Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Helle Röntgenblitze aus dem Laserlabor

08.06.2012
An der TU Wien gelang es einem internationalen Forschungsteam, eine ganz besondere Art von heller, kohärenter Röntgenstrahlung herzustellen. Die neue Technologie wurde nun im Magazin „Science“ präsentiert.

Ein Durchbruch in der Laserforschung gelang an der Technischen Universität Wien: In den Labors des Instituts für Photonik wurde eine Methode entwickelt, helle Laserpulse im Röntgenbereich zu erzeugen. Die dadurch gewonnene Röntgenstrahlung deckt einen breiten Energiebereich ab und eignen sich daher bestens für viele verschiedene Anwendungen – von der Materialwissenschaft bis zur Medizin.

Ähnliche Arten von Strahlung konnten bisher nur in großen Teilchenbeschleunigern (Synchrotrons) hergestellt werden, nun ist das auch im Laserlabor möglich. Die neue Technologie wurde nun in der aktuellen Ausgabe des Magazins „Science“ vorgestellt.

Laserlicht: Lichtteilchen, die im gleichen Takt schwingen

Laserstrahlung zeichnet sich dadurch aus, dass viele Photonen einer Lichtwelle gemeinsam im Takt schwingen – Wellenberg auf Wellenberg und Wellental auf Wellental – man spricht von „kohärenter Strahlung“. Das kohärente Licht, das nun in den Labors der Arbeitsgruppe von Professor Andrius Baltuska (Institut für Photonik, TU Wien) erzeugt wurde, hat ganz besondere Eigenschaften: Es setzt sich aus Photonen unterschiedlicher Energie zusammen – bis hin zu Röntgenstrahlung mit sehr kurzer Wellenlänge und hoher Energie.

Infrarot-Laser regt Atome zum Röntgen-Leuchten an

Als Energiequelle für diese Strahlung dienen kurze infrarot-Laserpulse. Sie werden auf ein Edelgas geschossen, wo sie einzelnen Atomen ein Elektron entreißen. Diese Elektronen werden vom Infrarot-Licht beschleunigt und kehren dann mit erhöhter Energie zu ihrem Atom zurück, wo sie ihre Bewegungsenergie in Form von Röntgenstrahlung abgeben. So werden langwellige Infrarot-Photonen in kurzwellige Röntgen-Photonen umgewandelt. Wenn im ganzen Gasbehälter die Atome diesen Tanz mit ihren Elektronen genau im richtigen Takt aufführen und sich die einzelnen Röntgen-Wellen perfekt addieren, dann entsteht Laser-artige Röntgenstrahlung. Beteiligt an diesem spektakulären Experiment waren Forschungsgruppen der TU Wien, der University of Colorado, der Cornell University (beide USA) und der Universidad de Salamanca (Spanien).

5000 Photonen zu einem einzigen kombiniert

Die Idee, mehrere Photonen in ein Photon mit höherer Energie umzuwandeln, ist nicht neu: Bereits 1961 gelang es, aus zwei Photonen eines rot strahlenden Rubinlasers ein einzelnes blaues Photon zu erzeugen. Das nun in Wien durchgeführte Experiment allerdings kombiniert über 5000 Photonen niederer Energie zu einem extrem hochenergetischen Röntgen-Photon.

100 Gigawatt Leistung

Die Infrarot-Photonen haben zwar wenig Energie, aber man benötigt sehr viele von Ihnen. Die Infrarot-Strahlungsquelle muss daher sehr stark sein. Verwendet wurde ein an der TU Wien entwickelter, weltweit einzigartiger Infrarot-Laser mit einer Spitzenleistung von 100 Gigawatt. Das entspricht mehreren hundert Wasserkraftwerken – allerdings nur für die Dauer des Laserpulses, in der Größenordnung von Femtosekunden (10^-15 Sekunden). Die Forschungsgruppe von der University of Colorado steuerte das Know-How für die Erzeugung der Röntgenstrahlung im Edelgas unter hohem Druck bei. Die Theorie-Gruppen aus Cornell und Salamanca untersuchten das Phänomen durch numerische Berechnungen.

