Strahldiagnostik für zukünftige Beschleuniger im Tischformat

Aus den Interferenzmustern bei unterschiedlichen Brennweiten und Photonenintensitäten lassen sich Aussagen über die Qualität des Strahls gewinnen.

Aus den Interferenzmustern bei unterschiedlichen Brennweiten und Photonenintensitäten lassen sich Aussagen über die Qualität des Strahls gewinnen. © www.nature.com/articles/s42005-021-00717-x

Die Simulation zeigt das Prinzip eines Laser-Wakefield-Beschleunigers: Der Laserpuls (nicht abgebildet) bewegt sich nach rechts und verdrängt alle Plasmaelektronen aus seiner Bahn. Dabei erzeugt er Blasen aus positiv geladenen Ionen, deren starke elektrische Felder Elektronen anziehen und beschleunigen, während sie mit dem Laserpuls mitfliegen.

Die Simulation zeigt das Prinzip eines Laser-Wakefield-Beschleunigers: Der Laserpuls (nicht abgebildet) bewegt sich nach rechts und verdrängt alle Plasmaelektronen aus seiner Bahn. Dabei erzeugt er Blasen aus positiv geladenen Ionen, deren starke elektrische Felder Elektronen anziehen und beschleunigen, während sie mit dem Laserpuls mitfliegen. © Joshua Ludwig, cc 4.0 wikimedia.org/wiki/File:Frame_000000100_extra_terrible_resolution.png

Seit Jahrzehnten wurden Teilchenbeschleuniger immer größer. Inzwischen haben Ringbeschleuniger mit Umfängen von vielen Kilometern eine praktische Grenze erreicht. Auch Linearbeschleuniger im GHz-Bereich erfordern sehr große Baulängen. Seit einigen Jahren gibt es jedoch eine Alternative: „Teilchenbeschleuniger im Tischformat“, die auf der Laseranregung von Kielwellen in Plasmen (laser wakefield) basieren. Solche kompakten Teilchenbeschleuniger wären insbesondere für künftige beschleunigergetriebene Lichtquellen interessant, werden aber auch für die Hochenergiephysik untersucht. Ein Team aus dem Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) und der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) hat eine Methode entwickelt, um den Querschnitt der so beschleunigten Elektronenpakete präzise zu vermessen.  Dadurch rücken Anwendungen dieser neuen Beschleunigertechnologien für Medizin und Forschung näher.

Das Prinzip der Laser-Wakefield-Beschleuniger: Ein Hochleistungslaser regt in einem Plasma eine Ladungswelle an, die sich mit der Geschwindigkeit des Laserpulses fortpflanzt und ihrem „Kielwasser“ Elektronen hinterherzieht und so beschleunigt. Elektronenenergien im GeV-Bereich können mit dieser Technik schon seit längerem erreicht werden. Allerdings sind die so erzeugten Elektronenpakete bisher zu klein und zu schlecht fokussiert, um die von ihnen abgegebene Synchrotronstrahlung zu nutzen, ein intensives, kohärentes Licht, das für die Forschung in vielen unterschiedlichen Disziplinen eingesetzt wird.

Anmerkung:

Die hier geschilderte Arbeit findet im Rahmen des Projekts ATHENA – „Accelerator Technology Helmholtz Infrastructure“ statt.  Das ist eine neue Forschungs- und Entwicklungsplattform der Helmholtz-Gemeinschaft für Beschleunigertechnologien. Auf Grundlage innovativer plasmabasierter Teilchenbeschleuniger und hochmoderner Lasertechnologie sollen zwei Leuchtturmprojekte aufgebaut werden: bei DESY in Hamburg eine Elektronen- und in Dresden eine Hadronenbeschleunigeranlage. An beiden Anlagen sollen verschiedener Einsatzgebiete entwickelt werden, die von einem kompakten Freie-Elektronen-Laser über neuartige medizinische Anwendungen bis hin zu neuen Einsatzmöglichkeiten in Kern- und Teilchenphysik reichen.

arö

Das könnte Sie auch interessieren

  • Magnetische Nanopartikel in biologischen Trägern einzeln charakterisiert
    Science Highlight
    17.05.2022
    Magnetische Nanopartikel in biologischen Trägern einzeln charakterisiert
    Magnetische Nanostrukturen sind vielversprechende Werkzeuge für medizinische Anwendungen. Eingebaut in biologische Vehikel, lassen sich diese dann durch externe Magnetfelder an ihren Einsatzort im Körper steuern, wo sie Medikamente freisetzen oder Krebszellen zerstören können. Dazu ist jedoch die genaue Kenntnis der magnetischen Eigenschaften solcher Nanoteilchen nötig. Bisher konnten solche Informationen nur gemittelt über tausende Nanopartikel gewonnen werden. Nun hat ein Team am HZB eine Methode entwickelt, um die charakteristischen Parameter jedes einzelnen magnetischen Nanopartikels zu bestimmen.
  • Hochrangige Delegation aus Brasilien zu Besuch am HZB
    Nachricht
    17.05.2022
    Hochrangige Delegation aus Brasilien zu Besuch am HZB
    Das HZB hat am 16. Mai 2022 eine Delegation des brasilianischen Ministeriums für Wissenschaft, Technologie und Innovation (MCTI). Der Vize-Forschungsminister Sergio Freitas de Almeida zeigte sich bei seinem Rundgang beeindruckt von den vielfältigen Forschungsaktivitäten des HZB, um die Umstellung auf eine klimaneutrale Energieversorgung in der Gesellschaft voranzutreiben.
  • Royaler Besuch aus Schweden am HZB
    Nachricht
    16.05.2022
    Royaler Besuch aus Schweden am HZB

    Der König Carl XVI. Gustaf von Schweden sowie eine Gruppe Unternehmenslenker großer Konzerne wie Ericsson, Nordholt, Vattenfall, ABB, Schneider Electric und schwedische Vertreter aus dem öffentlichen Sektor und der Wissenschaft besuchten am 11. Mai 2022 den Technologiepark Adlershof.