Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wachstumsbremse für Röntgenlaser

12.09.2013
Jenaer Physiker von Universität und Helmholtz-Institut erzeugen polarisierte Röntgenpulse und ebnen damit den Weg für die Entwicklung einer neuen Generation von Röntgenquellen

Wollen Forscher heute ins Innere von Atomen schauen, den Ablauf chemischer Reaktionen in Echtzeit verfolgen oder Prozesse an Nanomaterialien beobachten, dann nutzen sie intensive Röntgenstrahlung.

Denn mit ultrakurzen Röntgenpulsen lassen sich extrem schnelle Vorgänge bis in den Nanometer-Bereich auflösen. Erzeugt werden solche Röntgenpulse in riesigen Teilchenbeschleunigern, etwa dem Röntgenlaser FLASH des Hamburger DESY. Doch die Messzeit an diesen Großanlagen ist begrenzt und ihre Nutzung für die Forscher aus aller Welt – die an den Beschleunigern quasi „Schlange stehen“ müssen – enorm teuer.

„Derzeit sind gerade die ersten Röntgenquellen der vierten Generation im Einsatz und weitere werden in den nächsten Jahren folgen“, sagt Prof. Dr. Christian Spielmann von der Friedrich-Schiller-Universität Jena. „Allerdings“, so Spielmann weiter, „zeichnet sich bislang jede neue Generation durch eine noch größere Anlage aus, die wieder um Vieles teurer als ihr Vorgänger ist.“

Der Jenaer Physiker hat gemeinsam mit Kollegen der Universitäten Jena und Düsseldorf sowie des Jenaer Helmholtz-Instituts jetzt einen wichtigen Schritt zur Entwicklung einer neuen – der fünften – Generation von Röntgenquellen vollzogen. „Diese neue Reihe soll vor allem kompakter und dadurch kostengünstiger sein“, erläutert Spielmann. Wie das Forscherteam in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift „Nature Communications“ schreibt, ist es ihm gelungen, Röntgenpulse mit exakt definierten Eigenschaften zu erzeugen – und das nicht an einem Teilchenbeschleuniger sondern im kleinen Labormaßstab (DOI: 10.1038/ncomms3421).

Dazu fokussieren die Forscher ultrakurze Laserpulse in einen Strahl aus Heliumgas. Dabei werden Elektronen aus den Heliumatomen gerissen und auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt. „Gleichzeitig beginnen die Elektronen zu schwingen“, erklärt Michael Schnell, Doktorand in Spielmanns Team. „Diese Schwingung führt schließlich zur Emission von Röntgenstrahlung, deren Eigenschaften von der genauen Bewegung der Elektronen abhängen“, so der Erstautor der Studie.

In ihrer Publikation haben die Jenaer Forscher gezeigt, dass sie die Schwingungsrichtung der beschleunigten Elektronen durch die Eigenschaften des eingesetzten Laserimpulses exakt bestimmen und kontrollieren können. „Damit ist die Grundlage geschaffen, diese im kleinen Maßstab erzeugten Röntgenpulse für diverse Anwendungen nutzbar zu machen“, ist Spielmann überzeugt. So sei die Schwingungsrichtung der Elektronen einerseits wichtig für die Ankopplung an weitere Beschleuniger. „Zum anderen bestimmt sie den Polarisationszustand der resultierenden Röntgenstrahlung.“ In ihren Experimenten konnten die Jenaer Forscher zum ersten Mal messen, dass die Elektronen vorzugsweise in einer Ebene schwingen und daher linear polarisiert sind. Linear polarisierte Röntgenimpulse lassen sich künftig beispielsweise dazu nutzen, magnetische Strukturen zu analysieren und mit diesen Erkenntnissen magnetische Speichermedien zu verbessern.

Original-Publikation:
Michael Schnell et al. Optical control of hard X-ray polarization by electron injection in a laser wakefield accelerator, Nature Communications 2013, DOI: 10.1038/ncomms3421
Kontakt:
Dipl. Phys. Michael Schnell
Institut für Optik und Quantenelektronik der Friedrich-Schiller-Universität Jena
Max-Wien-Platz 1, 07743 Jena
Tel.: 03641 / 947268
E-Mail: Michael.Schnell.1[at]uni-jena.de
Prof. Dr. Christian Spielmann
Institut für Optik und Quantenelektronik der Friedrich-Schiller-Universität Jena
Max-Wien-Platz 1, 07743 Jena
Tel.: 03641 / 947230
E-Mail: christian.spielmann[at]uni-jena.de

Dr. Ute Schönfelder | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-jena.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Waschen für die Mikrowelt – Potsdamer Physiker entwickeln lichtempfindliche Seife
02.12.2016 | Universität Potsdam

nachricht Quantenreibung: Jenseits der Näherung des lokalen Gleichgewichts
01.12.2016 | Forschungsverbund Berlin e.V.

