Challenge #10

Teilchenbeschleuniger tausendmal kleiner bauen, als sie heute sind.

Teilchenbeschleuniger fungieren als wichtige Forschungswerkzeuge, sind aber groß und teuer. Wir bringen sie auf Miniatur-Format, machen sie mobil und erschließen vollkommen neue Anwendungsfelder.

Ob für Grundlagenforschung, Medizin oder die Entwicklung neuer Materialien – Teilchenbeschleuniger sind in Wissenschaft und Technik kaum wegzudenken. Bislang sind die Anlagen allerdings groß und kostspielig. Denn bisher bringen starke Radiowellen die Teilchen auf Touren, und das braucht Platz. Die Alternative ist Plasmabeschleunigung: Kurze, starke Laserblitze oder Elektronen-Pulse feuern in ein Plasma elektrisch geladenes Gas. Dort erzeugen sie eine Art Kielwelle wie bei einem Schiff, die Teilchen auf kürzester Distanz beschleunigen kann.

Die Perspektive: Eine Anlage, die heute hunderte Meter lang ist, kann auf Metermaß schrumpfen und mit Künstlicher Intelligenz ihren Betrieb selbst optimieren. Beim Deutschen Elektronen-Synchrotron DESY arbeiten wir daran, die Technologie praxisreif zu machen und die Qualität der Teilchenstrahlen zu perfektionieren. Eins der Ziele: Ultrastarke, kompakte Beschleuniger, die in den Laborkeller einer Universität, eines Startups oder in ein Krankenhaus passen. Die fertigen Geräte werden dort für Bildgebung und Therapie eingesetzt und untersuchen Nanomaterialien und Biomoleküle höchst detailliert.

(Headerbild: DESY, Science Communication Lab)

Foto: DESY/Heiner Müller-Elsner

DESY-Physiker Jens Osterhoff zeigt die Plasmazelle eines Plasmabeschleunigers neben den Beschleunigermodulen eines hochmodernen, supraleitenden konventionellen Teilchenbeschleunigers.

Die Plasmazelle besteht aus zwei Saphirblöcken, in die mit einem Laser jeweils eine halbrunde Kerbe gefräst wurde. Beide sind so zusammengesetzt, dass ein mehrere Zentimeter langer kreisrunder Hohlraum mit einem Durchmesser von 250 Mikrometern entsteht. Dieser Hohlraum wird dann mit Wasserstoff gefüllt, aus dem das Plasma erzeugt wird. Der Beschleunigerphysiker Jens Osterhoff und sein Team nutzen den Elektronenstrahl aus dem FLASH-Beschleuniger für Versuche mit Plasmazellen.

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