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Kompaktlaser produziert helle Röntgenstrahlen

EU-finanzierte Wissenschaftler entwickelten über eine Kombination von Methoden aus den Bereichen Oberschwingungserzeugung (high-harmonic generation, HHG) und Elektronenbeschleunigung erfolgreich eine kompakte kohärente Lichtquelle, die ultraschnelle Röntgenstrahlenimpulse produziert.
Kompaktlaser produziert helle Röntgenstrahlen
Ein Kielfeld-Laserbeschleuniger (Laser Wakefield Acceleration, LWFA) ist ideal für die Entwicklung von Gigaelektronvoltbeschleunigern (GeV) für die Tischoberfläche geeignet, die über nur wenige Femtosekunden sehr helle Elektronenstrahlen erzeugen. Diese Beschleuniger nutzen die großen elektrostatischen Wirbel, die intensive Plasma durchquerende optische Impulse zurücklassen. Das elektrische Feld in der Plasmawelle kann bis zu 100 GeV/m stark sein und liegt somit mehrere Größenordnungen oberhalb der Größenordnung der konventionellen Beschleunigertechnologie.

Im Gegensatz dazu sind für die Oberschwingungserzeugung weitaus geringere elektrische Laserfelder erforderlich. Ein Ziel (Gas) wird mit einem relativ starken Laserimpuls beleuchtet und emittiert die Oberschwingung des Erzeugungsstrahls.

Im Zuge des EU-finanzierten Projekts NOVELXSOURCE (Construction and optimization of a novel, ultra-compact, ultra-fast hard X-ray coherent source), kombinierten Wissenschaftler beide Mechanismen (LWFA und HHG) zur Produktion harter Röntgenstrahlen.

Mithilfe des neu entwickelten Lasersystems wurden zunächst über den LWFA-Mechanismus relativistische Elektronen erzeugt und Oberschwingungsphotonenstrahlen durch das Zielgas produziert. Über die Ausbreitung der beiden Strahlen in entgegengesetzter Richtung erzeugte das Team erfolgreich eine ultrakompakte, ultraschnelle kohärente Quelle für Hochenergie-Röntgenstrahlen.

Eine solche Quelle in Tischoberflächengröße bietet zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten, die von der Beprobung heißer, dichter Materie zur hochauflösenden, ultraschnellen medizinischen Bildgebung reichen. Die Elektronenstrahlen von NOVELXSOURCE wurden auf Energien in der Größenordnung von 2 GeV beschleunigt. Dies stellt einen europäischen Rekord dar. Diese hochenergetischen Elektronen ermöglichten eine Abbildung großer biologischer Proben in bislang unerreichter Hochauflösung.

Verwandte Informationen

Fachgebiete

Scientific Research

Schlüsselwörter

Röntgenstrahlen, ultraschnell, Oberschwingungserzeugung, Kielfeld-Laserbeschleuniger, NOVELXSOURCE
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