectrum in terms of of the classical orbits.

Heavy Quarks and Leptons in Particle Physics

•Brian Foster
H H Wills Physics Laboratory, Bristol University, UK - Träger des Max-Born-Preises

The discovery of the first heavy quark, charm, in the so-called November Revolution of 1974 marked a complete change of paradigm in particle physics. The subsequent discovery of the tau heavy lepton and the bottom and top quarks has served only to heighten the importance of these particle in our understanding of the fundamental forces of nature. After a brief historical overview, including those areas with which I have been involved, I will discuss what we have learnt about the strong interaction through the study of heavy quarks at HERA and about the difference in the behaviour of matter and anti-matter via the B factories at Stanford and at KEK in Japan. Finally I will look to the future role of heavy quarks at the Large Hadron Collider and the Linear Collider, where their importance will, if anything, become even greater.

Relativistische Quantendynamik in extrem starken Laserpulsen

•Christoph H. Keitel
Universität Freiburg - Träger des Gustav-Hertz-Preises

Die Licht-Materie Wechselwirkung wird untersucht für Situationen des gemeinsamen Auftretens von extrem starken Kräften in mehrfach und hoch geladenen Ionen und den derzeit intensivsten Laserpulsen. Dabei geht es besonders um das genaue Verständnis der resultierenden relativistischen Quantendynamik im Tunnel- und Multiphotonen Bereich wie um die Optimierung der Erzeugung von hochenergetischen Teilchen und von kohärentem Röntgenlicht. Aspekte der Rolle des Vakuums sowie der Hochenergielaserphysik werden abschliessend angesprochen.

Aufbau und Charakterisierung eines gepulsten, lasergestützten Gas-Targets zur Erzeugung weicher Röntgenstrahlung

•C. Peth, S. Kranzusch und K. Mann
Laser-Laboratorium Göttingen e.V., Hans-Adolf-Krebs-Weg 1, 37077 Göttingen - Träger des Georg-Simon-Ohm-Preises

In der Halbleiterindustrie wird zur Strukturierung von Wafern die optische Projektionslithographie eingesetzt. Die erzielte Auflösung ist dabei proportional zur verwendeten Wellenlänge, so dass immer kurzwelligere Strahlung verwendet werden muss, um kleinere Strukturbreiten und somit leistungsfähigere Schaltkreise herstellen zu können. Stand der Technik ist der Einsatz von Excimer-Lasern mit den Wellenlängen 248nm, 193nm und demnächst 157nm. Strukturbreiten deutlich unter 80nm sind allerdings nur von neuartigen Technologien zu erwarten, von denen die Lithographie im extrem ultravioletten Spektralbereich (8-40nm) derzeit am Aussichtsreisten ist.

Am Laser-Laboratorium Göttingen werden Strahlungsquellen im extremen Ultraviolett auf Basis laserproduzierter Plasmen zur Charakterisierung von Optiken und Sensoren im Wellenlängenbereich von 11 bis 13nm entwickelt. Die Erzeugung von EUV-Strahlung erfolgt dabei durch Fokussierung eines gütegeschalteten Nd:YAG-Lasers in einen gepulsten Gasstrahl. Aufgrund der geringen freien Weglänge der EUV-Strahlung unter Atmosphärendruck wird das laserproduzierte Plasma unter Vakuumbedingungen bei Drücken von unter 10^-5 bar erzeugt. Durch Verwendung der Target-Gase Xenon oder Sauerstoff kann sowohl breit- als auch schmalbandige EUV-Strahlung gewonnen werden. Eine hohe Konversion der einfallenden Laserstrahlung in EUV-Strahlung wird erzielt, wenn der Absorptionsgrad der Laserstrahlung im Targetgas hoch ist. Dazu ist eine hohe Teilchenzahldichte notwendig, deren Verteilung stark von der Düsengeometrie des Gas-Targets und vom Gasdruck abhängt.

