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News: Im Kielwasser des Lichtes surfen

Teilchenbeschleuniger gehören mit ihren Ausdehnungen über mehrere Kilometer zu den größten wissenschaftlichen Apparaten. Zu den Giganten gesellt sich möglicherweise demnächst ein Tischgerät, das mit starkem Laserlicht Plasmawellen erzeugt, auf denen Elektronen zu höheren Geschwindigkeiten surfen. Bisher existiert allerdings nur ein Prototyp.
Das grundlegende Prinzip des Minibeschleunigers wird als wakefield effect bezeichnet: Ein Laserstrahl erzeugt bei der Ionisation eines Gases darin eine Bugwelle. François Amiranoff und seine Kollegen von der École Politechnique in Palaiseau, Frankreich, nutzten diese Welle, indem sie Elektronen mit einer Energie von drei Millionen Elektronenvolt in das Plasma injizierten. Erwischte eines der Elektronen den richtigen Teil der Welle, wurde es von dieser mitgetragen und beschleunigt (Physical Review Letters vom 3. August 1998, Abstract).

Um die Beschleunigung zu messen, lenkten die Forscher die Elektronen mit einem starken Magnetfeld ab. Die schnellsten und damit energiereichsten Elektronen hatten gerade 50 Prozent Energie dazugewonnen – nur ein Millionstel der Beschleunigung in einer großen Anlage. In dem Prototyp wird das Laserlicht bereits nach wenigen Millimetern vom Plasma gestreut. Der Ritt im Kielwasser ist folglich viel zu kurz, um die Elektronen wirklich zu großen Geschwindigkeiten zu tragen. "Wenn wir die Energie erhöhen wollen, müssen wir ... Wege finden, um die Laserstrahlen im Plasma zu führen und so fokussiert zu halten", sagt Amiranoff.

Sollten die Wissenschaftler damit Erfolg haben, könnten eines Tages Tisch-Teilchenbeschleuniger Elektronen auf Zielmaterialien prallen lassen, um energiereiche Röntgenstrahlung für medizinische und wissenschaftliche Anwendungen herzustellen, glaubt Amiranoff. Die heutigen Riesengeräte werden sie aber so bald nicht ersetzen können.

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