Panorama

Laserpulse mit Terawatt-Leistung

31.01.2019 - Im Jülicher Laserlabor JuSPARC sollen extrem schnelle physikalische Prozesse untersucht werden.

Am Forschungs­zentrum Jülich wurde Ende Januar ein neues Laserlabor eingeweiht. Herzstück von JuSPARC sind zwei Höchst­leistungslaser, deren ultrakurze Laserpulse eine Leistung von bis zu 1,4 Terawatt erreichen, was in etwa der Hälfte des durch­schnittlichen weltweiten Strom­verbrauchs entspricht. Die Laser erbringen diese Leistung allerdings nur für kurze Zeit. Ihre Blitze sind auf bis zu dreißig Femto­sekunden komprimiert. Die durch­schnittliche Leistung ist damit nicht höher als die eines gewöhnlichen Haushalts­geräts. Die Forscher wollen mit der Anlage ultra­schnelle physika­lische Prozesse untersuchen.

„Mithilfe von JuSPARC kann man beispiels­weise besser verstehen, wie sich Spins – also die Eigendreh­impulse von Teilchen – in Halbleitern und bestimmten Metallen verhalten“, erklärt Markus Büscher vom Jülicher Peter Grünberg Institut (PGI-6). „Auf diese Weise kann man herausfinden, welche Materialien sich für schnellere und energie­effizientere Daten­speicher eignen“, so Büscher. Die Laser erzeugen stark kompri­mierte Lichtpulse, die Prozesse in den unter­suchten Materialien anstoßen. Ein Teil der Lichtpulse wird dabei abgezweigt, in Röntgen­licht umgewandelt und zur Analyse der Prozesse genutzt. „Dabei zahlt sich die hohe Schussrate der Laser aus. Zehn Millionen Pulse pro Sekunde kann die Anlage theo­retisch erzeugen und mit diesem Dauerfeuer auch ultra­schnelle Prozesse wie das Umklappen von Spins aufzeichnen“, erläutert Markus Büscher.

Auch für viele andere Forschungs­felder kann das „Jülich Short-Pulsed Particle and Radiation Center“ (JuSPARC) interes­sant sein, etwa um Reaktionen komplexer Biomoleküle zu untersuchen, oder für die Festkörper- und Energie­forschung. Die Laser könnten zum Beispiel dabei helfen, elementare Prozesse in Kata­lysatoren, Solar- und Brennstoff­zellen besser zu verstehen - und so einen wesent­lichen Beitrag dazu leisten, verbess­erte Materialien zu entwickeln. Der erste der beiden Laser stammt von der Firma Thales und ist bereits seit wenigen Wochen in Betrieb. Derzeit werden die ersten Experimente im Reinraum der Anlage aufgebaut, genauso wie der zweite Laser des Produzenten Amphos. Das Laser­labor wird zunächst Wissen­schaftlern an verschiedenen Instituten des Forschungs­zentrums Jülich offenstehen. Für die kommenden ein bis zwei Jahre ist der Ausbau zu einer Nutzer­plattform geplant, die dann auch Forschern anderer Ein­richtungen zur Verfügung steht.

Für den Ausbau von JuSPARC stehen fünf Millionen Euro aus dem Struktur- und Entwicklungs­fonds des Forschungs­zentrums zur Verfügung – ergänzt durch 3,2 Millionen Euro aus dem ATHENA-Projekt der Helmholtz-Gemein­schaft. Mit der ATHENA-Förderung will das JUSPARC-Team einen der beiden Laser in den kommenden Jahren zu einem laser­basierten Teilchen­beschleuniger ausbauen. Ein solch kompakter Teilchen­beschleuniger, der auf gerade einmal zwei Labortische passt, würde es ermög­lichen, weitere neue Frage­stellungen anzugehen.

FZJ / JOL

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