Kompakte und günstige Teilchenbeschleuniger mit Lasern
Laser- und Plasmaphysik: Publikation in Nature Communications
30.05.2016 – Ein vielversprechender Entwicklungsweg hin zu kompakten Teilchenbeschleunigern ist der Einsatz von laserinduzierten Plasmen. Wissenschaftler aus Deutschland, dem Vereinigten Königreich und Italien gelang bei Experimenten in Düsseldorf ein wichtiger Schritt in diese Richtung. Die Ergebnisse publizierten sie in der Online-Zeitschrift Nature Communications.
Teilchenbeschleuniger werden nicht nur für die Hochenergiephysik an großen Beschleunigerzentren wie dem CERN in Genf eingesetzt. Sie gewinnen zusehends größere Bedeutung auch in der Materialforschung und vor allem in der Medizin. Gerade für den medizinischen Einsatz wie etwa für die Krebstherapie mit Protonen- und Ionenstrahlen sind möglichst kompakte und kostengünstige Geräte gefragt, die auch in normalen Kliniken betrieben werden können.
Ein vielversprechender Ansatz für solche kompakten Anlagen ist die Teilchenbeschleunigung mit Plasmen, die von hochenergetischen Lasern erzeugt werden. Dabei wird mit einem Laser eine Folie beschossen, die dabei verdampft und deren Bestandteile ionisiert werden, sich also in negativ geladene Elektronen und die positiv geladenen Atomkerne aufspalten. Gleichzeitig bildet sich dabei ein Plasma, in welchem der Laser elektrische Felder erzeugt, die die positiven Ionen beschleunigen.
Prof. Dr. Oswald Willi vom Institut für Laser- und Plasmaphysik der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf hat zusammen mit internationalen Kollegen in seinem Düsseldorfer Labor einige wichtige experimentelle Schritte für einen miniaturisierten Laser-Beschleuniger gemacht. Sie entwickelten einen Spulenaufbau, mit dem die Laser-getriebenen Ionen fokussiert werden können, gleichzeitig in ihrer Energie selektiert und danach weiter beschleunigt werden. Sie erreichen dabei Beschleunigungsleistungen, die weit über klassischen Teilchenbeschleunigern liegen: Mit einem intensiven Laserpuls wird ein elektromagnetischer Puls mit einem Beschleunigungsgradienten von bis zu 0,5 GeV pro Meter erzeugt. Insbesondere werden Protonen auf etwa 10 MeV in einer nur Zentimeter langen Spule beschleunigt – sehr gute Voraussetzungen für Protonenbeschleuniger für die Medizin.
Originalpublikation
S. Kar, H. Ahmed, R. Prasad, M. Cerchez, S. Brauckmann, B. Aurand, G. Cantono, P. Hadjisolomou, C. Lewis, A. Macchi, G. Nersisyan, A. Robinson, A. Schroer, M. Swantusch, M. Zepf, O. Willi & M. Borghesi, „Guided post-acceleration of laser-driven ions by a miniature modular structure“, Nature Comm. 7,10792 (2016)
DOI: 10.1038/ncomms10792
Kontakt
Prof. Dr. Oswald Willi
Institut für Laser- und Plasmaphysik
Tel.: 0211 – 81 12157
E-Mail: oswald.willi@laserphy.uni-duesseldorf.de
Dr.rer.nat. Arne Claussen
Stabsstelle Kommunikation
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40225 Düsseldorf
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