Zur Charakterisierung der Gasdichteverteilung wurde die Rayleigh-Streuung von kurzwelligem Laserlicht am Gasstrahl gemessen. Verschiedene Düsen wurden getestet, um die Intensität der EUV-Strahlung sowie die Form, die Abmessungen und die Lagestabilität des Plasmas zu optimieren. Die Charakterisierung des Plasmas hinsichtlich dieser Größen ist auch für eine effiziente Nutzung der EUV-Strahlung durch nachfolgende Optiken von großem Interesse. Die Untersuchung dieser wichtigen Quell-Parameter erfolgte mit einer eigens entwickelten Lochkamera, die nur im Wellenlängenbereich von 7 bis 17nm empfindlich ist. Das Prinzip der Lochkamera wurde verwendet, da eine Abbildung des Plasmas im extrem ultravioletten Spektralbereich mit refraktiven Optiken aufgrund der hohen Absorption der Strahlung in Festkörpern nicht möglich ist. Des Weiteren wurde auch eine drehbare Lochkamera konstruiert, die eine räumliche und winkel-aufgelöste Untersuchung der Abstrahlcharakteristik des Plasmas erlaubt. Mit dieser Kamera wurde eine starke azimutale Anisotropie der EUV-Strahlung festgestellt. Der Vergleich dieser Ergebnisse mit Messungen der Rayleigh-Streuung am Gasstrahl lieferte die Daten für ein semi-empirisches Modell, das die Anisotropie der Plasmaemission aufgrund von Reabsorption der Strahlung im Targetgas erklärt.

Die Entwicklung von Galaxien auf kosmologischen Zeitskalen

•Uta Fritze - v. Alvensleben
Universitätssternwarte Göttingen - Trägerin des Hertha-Sponer-Preises

Bodengebundene Grossteleskope der 10m-Klasse und das Weltraumteleskop Hubble zeigen uns die überwältigende Vielfalt naher Galaxientypen in grossem Detail und extrem ferne Galaxien in schnell wachsender Zahl. Informationen im Optischen, NIR, Submm- und Radiobereich werden ergänzt durch Satellitenbeobachtungen im UV-, Röntgen- und IR-Bereich. Tiefe Surveys zeigen uns Galaxien über einen gigantischen Entfernungsbereich und in Entwicklungszuständen, die vom Beginn ihrer ersten Sternentstehung bis zu heutigen Altern reichen, jedoch immer nur in Momentaufnahmen. Informationen über Entwicklungszusammenhänge und Antworten auf die Frage, wie in der zur Verfügung stehenden Zeit aus einem sehr homogenen Urplasma die heute beobachtete Vielfalt an Galaxien entstehen konnte, können aus diesen Beobachtungen nur durch Vgl. mit detaillierten Modellen zur Galaxienentstehung und -entwicklung gewonnen werden. Diese Modelle müssen Physik und Chemie des Gases, Staub, den Prozess der Sternentstehung und die individuelle Entwicklung von Sternen berücksichtigen, sowohl die spektralen als auch die chemischen Eigenschaften der Stern-Gas-Gemische, wie sie über hochaufgelöste Spektroskopie beobachtet werden können, über möglichst grosse Wellenlängenbereiche beschreiben und kosmologische Effekte berücksichtigen. Während die ersten Modelle jeweils einen der 3 Aspekte der Galaxienentwicklung behandelten, versuchen wir heute, die chemische, spektrale und dynamische Entwicklung, die - wie viele Beobachtungen zeigen - eng miteinander verflochten sind, in konsistenter Weise gemeinsam zu modellieren, die Wechselwirkung von Galaxien untereinander und mit ihrer Umgebung zu berücksichtigen und die Galaxienentwicklung in kosmologische Strukturbildungsszenarien einzubetten.

The Evolution of Galaxies on Cosmological Timescales

Groundbased 10m class telescopes and the Hubble Space Telescope show us the overwhelming variety of nearby galaxies in great detail as well as extremely distant galaxies in rapidly increasing numbers. Optical, NIR, submm, and radio data are supplemented by satellite observations at UV, X-ray and IR wavelengths. Deep surveys show galaxies over a gigantic range of distances and in evolutionary stages ranging from the onset of star formation all through today's ages. However, they can only show a status quo. Information about evolutionary links and an answer to the question how the presently observed variety of galaxies can have formed out of the very homogeneous plasma in the early Universe can only be obtained from a comparison of these observations with detailed models describing the formation and evolution of galaxies. These models must account for the physical conditions and chemical composition of the gas and dust, describe the process of star formation and the individual evolution of all the stars. They have to describe the spectral as well as the chemical properties of the mixture of stars and gas, which is accessible to high resolution spectroscopy, cover a large wavelength range and include cosmological effects. While the first galaxy evolution models could only describe either of the three aspects of galaxy evolution, we try today to model the spectral, chemical and dynamical evolution aspects in a consistent way as observations indicate how intimately they are coupled. Interactions among galaxies as well as between galaxies and their environment are investigated and galaxy evolution is beginning to be embedded into the larger framework of cosmological structure formation scenarios.

