Wissenschaftlern am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf ist es gelungen, bei der Beschleunigung von Laserplasmen große Fortschritte zu erzielen. Mithilfe einer innovativen Methode gelang es ihnen, die Protonenenergie von etwa 80 MeV auf 150 MeV zu erhöhen. Damit übertraf dieser Erfolg den bisherigen Protonenbeschleunigungsrekord deutlich und ermöglicht es kleinen Lasergeräten, Energieniveaus zu erreichen, die bisher nur in größeren Anlagen verfügbar waren. Die neuesten Forschungsergebnisse dürften die Entwicklung der Medizin und der Materialwissenschaften voranbringen. Der entsprechende Artikel wurde am 13. in der Fachzeitschrift Nature Physics veröffentlicht.
Im Vergleich zu herkömmlichen Beschleunigern sind Laserplasmabeschleuniger nicht auf starke Radiowellen angewiesen, um Teilchen anzutreiben, sondern nutzen Laser zur Beschleunigung der Teilchen. Allerdings befindet sich diese Technologie derzeit noch in der Forschungsphase, und nur wenige ultragroße Lasersysteme auf der Welt können Protonen auf ein Energieniveau von 100 Megaelektronenvolt beschleunigen.
Um mit kleineren Lasergeräten und kürzeren Pulsen ähnlich hohe Beschleunigerenergien zu erreichen, habe man sich die Eigenschaften von Laserblitzen zunutze gemacht, sagte Forschungsleiter Tim Ziegler. Das heißt, ein kleiner Teil des Lasers ist wie ein „Präventivlauf“, der eine Reihe komplexer Beschleunigungsmechanismen in einer speziellen Kunststofffolie auslöst. Dadurch wird die Protonenbeschleunigungsenergie des DRACO genannten Lasers deutlich verbessert.
Die Ergebnisse zeigen, dass der bisherige Rekord der Protonenbeschleunigungsenergie des DRACO-Lasers bei etwa 80 Megaelektronenvolt lag und nun 150 Megaelektronenvolt erreichen kann, also fast das Doppelte des ursprünglichen Wertes. Darüber hinaus weist der beschleunigte Teilchenstrahl die hervorragenden Eigenschaften hoher Energie und gleichmäßiger Bewegung auf.
Das Forschungsteam ist davon überzeugt, dass dieser Durchbruch kleinen Laserplasmabeschleunigern eine wichtige Rolle im medizinischen Bereich, insbesondere bei präzisen Tumorbehandlungsprogrammen, ermöglichen wird. Derzeit verlassen sich Ärzte bei derartigen Forschungen hauptsächlich auf große therapeutische Beschleuniger. Bestehende große Beschleuniger verbrauchen viel Strom, während Laserplasmabeschleuniger möglicherweise wirtschaftlicher sind. Laserblitze können auch zur Erzeugung kurzer und intensiver Neutronenimpulse verwendet werden, die für die wissenschaftliche und technologische Entwicklung sowie die Materialanalyse von großer Bedeutung sind.
Ziegler sagte, sie hoffen, mit anderen Laboren zusammenarbeiten zu können, um die Beschleunigung präziser zu steuern und in Zukunft eine Protonenbeschleunigungsenergie von über 200 Megaelektronenvolt zu erreichen.
