Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neue Höchstleistungslaser für Medizin und Naturwissenschaften

08.03.2006


Neue Nachwuchsforschergruppe am Institut für Optik und Quantenelektronik der Universität Jena



Ein Tumor im Gehirn lässt sich nur sehr schwer behandeln, denn ihn umgibt höchst sensibles Gewebe. Die Behandlungslösung der Zukunft könnte ein Protonenstrahl sein, der von einem Laser erzeugt wird. Diese Protonen, also die Elementarteilchen des Atomkerns, können dann den Tumor zielgenau zerstören, ohne das umliegende Hirn zu beschädigen. An der Entwicklung und am Einsatz des dafür benötigten Lasers arbeitet eine neue Nachwuchsforschergruppe um Dr. Malte Kaluza am Institut für Optik und Quantenelektronik (IOQ) der Friedrich-Schiller-Universität Jena.



Etwa 1999 entstand an diesem Institut die Idee für einen Höchstleistungslaser mit einer Leistung im Petawatt-Bereich. Das entspricht 1.000 Billionen Watt, für deren Erzeugung sonst eine Million Kernkraftwerke notwendig wären. In den ersten Jahren konnte das Team am IOQ nachweisen, dass der Aufbau eines solchen Lasersystems prinzipiell möglich ist. Darauf aufbauend haben sie einen komplett diodengepumpten Festkörperlaser der Ein-Petawatt-Klasse, genannt POLARIS (Petawatt Optical Laser Amplifier for Radiation Intensive Experiments), entwickelt.

Dieses System wird nach seiner Fertigstellung Laserpulse erzeugen, die mit einer Intensität von 10 hoch 21 Watt/Quadrat-cm auf ein Ziel fokussiert werden können. Was das bedeutet, beschreibt Dr. Kaluza mit einem Vergleich: Nimmt man das gesamte auf die Erdoberfläche fallende Sonnenlicht und konzentriert es auf einem Fleck von einem Zehntel Millimeter Durchmesser, dann erreicht man etwa die angestrebte Intensität.

Dr. Kaluza nennt weitere Anforderungen an den Laser. Er soll eine extrem kurze Pulsdauer von 150 Femtosekunden haben. Die Pulsenergie soll 150 Joule erreichen. Und der Laser soll mit einer Pulsfolge von einem Schuss pro zehn Sekunden abgefeuert werden können. Von diesen Parametern ist die neue Forschergruppe noch etwas entfernt. "In einem ersten Schritt wollen wir alle 10 bis 30 Sekunden einen Puls erzeugen", sagt Dr. Kaluza. Bereits das wäre für solche Pulsenergien weltweit ein Spitzenwert. Die Leistung des Lasers soll Ende des Jahres 0,1 Petawatt erreichen. "Schon damit können wir erste Experimente zur Elektronen- und Ionenbeschleunigung durchführen, um die Physik der Wechselwirkungen zu studieren", erklärt der 31-jährige Wissenschaftler, der die neue Nachwuchsforschergruppe seit Jahresbeginn leitet. Zuvor hat der aus Gießen stammende Physiker an der Technischen Universität München, am Max-Planck-Institut für Quantenoptik sowie am Imperial College London mit ähnlichen Lasersystemen geforscht.

Die potenziellen Anwendungsmöglichkeiten eines Höchstleistungslasers sind vielfältig. So könnte er in Zukunft monoenergetische Protonen- oder Ionenstrahlen für die oben beschriebene Tumortherapie liefern, sagt Dr. Kaluza. Die Eigenschaften eines solchen Protonenstrahls müssen dafür so präzise eingestellt und kontrolliert werden, dass nur das kranke Tumorgewebe zerstört wird. "POLARIS ist ein sehr aussichtsreicher Kandidat für solche Anwendungen", weiß Dr. Kaluza. Auf der Technologie von POLARIS aufbauende Lasersysteme wären zudem - im Vergleich zu kilometergroßen Beschleunigeranlagen - kompakt genug, um sie auch in Krankenhäusern betreiben zu können. Eine weitere Anwendungsmöglichkeit wäre die Herstellung von radioaktiven Nukliden für die Medizin mit einer genau definierten Zerfallsdauer für die Diagnose.

Mit POLARIS können aber auch extrem kurze Röntgenpulse oder ein Röntgenlaser erzeugt werden. Neben der Realisierung einer extrem intensiven Röntgenquelle für lithographische Techniken wäre auch die Analyse chemischer Reaktionen möglich. Diese laufen so schnell ab, dass sie mit herkömmlichen Methoden nicht vollständig erfasst werden können. "Das wäre etwa so, als würde man versuchen, bei einem vorbeifahrenden Formel-1-Rennwagen die Aufschrift auf den Reifen mit dem bloßen Auge zu lesen", sagt Malte Kaluza. "Teilt man unseren Laser in zwei Strahlen, könnte mit der einen Hälfte z. B. eine Reaktion ausgelöst werden. Mit der anderen Hälfte erzeugen wir dann einen ultra-kurzen Röntgenblitz, mit dem wir dann in mehreren aufeinanderfolgenden Aufnahmen den Ablauf der chemischen Reaktion in Einzelschritten sichtbar machen können", beschreibt er eine weitere mögliche Anwendung von POLARIS.

Die Arbeit der von Dr. Kaluza geleiteten Nachwuchsforschergruppe, der 16 Mitarbeiter angehören, wird vom Bundesforschungsministerium gefördert. Bis Ende 2010 stellt das Ministerium dafür fünf Millionen Euro zur Verfügung.

Kontakt:
Dr. Malte Kaluza
Institut für Optik und Quantenelektronik der Universität Jena
Max-Wien-Platz 1, 07743 Jena
Tel.: 03641 / 947280
E-Mail: kaluza[at]ioq.uni-jena.de

Axel Burchardt | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-jena.de/

Weitere Berichte zu: Höchstleistungslaser Laser Lasersystem POLARIS Quantenelektronik

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Verfahrenstechnologie:

nachricht Staubarmes Recycling wertvoller Rohstoffe aus Elektronikschrott
16.11.2016 | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT

nachricht Mikrostrukturen mit dem Laser ätzen
25.10.2016 | Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Verfahrenstechnologie >>>

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