Stimulierte Raman-Streuung mit adiabatischer Passage: Neue Möglichkeiten bei der Manipulation von Atomen und Molekülen durch Laserstrahlung

•Klaas Bergmann
Fachbereich Physik der Universität, 67663 Kaiserslautern - Träger des Robert-Wichard-Pohl-Preises

Die seit etwa 1990 entwickelte Technik der stimulierten Raman-Streuung mit adiabatischer Passage (STIRAP) [1,2] erlaubt vollständigen Transfer der Besetzung eines Quantenzustandes QZ1 in einen anderen Quantenzustand QZ3 oder eine kohärente Überlagerung von Zuständen. Wesentliches Element dieses Prozesses ist eine resonante oder nahezu resonante Kopplung der langlebigen QZ1 und QZ3 jeweils durch einen 1-Photonen-Prozess an einen Zwischenzustand QZ2. Letzterer Zustand hat in der Regel eine Lebensdauer t der Größenordnung 10 ns und kann in eine Vielzahl von Niveaus zerfallen. Wenn jedoch die Frequenz der Photonen der beiden Laser die 2-Photonen-Resonanz für den Übergang von QZ1 nach QZ3 erfüllt, und wenn die Laser zeitlich in geeigneter Weise verzögert auf das Atom oder Molekül einwirken, ist vollständiger Besetzungstransfer von QZ1 nach QZ3 möglich, auch wenn die beiden Strahlungsfelder in Resonanz mit dem Übergang nach QZ2 sind. Der Verlust durch Emission aus QZ2 in andere Niveaus wird unterbunden; auch dann, wenn die Wechselwirkungsdauer wesentlich länger als t ist. Die Physik, welche diesem erstaunlichen Phänomen zugrunde liegt, sowie der enge Zusammenhang mit den sog. Dunkelresonanzen und dem Prozess der elektromagnetisch induzierten Transparenz, soll ebenso erläutert werden, wie die vielfältigen inzwischen realisierten Varianten von STIRAP und deren Anwendung in der Streuphysik, der Atom- und Quantenoptik sowie der Festkörperphysik.

[1] U. Gaubatz, P. Rudecki, S. Schiemann, and K. Bergmann, Population Transfer Between Molecular Vibrational Levels by Stimulated Raman Scattering with Partially Overlapping Laser: A New Concept and Experimental Results J. Chem. Phys. 92, 5363-5376 (1990)

[2] N.V. Vitanov, M. Fleischhauer, B.W. Shore, and K. Bergmann, Coherent Manipulation of Atoms and Molecules by Sequential Pulses in: Advances of Atomic, Molecular, and Optical Physics, 46, 55 - 190 (2001) (eds. B.Bederson, H.Walther, Academic Press)

Ultrakalte Quantengase - die kälteste Materie im Universum

•Wolfgang Ketterle
MIT, Cambridge, Massachusetts, USA - Öffentlicher Abendvortrag

Was passiert, wenn ein Gas bis zum absoluten Nullpunkt abgekühlt wird? Es öffnet sich ein neues Fenster in die Quantenwelt, da alle Atome beginnen, „im Gleichschritt zu marschieren“, sie bilden eine riesige Materiewelle das Bose-Einstein-Kondensat. Dieses Phänomen wurde 1925 von Albert Einstein vorhergesagt, aber erst 1995 beobachtet. Diese neue Form von Materie hat bemerkenswerte Eigenschaften. Die Atome verhalten sich wie eine Lichtwelle im optischen Laser - dies hat zur Entwicklung von Atomlasern geführt, intensiven Quellen von kohärenten Materiewellen, und auch zur Beobachtungg von Superfluidität und quantisierten Vortices.

Laserspektroskopie molekularer Cluster

•Klaus Müller-Dethlefs
Chair of Physical Chemistry, Department of Chemistry, The University of York, Heslington, York, YO10 5DD, Großbritannien

Molekulare Cluster, produziert im Überschall-Molekülstrahl, sind ideale Modellsysteme zur Untersuchung nicht-kovalenter Wechselwirkunken, die für die Struktur und Dynamik komplexer Systeme, wie Flüssigkeiten und Biomoleküle, von entscheidender Bedeutung sind. Die intermolekularen Van der Waals und Wasserstoffbrückenbindungen und die intermolekularen Schwingungen können in molekularen Clustern präzise und aussagekräftig mit modernen Methoden der optischen Laserspektroskopie untersucht werden. In den letzten zwei Jahrzehnten wurden große Fortschritte mit der resonanten Mehrphotonenionisation (REMPI), der Zero Electron Kinetic Energy (ZEKE) Photoelektronenspektroskopie, der UV oder IR Lochbrennspektroskopie sowie, neben der Mikrowellenspektroskopie, mit der Terahertz und IR Spektroskopie erzielt. Diese experimentellen Fortschritte wurden begleitet von immensen Fortschritten quantenmechanischer ab initio Methoden zur Berechnung von Potentialflächen, die heute aussagekräftige Ergebnisse auch für größere Cluster liefern. Der Plenarvortrag zeigt an verschiedenen Beispielen auf, wie die experimentelle und theoretische Methodenentwicklung zu einem wesentlich besseren Verständnis molekularer Cluster bis hin zu großen mikrosolvatierten Biomolekülen geführt hat und wie diese Ergebnisse auf noch komplexere Systeme angewendet werden können.

[1] C. E. H. Dessent and K. Müller-Dethlefs, Hydrogen-Bonding and Van der Waals Complexes Studied by ZEKE and REMPI Spectroscopy Chem. Rev. 100, 3999 (2000)

[2] K. Müller-Dethlefs and P. Hobza, Non-covalent Interactions: A Challenge to Experiment and Theory Chem. Rev. 100, 143 (2000)

Klimawandel und Wetterextreme

•Hartmut Graßl ^1,2
1Meteorologisches Institut, Universität Hamburg
²Max-Planck-Institut für Meteorologie, Bundesstr. 55, D-20146 Hamburg

Der beobachtete Klimawandel führt unweigerlich zu veränderter Klimavariabilität, die in den großen Abweichungen vom langjährigen Mittelwert die Wetterextreme enthält. Da die Menschheit den Klimawandel wesentlich verursacht und höchstwahrscheinlich beschleunigt, muss unsere Infrastruktur neu geschützt werden. Nach einer Darstellung beobachteter Klimavariabilität, von deren Trends und deren hochgerechneter Veränderung, werden Hinweise für einen verbesserten Schutz vor Wetterextremen gegeben, die lokales Anpassen und globale Abwehr vereinen.

Wie macht man das Fluoreszenzmikroskop schärfer? Fernfeldmikroskopie jenseits der Abbe-Grenze

•Stefan W. Hell
MPI Biophysikalische Chemie, Göttingen

Seit Ernst Abbes Arbeiten gilt gemeinhin, daß in einem fokussierenden Lichtmikroskop keine Auflösungen von besser als einer halben Wellenlänge, erzielt werden können. In einem konfokalen Mikroskop, dem zur Zeit schärfsten Standard-Lichtmikroskop, erreicht man bestenfalls Auflösungen von 150 nm in der Fokalebene und von 500 nm entlang der optischen Achse. Enger benachbarte Objekte können nicht mehr als getrennt wahrgenommen werden. Die Beugungsgrenze ist für die biologische Grundlagenforschung besonders nachteilig, weil nur fokussiertes, sichtbares Licht das Innere lebender Zellen abbilden kann. Wir berichten über physikalische Konzepte, die eine fundamentale Steigerung der Auflösung in der - für die Biologie sehr wichtigen - Fluoreszenzmikroskopie ermöglichen. Wir erläutern die physikalischen Effekte, die zur Überlistung der Beugungsgrenze führen, und zeigen erste Experimente zur Fluoreszenzmikroskopie mit 30-50 nm Auflösung, entsprechend etwa einem Zwangzigstel der Wellenlänge.

Reducing Stockpiles and Use of Highly-Enriched Uranium

•Frank von Hippel
Program on Science and Global Security, Princeton University, USA

It would be relatively easy for terrorists to make a nuclear explosive out of highly-enriched uranium (HEU, containing more than 20% U-235) - especially out of weapon-grade uranium (WgU, > 90% U-235). Because of very low spontaneous neutron production in metallic uranium, it is possible to assemble a supercritical mass of 50-100 kg of WgU with a simple gun-type design with a low probability of a premature start of the fission chain reaction.

About 1000 t of WgU have become excess as a result of the down-sizing of the Russian and U.S. nuclear arsenals. The U.S. has agreed to purchase 500 t from Russia after dilution to the 4-5% U-235 mixture used in power-reactor fuel. About 200 t of excess U.S. HEU is being blended down for such use. The U.S. is putting most of its own excess WgU in storage, however, for future use in naval-reactor fuel.

While most of the world's HEU is in nuclear weapons and associated facilities, tens of tons exist in about 100 civilian research institutes worldwide where security is typically weak. Retrieval of the spent HEU fuel at these facilities - and of the fresh HEU fuel of shut-down facilities - and conversion of still-operating facilities to low-enriched uranium (LEU) should be among the most urgent tasks for our anti-terrorist efforts.

A final focus should be on converting naval and Russian ice-breaker reactors to LEU. At least some of France's nuclear submarines already use LEU.

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Zuletzt geändert am 08.04.2003

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