Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Helle Röntgenblitze aus dem Laserlabor

08.06.2012
An der TU Wien gelang es einem internationalen Forschungsteam, eine ganz besondere Art von heller, kohärenter Röntgenstrahlung herzustellen. Die neue Technologie wurde nun im Magazin „Science“ präsentiert.

Ein Durchbruch in der Laserforschung gelang an der Technischen Universität Wien: In den Labors des Instituts für Photonik wurde eine Methode entwickelt, helle Laserpulse im Röntgenbereich zu erzeugen. Die dadurch gewonnene Röntgenstrahlung deckt einen breiten Energiebereich ab und eignen sich daher bestens für viele verschiedene Anwendungen – von der Materialwissenschaft bis zur Medizin.

Ähnliche Arten von Strahlung konnten bisher nur in großen Teilchenbeschleunigern (Synchrotrons) hergestellt werden, nun ist das auch im Laserlabor möglich. Die neue Technologie wurde nun in der aktuellen Ausgabe des Magazins „Science“ vorgestellt.

Laserlicht: Lichtteilchen, die im gleichen Takt schwingen

Laserstrahlung zeichnet sich dadurch aus, dass viele Photonen einer Lichtwelle gemeinsam im Takt schwingen – Wellenberg auf Wellenberg und Wellental auf Wellental – man spricht von „kohärenter Strahlung“. Das kohärente Licht, das nun in den Labors der Arbeitsgruppe von Professor Andrius Baltuska (Institut für Photonik, TU Wien) erzeugt wurde, hat ganz besondere Eigenschaften: Es setzt sich aus Photonen unterschiedlicher Energie zusammen – bis hin zu Röntgenstrahlung mit sehr kurzer Wellenlänge und hoher Energie.

Infrarot-Laser regt Atome zum Röntgen-Leuchten an

Als Energiequelle für diese Strahlung dienen kurze infrarot-Laserpulse. Sie werden auf ein Edelgas geschossen, wo sie einzelnen Atomen ein Elektron entreißen. Diese Elektronen werden vom Infrarot-Licht beschleunigt und kehren dann mit erhöhter Energie zu ihrem Atom zurück, wo sie ihre Bewegungsenergie in Form von Röntgenstrahlung abgeben. So werden langwellige Infrarot-Photonen in kurzwellige Röntgen-Photonen umgewandelt. Wenn im ganzen Gasbehälter die Atome diesen Tanz mit ihren Elektronen genau im richtigen Takt aufführen und sich die einzelnen Röntgen-Wellen perfekt addieren, dann entsteht Laser-artige Röntgenstrahlung. Beteiligt an diesem spektakulären Experiment waren Forschungsgruppen der TU Wien, der University of Colorado, der Cornell University (beide USA) und der Universidad de Salamanca (Spanien).

5000 Photonen zu einem einzigen kombiniert

Die Idee, mehrere Photonen in ein Photon mit höherer Energie umzuwandeln, ist nicht neu: Bereits 1961 gelang es, aus zwei Photonen eines rot strahlenden Rubinlasers ein einzelnes blaues Photon zu erzeugen. Das nun in Wien durchgeführte Experiment allerdings kombiniert über 5000 Photonen niederer Energie zu einem extrem hochenergetischen Röntgen-Photon.

100 Gigawatt Leistung

Die Infrarot-Photonen haben zwar wenig Energie, aber man benötigt sehr viele von Ihnen. Die Infrarot-Strahlungsquelle muss daher sehr stark sein. Verwendet wurde ein an der TU Wien entwickelter, weltweit einzigartiger Infrarot-Laser mit einer Spitzenleistung von 100 Gigawatt. Das entspricht mehreren hundert Wasserkraftwerken – allerdings nur für die Dauer des Laserpulses, in der Größenordnung von Femtosekunden (10^-15 Sekunden). Die Forschungsgruppe von der University of Colorado steuerte das Know-How für die Erzeugung der Röntgenstrahlung im Edelgas unter hohem Druck bei. Die Theorie-Gruppen aus Cornell und Salamanca untersuchten das Phänomen durch numerische Berechnungen.

Hantieren mit unsichtbarer Strahlung

„Gemeinsam überlegten wir, wie wir die technischen Möglichkeiten unserer Arbeitsgruppen am besten kombinieren könnten – und wählten schließlich den schwierigsten Weg“, erzählt Audrius Pugzlys (TU Wien). Das Team entschied sich für Infrarotstrahlung mit einer besonders großen Wellenlänge von vier Mikrometern. Diese Strahlung ist für das Auge unsichtbar und auch mit technischen Hilfsmitteln nur schwer sichtbar zu machen. Dadurch werden die Experimente aufwändiger, allerdings sind so höhere Röntgen-Energien möglich. Der Aufwand hat sich gelohnt. „Die Röntgenstrahlung ermöglicht höchst präzise Spektroskopie, die man etwa für die Erforschung von Materialien, für die Weiterentwicklung von Elektronik oder zur Analyse von Biomolekülen einsetzen kann“, sagt Audrius Pugzlys.

