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 Dresdner Forscher drucken die Welt von Morgen
08.02.2017 | Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS

nachricht Neues Verfahren bringt komplex geformte Verbundwerkstoffe in die Serie
23.01.2017 | Evonik Industries AG

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Verfahrenstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Im Focus: Innovative Antikörper für die Tumortherapie

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig von diesen teuren Medikamenten profitieren, wird intensiv an deren Verbesserung gearbeitet. Forschern um Prof. Thomas Valerius an der Christian Albrechts Universität Kiel gelang es nun, innovative Antikörper mit verbesserter Wirkung zu entwickeln.

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig...

Im Focus: Durchbruch mit einer Kette aus Goldatomen

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des Wärmetransportes

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

6. Internationale Fachkonferenz „InnoTesting“ am 23. und 24. Februar 2017 in Wildau

22.02.2017 | Veranstaltungen

Wunderwelt der Mikroben

22.02.2017 | Veranstaltungen

Der Lkw der Zukunft kommt ohne Fahrer aus

21.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Ursache für eine erbliche Muskelerkrankung entdeckt

22.02.2017 | Medizin Gesundheit

Möglicher Zell-Therapieansatz gegen Zytomegalie

22.02.2017 | Biowissenschaften Chemie

Meeresforschung in Echtzeit verfolgen

22.02.2017 | Geowissenschaften