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 UV-Kugel macht Lackieren einfach und schnell
16.03.2018 | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA

nachricht Vorzüge von 3D-Druck und Spritzguss kombiniert
16.03.2018 | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Verfahrenstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: BAM@Hannover Messe: Innovatives 3D-Druckverfahren für die Raumfahrt

Auf der Hannover Messe 2018 präsentiert die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), wie Astronauten in Zukunft Werkzeug oder Ersatzteile per 3D-Druck in der Schwerelosigkeit selbst herstellen können. So können Gewicht und damit auch Transportkosten für Weltraummissionen deutlich reduziert werden. Besucherinnen und Besucher können das innovative additive Fertigungsverfahren auf der Messe live erleben.

Pulverbasierte additive Fertigung unter Schwerelosigkeit heißt das Projekt, bei dem ein Bauteil durch Aufbringen von Pulverschichten und selektivem...

Im Focus: BAM@Hannover Messe: innovative 3D printing method for space flight

At the Hannover Messe 2018, the Bundesanstalt für Materialforschung und-prüfung (BAM) will show how, in the future, astronauts could produce their own tools or spare parts in zero gravity using 3D printing. This will reduce, weight and transport costs for space missions. Visitors can experience the innovative additive manufacturing process live at the fair.

Powder-based additive manufacturing in zero gravity is the name of the project in which a component is produced by applying metallic powder layers and then...

Im Focus: IWS-Ingenieure formen moderne Alu-Bauteile für zukünftige Flugzeuge

Mit Unterdruck zum Leichtbau-Flugzeug

Ingenieure des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) in Dresden haben in Kooperation mit Industriepartnern ein innovatives Verfahren...

Im Focus: Moleküle brillant beleuchtet

Physiker des Labors für Attosekundenphysik, der Ludwig-Maximilians-Universität und des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik haben eine leistungsstarke Lichtquelle entwickelt, die ultrakurze Pulse über einen Großteil des mittleren Infrarot-Wellenlängenbereichs generiert. Die Wissenschaftler versprechen sich von dieser Technologie eine Vielzahl von Anwendungen, unter anderem im Bereich der Krebsfrüherkennung.

Moleküle sind die Grundelemente des Lebens. Auch wir Menschen bestehen aus ihnen. Sie steuern unseren Biorhythmus, zeigen aber auch an, wenn dieser erkrankt...

Im Focus: Molecules Brilliantly Illuminated

Physicists at the Laboratory for Attosecond Physics, which is jointly run by Ludwig-Maximilians-Universität and the Max Planck Institute of Quantum Optics, have developed a high-power laser system that generates ultrashort pulses of light covering a large share of the mid-infrared spectrum. The researchers envisage a wide range of applications for the technology – in the early diagnosis of cancer, for instance.

Molecules are the building blocks of life. Like all other organisms, we are made of them. They control our biorhythm, and they can also reflect our state of...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

infernum-Tag 2018: Digitalisierung und Nachhaltigkeit

24.04.2018 | Veranstaltungen

Fraunhofer eröffnet Community zur Entwicklung von Anwendungen und Technologien für die Industrie 4.0

23.04.2018 | Veranstaltungen

Mars Sample Return – Wann kommen die ersten Gesteinsproben vom Roten Planeten?

23.04.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Silizium als neues Speichermaterial für die Akkus der Zukunft

25.04.2018 | HANNOVER MESSE

IAB-Arbeitsmarktbarometer: Trotz Dämpfer auf gutem Niveau

25.04.2018 | Wirtschaft Finanzen

AWI-Forscher messen Rekordkonzentration von Mikroplastik im arktischen Meereis

25.04.2018 | Geowissenschaften

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics