Forscher zeigen mit Berechnungen, dass kompakte Laser-Plasma-Beschleuniger möglich sind
Ultrakurze Pulse aus kohärentem Röntgenlicht sind ein fantastisches Mittel, um Einsichten in atomare oder molekulare Reaktionen zu gewinnen. In Freien-Elektronen-Lasern können solche Pulse im Femtosekundenbereich (10 -15 sek) erzeugt werden. Doch bislang sind dafür enorme Beschleuniger nötig, die nur an wenigen Großforschungseinrichtungen der Welt zur Verfügung stehen. An einer kompakteren Alternative arbeitet Dr. Atoosa Meseck vom HZB-Institut für Beschleunigerphysik mit Kollegen aus dem HZB und anderen Forschungseinrichtungen. Nun haben sie einen Bauplan für eine kompakte Quelle für kohärente kurzwellige Strahlung entworfen und berechnet. Dieses Ergebnis veröffentlichten sie in der Fachzeitschrift "Physical Review".
Das Prinzip klingt ganz einfach: In einem heißen Plasma erzeugt ein Laserstrahl „Wellen“, die die Elektronen bis auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigen. Allerdings erhalten die so beschleunigten Elektronen damit unterschiedlich viel Energie, so dass dieRöntgenpulse, die sie abgeben, nicht kohärent sind.
Andreas Maier vom CFEL bei DESY hat nun mit Meseck und weiteren Kollegen berechnet, wie dieses Problem gelöst werden könnte: Der Schlüssel steckt in der Anordnung der so genannten Undulatoren. Diese Undulatoren bestehen aus einer Reihe von Dipolmagneten, die die Elektronen auf eine Art Slalombahn zwingen. Durch die geschickte Wahl der Abstände und Feldstärken dieser Geräte sowie durch ein geeignetes Elektronenstrahlführungssystem lässt sich die lokale Energiebandbreite deutlich verringern, so dass die Elektronen nahezu gleiche Energie besitzen und kohärente Röntgenpulse abgeben. Damit haben die Beschleunigerexperten einen Weg zu einem kompakten „Freie-Elektronen-Laser“ aufgezeigt.
„Wir verfolgen die Idee eines Laser-getriebenen Plasma-Beschleunigers schon seit einigen Jahren, zuerst sind wir dafür fast ausgelacht worden. Daher bin ich ganz stolz, dass nun auch andere Experten erkennen, dass dies eine durchaus interessante Idee und wie ich glaube, auch eine machbare Idee ist“, sagt Atoosa Meseck. Auf die Ergebnisse einer experimentellen Arbeitsgruppe, die diese Idee nun überprüfen wird, sind alle Beteiligten sehr gespannt.
Mehr Informationen:
http://prx.aps.org/abstract/PRX/v2/i3/e031019
- BESSY II: Phosphorketten – ein 1D-Material mit 1D elektronischen EigenschaftenErstmals ist es einem Team an BESSY II gelungen, experimentell eindimensionale elektronische Eigenschaften in einem Material nachzuweisen. Die Proben bestanden aus kurzen Ketten aus Phosphoratomen, die sich auf einem Silbersubstrat selbst organisiert in bestimmten Winkeln bilden. Durch eine raffinierte Auswertung gelang es, die Beiträge von unterschiedlich ausgerichteten Ketten voneinander zu trennen und zu zeigen, dass die elektronischen Eigenschaften tatsächlich einen eindimensionalen Charakter besitzen. Berechnungen zeigten darüber hinaus, dass ein spannender Phasenübergang zu erwarten ist. Während das Material aus einzelnen Ketten halbleitend ist, wäre eine sehr dichte Kettenstruktur metallisch.
- Was vibrierende Moleküle über die Zellbiologie verratenMit Infrarot-Vibrationsspektroskopie an BESSY II lassen sich hochaufgelöste Karten von Molekülen in lebenden Zellen und Zellorganellen in ihrer natürlichen wässrigen Umgebung erstellen, zeigt eine neue Studie von einem Team aus HZB und Humboldt-Universität zu Berlin. Die Nano-IR-Spektroskopie mit SNOM an der IRIS-Beamline eignet sich, um winzige biologische Proben zu untersuchen und Infrarotbilder der Molekülschwingungen mit Nanometer-Auflösung zu erzeugen. Es ist sogar möglich, 3D-Informationen, also Infrarot-Tomogramme, aufzuzeichnen. Um das Verfahren zu testen, hat das Team Fibroblasten auf einer hochtransparenten SiC-Membran gezüchtet und in vivo untersucht. Die Methode ermöglicht neue Einblicke in die Zellbiologie.
- Verleihung des Technologietransfer-Preises 2025Die Verleihung des Technologietransfer-Preises wird am 13. Oktober um 14 Uhr im Hörsaal des BESSY-II-Gebäudes in Adlershof stattfinden.