Freie-Elektronen-Laser „für die Westentasche“
Spezielle Undulatoren-Anordnung macht kompakte Laser-Plasma-Beschleuniger möglich.
Ultrakurze Pulse aus kohärentem Röntgenlicht sind ein fantastisches Mittel, um Einsichten in atomare oder molekulare Reaktionen zu gewinnen. Freie-Elektronen-Laser können solche Pulse im Femtosekundenbereich erzeugen. Doch bislang sind dafür enorme Beschleuniger nötig, die nur an wenigen Großforschungseinrichtungen der Welt zur Verfügung stehen. An einer kompakteren Alternative arbeitet Atoosa Meseck vom HZB-Institut für Beschleunigerphysik mit Kollegen aus dem HZB und anderen Forschungseinrichtungen. Nun haben sie einen Bauplan für eine kompakte Quelle für kohärente kurzwellige Strahlung entworfen und berechnet.
Das Prinzip klingt ganz einfach: In einem heißen Plasma erzeugt ein Laserstrahl „Wellen“, die die Elektronen bis auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigen. Allerdings erhalten die so beschleunigten Elektronen damit unterschiedlich viel Energie und die Röntgenpulse, die sie abgeben, sind nicht kohärent.
Andreas Maier vom CFEL hat zusammen mit Kollegen eine mögliche Lösung für dieses Problem präsentiert: Der Schlüssel steckt in der Anordnung der Undulatoren. Durch die geschickte Wahl der Abstände und Feldstärken dieser Geräte sowie durch ein geeignetes Elektronenstrahlführungssystem lässt sich die lokale Energiebandbreite so weit verringern, bis die Elektronen nahezu gleiche Energie besitzen und kohärente Röntgenpulse abgeben. Damit hätten die Beschleunigerexperten einen kompakten Freie-Elektronen-Laser an der Hand.
„Wir verfolgen die Idee eines Laser-getriebenen Plasma-Beschleunigers schon seit einigen Jahren, zuerst sind wir dafür fast ausgelacht worden. Daher bin ich ganz stolz, dass nun auch andere Experten erkennen, dass dies eine durchaus interessante Idee und wie ich glaube, auch eine machbare Idee ist“, sagt Meseck. Eine experimentelle Arbeitsgruppe überprüft nun diese Idee.
HZB / OD
