Neuartiges Lasersystem zur Produktion von Röntgenstrahlung entwickelt

10. November 2014, 18:11
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Stärkerer Fluss von Röntgen-Photonen soll künftig präzisere Messungen möglich machen

Wien - Forscher der Technischen Universität (TU) machen aus langwelligem Infrarotlicht harte, kurzwellige Röntgenstrahlen: Sie haben eine neuartige Röntgenquelle entwickelt, die auf einem Tisch Platz hat und präzisere Messungen in vielen Forschungsbereichen ermöglichen soll, berichten die Wissenschafter im Fachjournal "Nature Photonics".

Wenn man Vorgänge, die in extrem kurzer Zeit ablaufen, untersuchen will, braucht man sehr kurze Röntgenblitze - die Wissenschafter sprechen von "Pulsen". Solche kurzen Röntgenpulse entstehen, wenn man Metall mit kurzen Laserblitzen beschießt. Die Laserphotonen (Lichtteilchen) reißen Elektronen aus den Atomen des Metalls und diese senden dann Röntgenstrahlung aus.

Infrarot-Laser

Audrius Baltuska vom Institut für Photonik der TU Wien und seinem Team ist es gelungen, diese Methode deutlich zu verbessern. Mit Hilfe eines neuentwickelten Infrarot-Lasers konnten sie den Strom an Röntgen-Photonen sehr stark erhöhen.

Die Forschungsgruppe entwickelte ein Lasersystem, das hochintensive Strahlung im mittleren Infrarot-Bereich erzeugt. Diese wird auf eine Kupferplatte gerichtet. Aufgrund der hohen Intensität des Laserstrahls werden Elektronen aus den Kupferatomen gerissen. Das elektrische Feld des Laserlichts kehrt die Richtung der Elektronen um, beschleunigt sie und lässt sie mit hoher Energie wieder auf das Kupfer treffen - dabei entsteht Röntgenstrahlung.

Das Infrarot-Laserlicht hat eine Wellenlänge von vier Mikrometern, also weit größer als jene von sichtbarem Licht. Damit wird harte Röntgenstrahlung mit einer Wellenlänge im Picometer-Bereich erzeugt, viel kürzer als die Wellenlänge des sichtbaren Lichts.

Weltrekord

Je länger die Wellenlänge des Laserlichts, umso höher ist die Flussstärke der Röntgenstrahlung. Denn bei einer langen Wellenlänge kann sich das Elektron lange im Laserfeld bewegen, bevor es zu den Kupferatomen zurückkehrt. Es hat dann mehr Zeit, um Energie zu gewinnen, und trifft umso härter auf dem Kupfer auf.

Bisher wurden Experimente mit einem gewöhnlichen 0,8-Mikrometer-Laser durchgeführt. Der von den Wiener Forschern entwickelte Laser sendet Pulse mit fünf Mal so langer Wellenlänge aus, wodurch sich nach Angaben der Wissenschafter ein 25-mal so starker Fluss von Röntgen-Photonen ergibt.

Mit der hohen Lichtintensität halten die Wissenschafter bei dieser Wellenlänge mit ihrem Laser den Weltrekord, denken aber bereits an weitere Verbesserungen: Sie wollen noch größere Wellenlängen erreichen und außerdem die Rate erhöhen, mit der der Laser Pulse aussendet. "Derzeit schaffen wir eine Wiederholungsrate von 20 Laserpulsen pro Sekunde", so Baltuska. "Das reicht wunderbar aus, um zu zeigen, dass die Methode funktioniert. Aber für technische Anwendungen müssen wir das noch verbessern." (APA/red, derStandard.at, 10.11.2014)

  • Optischer Tisch an der TU Wien.
    foto: tu wien

    Optischer Tisch an der TU Wien.

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