Gammablitze aus einer Plasmaquelle

  • 19. September 2011

Kurze Laserpulse beschleunigen Elektronen, die dadurch hochenergetische Strahlung abgeben.

Physikern der University of Strathclyde und der University of Glasgow in Schottland, sowie des Instituto Superior Técnico in Lissabon in Portugal, ist es gelungen ultrakurze, hochbrilliante Gammastrahlen zu erzeugen, ohne dafür einen großen Teilchenbeschleungier zu benötigen. Die Methode, die die Forscher stattdessen benutzten, nennt sich Kielfeld-Beschleunigung. Mit ihr ist es möglich Elektronen auf einer Strecke von wenigen Zentimetern so stark zu beschleunigen, dass sie elektromagnetische Strahlung abgeben, deren Energie im Bereich von Gammastrahlung liegt. Anwendungen im Bereich der Bildgebung, Isotopenerzeugung, Kernphysik, und die Untersuchung kondensierter Materie könnten mit dem Verfahren einfacher und kostengünstiger werden.

Saphir-Kanal, in dem das Plasma erzeugt wird.

Der Saphir-Wellenleiter, in dem das Plasma erzeugt wird. (Bild: U. Strathclyde)

Die Wissenschaftler fokussierten einen Laser mit einer Pulsdauer von 55 Femtosekunden und einer Energie von fünf Joule in einen mit Plasma gefüllten Wellenleiter. Entlang ihres Weges durch das Plasma erzeugten die Laserpulse eine elektrostatische Blase, die ein starkes elektrisches Feld enthielt. Diese Blase bewegte sich durch das Plasma und Elektronen, die in dessen Einzugsbereich lagen wurden beschleunigt. Ähnlich einem Surfer, der auf einer Welle übers Meer reitet, konnten die Elektronen so Energie aus der Plasmawelle ziehen.

Gleichzeitig zu einer lateralen Beschleunigung entlang der Spur der Laserpulse wurden die Elektronen in der Blase transversal abgelenkt. Durch diese Betatronschwingung senkrecht zur Ausbreitungsrichtung entstanden ultrakurze Gammapulse ohne dass externe Magnete nötig waren, wie das beispielsweise bei Synchrotronquellen der Fall ist. Die Wissenschaftler wiesen die Gammapulse durch Phasenkontrastmessungen an dünnen Kupferdrähten nach. Numerische Simulationen ergaben für die Pulse eine Dauer von etwa 10 Femtosekunden. Damit werden sie für vielerlei Anwendungen interessant.

Philipp Hummel

PH

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