Hantieren mit unsichtbarer Strahlung

„Gemeinsam überlegten wir, wie wir die technischen Möglichkeiten unserer Arbeitsgruppen am besten kombinieren könnten – und wählten schließlich den schwierigsten Weg“, erzählt Audrius Pugzlys (TU Wien). Das Team entschied sich für Infrarotstrahlung mit einer besonders großen Wellenlänge von vier Mikrometern. Diese Strahlung ist für das Auge unsichtbar und auch mit technischen Hilfsmitteln nur schwer sichtbar zu machen. Dadurch werden die Experimente aufwändiger, allerdings sind so höhere Röntgen-Energien möglich. Der Aufwand hat sich gelohnt. „Die Röntgenstrahlung ermöglicht höchst präzise Spektroskopie, die man etwa für die Erforschung von Materialien, für die Weiterentwicklung von Elektronik oder zur Analyse von Biomolekülen einsetzen kann“, sagt Audrius Pugzlys.

Laserlabor statt Teilchenbeschleuniger

Wer heute solche Strahlung benötigt, muss auf Synchrotronstrahlung aus teuren Teilchenbeschleunigern zurückgreifen. Die neue Röntgen-Lichtquelle hingegen passt auf einen großen Labortisch. „Ein Synchrotron liefert noch immer viel mehr Photonen pro Sekunde als unser Strahl, aber es gibt viele Anwendungen, für die man auch unsere Technologie einsetzen kann“, ist Pugzlys zuversichtlich. Der Bereich der extrem hochenergetischen harten Röntgenstrahlung kann noch nicht erreicht werden, doch die Photonen des Röntgenstrahles haben eine höhere Energie als in jedem anderen lichtbetriebenen Gerät. Derzeit arbeitet das Team daran, die Laserpulse in kürzeren Zeitabständen feuern zu können, dadurch ließe sich die mittlere Strahlintensität noch deutlich erhöhen.

Rückfragehinweise:
Prof. Andrius Baltuska
Institut für Photonik
Technische Universität Wien
Gusshausstraße 25-29, 1040 Wien
T: +43-1-58801-38749
andrius.baltuska@tuwien.ac.at

Dr. Audrius Pugzlys
Institut für Photonik
Technische Universität Wien
Gusshausstraße 25-29. 1040 Wien
T: +43-1-58801-38720
audrius.pugzlys@tuwien.ac.at

Dr. Florian Aigner | Technische Universität Wien
Weitere Informationen:
http://www.tuwien.ac.at/dle/pr/aktuelles/downloads/2012/roentgenblitze/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Scharfe Röntgenblitze aus dem Atomkern
17.08.2017 | Max-Planck-Institut für Kernphysik, Heidelberg

nachricht Optische Technologien für schnellere Computer / „Licht“ mit Wespentaille
16.08.2017 | Universität Duisburg-Essen

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Im Focus: Exotische Quantenzustände: Physiker erzeugen erstmals optische „Töpfe" für ein Super-Photon

Physikern der Universität Bonn ist es gelungen, optische Mulden und komplexere Muster zu erzeugen, in die das Licht eines Bose-Einstein-Kondensates fließt. Die Herstellung solch sehr verlustarmer Strukturen für Licht ist eine Voraussetzung für komplexe Schaltkreise für Licht, beispielsweise für die Quanteninformationsverarbeitung einer neuen Computergeneration. Die Wissenschaftler stellen nun ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Photonics“ vor.

Lichtteilchen (Photonen) kommen als winzige, unteilbare Portionen vor. Viele Tausend dieser Licht-Portionen lassen sich zu einem einzigen Super-Photon...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

European Conference on Eye Movements: Internationale Tagung an der Bergischen Universität Wuppertal

18.08.2017 | Veranstaltungen

Einblicke ins menschliche Denken

17.08.2017 | Veranstaltungen

Eröffnung der INC.worX-Erlebniswelt während der Technologie- und Innovationsmanagement-Tagung 2017

16.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Eine Karte der Zellkraftwerke

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Chronische Infektionen aushebeln: Ein neuer Wirkstoff auf dem Weg in die Entwicklung

18.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Computer mit Köpfchen

18.08.2017 | Informationstechnologie