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: Greifswalder Forscher dringen mit superauflösendem Mikroskop in zellulären Mikrokosmos ein

Das Institut für Anatomie und Zellbiologie weiht am Montag, 05.12.2016, mit einem wissenschaftlichen Symposium das erste Superresolution-Mikroskop in Greifswald ein. Das Forschungsmikroskop wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Land Mecklenburg-Vorpommern finanziert. Nun können die Greifswalder Wissenschaftler Strukturen bis zu einer Größe von einigen Millionstel Millimetern mittels Laserlicht sichtbar machen.

Weit über hundert Jahre lang galt die von Ernst Abbe 1873 publizierte Theorie zur Auflösungsgrenze von Lichtmikroskopen als ein in Stein gemeißeltes Gesetz....

Im Focus: Durchbruch in der Diabetesforschung: Pankreaszellen produzieren Insulin durch Malariamedikament

Artemisinine, eine zugelassene Wirkstoffgruppe gegen Malaria, wandelt Glukagon-produzierende Alpha-Zellen der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) in insulinproduzierende Zellen um – genau die Zellen, die bei Typ-1-Diabetes geschädigt sind. Das haben Forscher des CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit mit modernsten Einzelzell-Analysen herausgefunden. Ihre bahnbrechenden Ergebnisse werden in Cell publiziert und liefern eine vielversprechende Grundlage für neue Therapien gegen Typ-1 Diabetes.

Seit einigen Jahren hatten sich Forscher an diesem Kunstgriff versucht, der eine simple und elegante Heilung des Typ-1 Diabetes versprach: Die vom eigenen...

Im Focus: Makromoleküle: Mit Licht zu Präzisionspolymeren

Chemikern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es gelungen, den Aufbau von Präzisionspolymeren durch lichtgetriebene chemische Reaktionen gezielt zu steuern. Das Verfahren ermöglicht die genaue, geplante Platzierung der Kettengliedern, den Monomeren, entlang von Polymerketten einheitlicher Länge. Die präzise aufgebauten Makromoleküle bilden festgelegte Eigenschaften aus und eignen sich möglicherweise als Informationsspeicher oder synthetische Biomoleküle. Über die neuartige Synthesereaktion berichten die Wissenschaftler nun in der Open Access Publikation Nature Communications. (DOI: 10.1038/NCOMMS13672)

Chemische Reaktionen lassen sich durch Einwirken von Licht bei Zimmertemperatur auslösen. Die Forscher am KIT nutzen diesen Effekt, um unter Licht die...

Im Focus: Neuer Sensor: Was im Inneren von Schneelawinen vor sich geht

Ein neuer Radarsensor erlaubt Einblicke in die inneren Vorgänge von Schneelawinen. Entwickelt haben ihn Ingenieure der Ruhr-Universität Bochum (RUB) um Dr. Christoph Baer und Timo Jaeschke gemeinsam mit Kollegen aus Innsbruck und Davos. Das Messsystem ist bereits an einem Testhang im Wallis installiert, wo das Schweizer Institut für Schnee- und Lawinenforschung im Winter 2016/17 Messungen damit durchführen möchte.

Die erhobenen Daten sollen in Simulationen einfließen, die das komplexe Geschehen im Inneren von Lawinen detailliert nachbilden. „Was genau passiert, wenn sich...

Im Focus: Neuer Rekord an BESSY II: 10 Millionen Ionen erstmals bis auf 7,4 Kelvin gekühlt

Magnetische Grundzustände von Nickel2-Ionen spektroskopisch ermittelt

Ein internationales Team aus Deutschland, Schweden und Japan hat einen neuen Temperaturrekord für sogenannte Quadrupol-Ionenfallen erreicht, in denen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

Die Perspektiven der Genom-Editierung in der Landwirtschaft

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Parkinson-Krankheit und Dystonien: DFG-Forschergruppe eingerichtet

02.12.2016 | Förderungen Preise

Smart Data Transformation – Surfing the Big Wave

02.12.2016 | Studien Analysen

Nach der Befruchtung übernimmt die Eizelle die Führungsrolle

02.12.2016 | Biowissenschaften Chemie