Helle Röntgenblitze im Laserlabor geschaffen

11. Juni 2012, 22:00
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TU Wien: Gewonnene Röntgenstrahlung deckt breiten Energiebereich ab und eignet sich für viele verschiedene Anwendungen

Wien - An der TU Wien wurde eine Methode entwickelt, um helle Laserpulse im Röntgenbereich zu erzeugen - ein "Durchbruch in der Laserforschung", wie die TU vergangene Woche in einer Aussendung bekannt gegeben hat. Die dadurch gewonnene Röntgenstrahlung decke einen breiten Energiebereich ab und eigne sich daher bestens für viele verschiedene Anwendungen - von der Materialwissenschaft bis zur Medizin. "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", so Audrius Pugzlys.

Ähnliche Arten von Strahlung konnten bisher nur in großen Teilchenbeschleunigern (Synchrotrons) hergestellt werden - nun ist dies auch im Laserlabor des Instituts für Photonik gelungen. Details zur neuen Technologie wurden in der aktuellen Ausgabe des Magazins "Science" publiziert.

Anregung zum Röntgen-Leuchten

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 Andrius Baltuska 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.

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 (USA), der Cornell University (USA) und der Universidad de Salamanca (Spanien).

Kombinierte Energie

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 5.000 Photonen niederer Energie zu einem extrem hochenergetischen Röntgen-Photon.

"Ein Synchrotron liefert zwar 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. (red, derStandard.at, 11.6.2012)

  • Audrius Pugzlys im Laserlabor des Instituts für Photonik - dort gelang die Erzeugung heller Laserpulse im Röntgenbereich.
    foto: tu wien

    Audrius Pugzlys im Laserlabor des Instituts für Photonik - dort gelang die Erzeugung heller Laserpulse im Röntgenbereich.

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