Forscher*innen des Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf ist ein Meilenstein in der Geschichte der Physik gelungen. Sie haben eine neuen neuen kompakten Laser-Plasmabeschleuniger entwickelt, der eine solche Menge an Energie hervorbringt, wie keine vergleichbare Anlage jemals zuvor. Damit haben sie einen neuen Weltrekord aufgestellt.

Physik: Laser stellt Energierekord auf

Denn das deutsche Forschungsteam hat mit ihrem neu entwickelten Plasmabeschleuniger entwickelt, Protonen bis auf Energie von 150 Megaelektronenvolt gebracht. Das Besondere ist zudem das kleine und kompakte Design des Lasers. Denn solche Werte erreichten bisher selbst größere und stärkere Anlagen nicht. 

Die energie- und platzsparende Form des Lasers eröffnet damit neue Möglichkeiten, solche Beschleuniger in der auch in der Medizin und Materialwissenschaft einzusetzen, wie das Forschungsteam im Fachjournal Nature Physics erst kürzlich veröffentlichte. Denn zuvor waren Forscher*innen in der Physik für die Teilchenbeschleunigung auf kilometergroße Anlagen und starke Magnete angewiesen. Diese wurden benötigt um sehr starke Radiowellen zu erzeugen, die dann eine sehr hohe Menge an Energie hervorbringen sollten. Doch die Wissenschaftler*innen aus Dresden haben dafür auf eine gänzlich neue Methode gesetzt.

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Neue Methode könnte in Krebsbehandlung eingesetzt werden

Denn statt Teilchen durch starke Radiowellen auf Touren zu bringen, nutzt die neue Technologie Laser zur Beschleunigung. Dabei werden extrem kurze, aber hoch­intensive Laser­pulse auf hauch­dünne Folien gefeuert. Das Licht heizt das Material derart auf, dass unzählige Elektronen aus diesem heraus­tritt. Dadurch entsteht ein stark elektrisches Feld. Dieses kann Protonen innerhalb weniger Mikrometer ­kata­pultieren und dabei auf Energien bringen, für die es sonst deutlich größere Anlagen braucht.

Nützlich wären solche Laserbeschleuniger nicht für die Forschung im Bereich der Physik, sondern auch für die Krebsmedizin, wie das Team vom Helmholtz-Zentrum berichtet. Dort werden bereits jetzt energiereiche Ionen- und Protonen zur Bestrahlung von Tumoren erprobt. Auch hier konnten die Forscher*innen zuletzt signifikante Fortschritte erzielen, denn ihre „Experimente demonstrieren die Leistungsfähigkeit der entwickelten Forschungsplattform und ebnen den Weg für die Strahlentherapieforschung mit ultrahoher Dosisleistung mit LPA-Strahlen.“

Quelle: „Laser-driven high-energy proton beams from cascaded acceleration regimes“ (Nature Physics, 2024), Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf

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