Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Intensivster Neutronenstrahl der Welt erzeugt

16.07.2012
Unter Verwendung eines in seiner Art einmaligen Lasersystems haben Wissenschaftler am Los Alamos National Laboratory (LANL) mit Beteiligung des Darmstädter Physikers Professor Markus Roth einen neuen Weltrekord aufgestellt: Sie haben den intensivsten Neutronenstrahl erzeugt, der je unter Verwendung eines Kurzpuls-Lasers entstanden ist. Neutronenstrahlen werden für eine Vielzahl wissenschaftlicher Forschungszwecke eingesetzt, insbesondere für fortgeschrittene Materialwissenschaften.

Der TRIDENT Kurzpuls-Laser ist ein einzigartiger, enorm leistungsstarker 200-Terawatt-Kurzpuls-Laser. Mit seiner Hilfe konzentrieren Wissenschaftler des Labors in Los Alamos, der Technischen Universität Darmstadt und der Sandia National Laboratories hochintensives Licht auf einer ultradünnen Kunststofffolie, die mit einem Wasserstoffisotop mit der Bezeichnung Deuterium infundiert ist.

Das Laserlicht hat eine Intensität von 200 Trillionen Watt pro Quadratzentimeter, das entspricht einer Konzentration des gesamten auf die Erde auftreffenden Sonnenlichts (120.000 Terawatt) auf der Spitze eines Bleistifts. Es interagiert mit der Kunststofffolie und lässt Plasma entstehen, ein elektrisch geladenes Gas.

Das Plasma beschleunigt eine große Anzahl von Deuteronen – das sind die Kerne der Deuterium-Atome – in ein versiegeltes Beryllium-Target hinein, das die Deuteronen in einen Neutronenstrahl umwandelt. Unter Ausnutzung der relativistischen Transparenz, einer spezifischen Eigenschaft des Plasmas, werden die Deuteronen über die Distanz von nur einem Millimeter beschleunigt und nicht wie sonst bei Standard-Beschleunigertechnologien erforderlich über mehrere Meter.

„Bislang konnte dieser neue Plasma-Beschleunigungsmechanismus lediglich bei TRIDENT erfolgreich implementiert werden“, sagt Professor Markus Roth von der TU Darmstadt, der mit seiner Auszeichnung als diesjähriger Rosen Scholar am Los Alamos Labor ein Forschungssemester verbringt. „Das Ergebnis stellt einen neuen Weltrekord für mit Kurzpuls-Laser generierten Neutronenfluss auf, vier Trillionen Neutronen pro Quadratzentimeter in einem Abstand von einem Zentimeter von der Quelle. Dabei werden die Neutronen entlang des ursprünglichen Laserstrahls emittiert und können sehr hohe Energien erreichen, die 50 Millionen Elektronenvolt übersteigen.“

Roth zufolge übertrifft der neue Rekord den alten um den Faktor fünf, außerdem benötigt er weniger als ein Viertel der Laserenergie. „Neutronen sind eine einzigartige Sonde für zahlreiche wissenschaftliche Anwendungsbereiche“, sagt Frank Merrill von der LANL Neutron Science and Technology Group. „Sie werden zur Untersuchung grundlegender Eigenschaften des Universums sowie von synthetischen Materialien eingesetzt. Außerdem gibt es potenzielle Anwendungsformen wie etwa das Durchleuchten von Cargo-Containern mit Neutronen zur Überprüfung auf versteckte Nuklearsprengsätze an Grenzübergängen oder die Schaffung von Testumgebungen für fusionsrelevante Neutronendiagnostik, was der ursprünglich der Auslöser für die zugrundeliegende Studie war.“

Mit seinem Geschwindigkeits- und Energiespektrum ist der Rekord-Neutronenstrahl zugleich idealer Kandidat für Radiografie sowie für ein breit gestreutes Feld physikalischer Studien im Bereich hoher Energiedichten. „Ein Objekt mit nur einem Zentimeter Abstand zur Quelle wäre damit in weniger als einer Nanosekunde (ein Milliardstel einer Sekunde) über 40 Neutronen pro Quadratmikrometer (ein Billionstel Quadratmeter) ausgesetzt. Das macht diesen Neutronenstrahl zu einer überzeugenden Sonde für Anwendungen im Bereich Radiografie“, sagt Merrill.