Laserlabor statt Teilchenbeschleuniger

Wer heute solche Strahlung benötigt, muss auf Synchrotronstrahlung aus teuren Teilchenbeschleunigern zurückgreifen. Die neue Röntgen-Lichtquelle hingegen passt auf einen großen Labortisch. „Ein Synchrotron liefert noch immer viel mehr Photonen pro Sekunde als unser Strahl, aber es gibt viele Anwendungen, für die man auch unsere Technologie einsetzen kann“, ist Pugzlys zuversichtlich. Der Bereich der extrem hochenergetischen harten Röntgenstrahlung kann noch nicht erreicht werden, doch die Photonen des Röntgenstrahles haben eine höhere Energie als in jedem anderen lichtbetriebenen Gerät. Derzeit arbeitet das Team daran, die Laserpulse in kürzeren Zeitabständen feuern zu können, dadurch ließe sich die mittlere Strahlintensität noch deutlich erhöhen.

Rückfragehinweise:
Prof. Andrius Baltuska
Institut für Photonik
Technische Universität Wien
Gusshausstraße 25-29, 1040 Wien
T: +43-1-58801-38749
andrius.baltuska@tuwien.ac.at

Dr. Audrius Pugzlys
Institut für Photonik
Technische Universität Wien
Gusshausstraße 25-29. 1040 Wien
T: +43-1-58801-38720
audrius.pugzlys@tuwien.ac.at

Dr. Florian Aigner | Technische Universität Wien
Weitere Informationen:
http://www.tuwien.ac.at/dle/pr/aktuelles/downloads/2012/roentgenblitze/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Filmpremiere mit Super-Mikroskop und Nanoröhrchen: Erstmals Entstehen von Atom-Verbindungen im Bewegtbild festgehalten
20.01.2020 | Universität Ulm

nachricht Zwanzig Jahre Röntgenauge im All
20.01.2020 | Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam

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: Gendefekt bei Zellbaustein Aktin sorgt für massive Entwicklungsstörungen

Europäische Union fördert Forschungsprojekt „PredActin“ mit 1,2 Millionen Euro

Aktin ist ein wichtiges Strukturprotein in unserem Körper. Als Hauptbestandteil des Zellgerüstes sorgt es etwa dafür, dass unsere Zellen eine stabile Form...

Im Focus: Programmable nests for cells

KIT researchers develop novel composites of DNA, silica particles, and carbon nanotubes -- Properties can be tailored to various applications

Using DNA, smallest silica particles, and carbon nanotubes, researchers of Karlsruhe Institute of Technology (KIT) developed novel programmable materials....

Im Focus: Miniatur-Doppelverglasung: Wärmeisolierendes und gleichzeitig wärmeleitendes Material entwickelt

Styropor oder Kupfer – beide Materialien weisen stark unterschiedliche Eigenschaften auf, was ihre Fähigkeit betrifft, Wärme zu leiten. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung (MPI-P) in Mainz und der Universität Bayreuth haben nun gemeinsam ein neuartiges, extrem dünnes und transparentes Material entwickelt und charakterisiert, welches richtungsabhängig unterschiedliche Wärmeleiteigenschaften aufweist. Während es in einer Richtung extrem gut Wärme leiten kann, zeigt es in der anderen Richtung gute Wärmeisolation.

Wärmeisolation und Wärmeleitung spielen in unserem Alltag eine entscheidende Rolle – angefangen von Computerprozessoren, bei denen es wichtig ist, Wärme...

Im Focus: Miniature double glazing: Material developed which is heat-insulating and heat-conducting at the same time

Styrofoam or copper - both materials have very different properties with regard to their ability to conduct heat. Scientists at the Max Planck Institute for Polymer Research (MPI-P) in Mainz and the University of Bayreuth have now jointly developed and characterized a novel, extremely thin and transparent material that has different thermal conduction properties depending on the direction. While it can conduct heat extremely well in one direction, it shows good thermal insulation in the other direction.

Thermal insulation and thermal conduction play a crucial role in our everyday lives - from computer processors, where it is important to dissipate heat as...

Im Focus: Fraunhofer IAF errichtet ein Applikationslabor für Quantensensorik

Um den Transfer von Forschungsentwicklungen aus dem Bereich der Quantensensorik in industrielle Anwendungen voranzubringen, entsteht am Fraunhofer IAF ein Applikationslabor. Damit sollen interessierte Unternehmen und insbesondere regionale KMU sowie Start-ups die Möglichkeit erhalten, das Innovationspotenzial von Quantensensoren für ihre spezifischen Anforderungen zu evaluieren. Sowohl das Land Baden-Württemberg als auch die Fraunhofer-Gesellschaft fördern das auf vier Jahre angelegte Vorhaben mit jeweils einer Million Euro.

Das Applikationslabor wird im Rahmen des Fraunhofer-Leitprojekts »QMag«, kurz für Quantenmagnetometrie, errichtet. In dem Projekt entwickeln Forschende von...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

11. Tagung Kraftwerk Batterie - Advanced Battery Power Conference am 24-25. März 2020 in Münster/Germany

16.01.2020 | Veranstaltungen

Leben auf dem Mars: Woher kommt das Methan?

16.01.2020 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - März 2020

16.01.2020 | Veranstaltungen

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

Neuer Schneidkopf beschleunigt die Wartung von Hochdruckwasserstrahl-Anlagen und senkt Kosten

20.01.2020 | Maschinenbau

Gendefekt bei Zellbaustein Aktin sorgt für massive Entwicklungsstörungen

20.01.2020 | Medizin Gesundheit

Plättchen statt Kügelchen machen Bildschirme sparsam

20.01.2020 | Materialwissenschaften

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