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
- Helmholtz-Nachwuchsgruppe zu MagnonenDr. Hebatalla Elnaggar baut am HZB eine neue Helmholtz-Nachwuchsgruppe auf. An BESSY II will die Materialforscherin sogenannte Magnonen in magnetischen Perowskit-Dünnschichten untersuchen. Sie hat sich zum Ziel gesetzt, mit ihrer Forschung Grundlagen für eine zukünftige Terahertz-Magnon-Technologie zu legen: Magnonische Bauelemente im Terahertz-Bereich könnten Daten mit einem Bruchteil der Energie verarbeiten, die moderne Halbleiterbauelemente benötigen, und das mit bis zu tausendfacher Geschwindigkeit.
Dr. Hebatalla Elnaggar will an BESSY II magnetische Perowskit-Dünnschichten untersuchen und damit die Grundlagen für eine künftige Magnonen-Technologie schaffen.
- Die Zukunft der Korallen – Was Röntgenuntersuchungen zeigen könnenIn diesem Sommer war es in allen Medien. Angetrieben durch die Klimakrise haben nun auch die Ozeane einen kritischen Punkt überschritten, sie versauern immer mehr. Meeresschnecken zeigen bereits erste Schäden, aber die zunehmende Versauerung könnte auch die kalkhaltigen Skelettstrukturen von Korallen beeinträchtigen. Dabei leiden Korallen außerdem unter marinen Hitzewellen und Verschmutzung, die weltweit zur Korallenbleiche und zum Absterben ganzer Riffe führen. Wie genau wirkt sich die Versauerung auf die Skelettbildung aus?
Die Meeresbiologin Prof. Dr. Tali Mass von der Universität Haifa, Israel, ist Expertin für Steinkorallen. Zusammen mit Prof. Dr. Paul Zaslansky, Experte für Röntgenbildgebung an der Charité Berlin, untersuchte sie an BESSY II die Skelettbildung bei Babykorallen, die unter verschiedenen pH-Bedingungen aufgezogen wurden. Antonia Rötger befragte die beiden Experten online zu ihrer aktuellen Studie und der Zukunft der Korallenriffe.
- Energie von Ladungsträgerpaaren in Kuprat-VerbindungenNoch immer ist die Hochtemperatursupraleitung nicht vollständig verstanden. Nun hat ein internationales Forschungsteam an BESSY II die Energie von Ladungsträgerpaaren in undotiertem La₂CuO₄ vermessen. Die Messungen zeigten, dass die Wechselwirkungsenergien in den potenziell supraleitenden Kupferoxid-Schichten deutlich geringer sind als in den isolierenden Lanthanoxid-Schichten. Die Ergebnisse tragen zum besseren Verständnis der Hochtemperatur-Supraleitung bei und könnten auch für die Erforschung anderer funktionaler Materialien relevant sein.