„Ebenfalls ein Novum bei diesen Experimenten: Es konnte Neutronen-Bildgebung durch einen Kurzpuls-Laser erreicht werden, die eine ausgezeichnete Übereinstimmung mit den Berechnungen aufwies“, so Roth. Die Verwendung eines Kurzpuls-Lasers zur Produktion von Neutronen könne der Forschung das Feld der Neutronenforschung eröffnen.

In das Projekt floss die gemeinsame Expertise der Neutronenwissenschaftsgruppe des Los Alamos Neutron Science Center (LANSCE), der Plasmaphysiker des Fachbereichs Physik der TU Darmstadt, der TRIDENT Laser-Wissenschaftler sowie von Forschern ein, die an der National Ignition Facility Neutronendetektions-Diagnostik entwickeln. Wissenschaftler von Sandia führten die Messungen zu Neutronenausbeute und nuklearer Aktivierung durch.

Jörg Feuck | idw
Weitere Informationen:
http://www.tu-darmstadt.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht 3D-Graphen: Experiment an BESSY II zeigt, dass optische Eigenschaften einstellbar sind
24.05.2017 | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

nachricht Hochspannung für den Teilchenbeschleuniger der Zukunft
24.05.2017 | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)

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: Orientierungslauf im Mikrokosmos

Physiker der Universität Würzburg können auf Knopfdruck einzelne Lichtteilchen erzeugen, die einander ähneln wie ein Ei dem anderen. Zwei neue Studien zeigen nun, welches Potenzial diese Methode hat.

Der Quantencomputer beflügelt seit Jahrzehnten die Phantasie der Wissenschaftler: Er beruht auf grundlegend anderen Phänomenen als ein herkömmlicher Rechner....

Im Focus: A quantum walk of photons

Physicists from the University of Würzburg are capable of generating identical looking single light particles at the push of a button. Two new studies now demonstrate the potential this method holds.

The quantum computer has fuelled the imagination of scientists for decades: It is based on fundamentally different phenomena than a conventional computer....

Im Focus: Tumult im trägen Elektronen-Dasein

Ein internationales Team von Physikern hat erstmals das Streuverhalten von Elektronen in einem nichtleitenden Material direkt beobachtet. Ihre Erkenntnisse könnten der Strahlungsmedizin zu Gute kommen.

Elektronen in nichtleitenden Materialien könnte man Trägheit nachsagen. In der Regel bleiben sie an ihren Plätzen, tief im Inneren eines solchen Atomverbunds....

Im Focus: Turmoil in sluggish electrons’ existence

An international team of physicists has monitored the scattering behaviour of electrons in a non-conducting material in real-time. Their insights could be beneficial for radiotherapy.

We can refer to electrons in non-conducting materials as ‘sluggish’. Typically, they remain fixed in a location, deep inside an atomic composite. It is hence...

Im Focus: Hauchdünne magnetische Materialien für zukünftige Quantentechnologien entwickelt

Zweidimensionale magnetische Strukturen gelten als vielversprechendes Material für neuartige Datenspeicher, da sich die magnetischen Eigenschaften einzelner Molekülen untersuchen und verändern lassen. Forscher haben nun erstmals einen hauchdünnen Ferrimagneten hergestellt, bei dem sich Moleküle mit verschiedenen magnetischen Zentren auf einer Goldfläche selbst zu einem Schachbrettmuster anordnen. Dies berichten Wissenschaftler des Swiss Nanoscience Institutes der Universität Basel und des Paul Scherrer Institutes in der Wissenschaftszeitschrift «Nature Communications».

Ferrimagneten besitzen zwei magnetische Zentren, deren Magnetismus verschieden stark ist und in entgegengesetzte Richtungen zeigt. Zweidimensionale, quasi...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Meeresschutz im Fokus: Das IASS auf der UN-Ozean-Konferenz in New York vom 5.-9. Juni

24.05.2017 | Veranstaltungen

Diabetes Kongress in Hamburg beginnt heute: Rund 6000 Teilnehmer werden erwartet

24.05.2017 | Veranstaltungen

Wissensbuffet: „All you can eat – and learn”

24.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Hochspannung für den Teilchenbeschleuniger der Zukunft

24.05.2017 | Physik Astronomie

3D-Graphen: Experiment an BESSY II zeigt, dass optische Eigenschaften einstellbar sind

24.05.2017 | Physik Astronomie

Optisches Messverfahren für Zellanalysen in Echtzeit - Ulmer Physiker auf der Messe "Sensor+Test"

24.05.2017 | Messenachrichten