Plasmabeschleunigung

Diese neue Technik beruht darauf, dass eine Plasmawelle in einer schmalen Röhre erzeugt wird – zum Beispiel mit energiereichen Teilchenpaketen oder Laserpulsen. Das Prinzip funktioniert ähnlich wie bei einem Motorboot auf einem See: Das Boot verdrängt das Wasser und erzeugt hinter sich eine Kielwelle. Wie ein Wakeboard-Surfer nehmen die Elektronen auf der positiv geladenen Plasmawelle im Kielwasser extrem Fahrt auf. Die Welle zieht die frei beweglichen Elektronen so stark mit, dass auf extrem kurzem Weg extrem hohe Energie erreicht wird. „Auf einer Strecke von nur vier Millimetern können wir Elektronen auf 400 Millionen Elektronenvolt bringen – ein konventioneller Beschleuniger müsste dafür einige Dutzend Meter lang sein“, sagt Andreas Maier, der bei DESY als Leiter des KALDERA-Projekts an der Entwicklung von Laser-Plasmabeschleunigern arbeitet. DESY ist mit dem Entwicklungsstand mit an der Weltspitze: „Die Zeit ist reif, um die Laser-Plasmabeschleunigung aus dem Labor zur Anwendung zu führen“, sagt DESYs Beschleunigerdirektor Wim Leemans.

 

Terahertz-Trick

Einen anderen Weg bei Mini-Beschleunigern geht das Team um DESYs Leitenden Wissenschaftler Franz Kärtner: Die Forscherinnen und Forscher nutzen kurzwellige Terahertz-Strahlung. „Deren Wellenlänge ist rund hundertmal kürzer als bei den bisher üblichen Radiowellen. Dadurch können auch die Komponenten rund hundertmal kleiner werden”, erläutert Kärtner. Dank des Terahertz-Tricks sind seine Beschleunigermodule kleiner als eine Kugelschreibermine. Die experimentelle Technik soll einmal ultrakompakte Elektronenquellen, handliche Röntgenlaser und andere Anwendungen ermöglichen.

 

Chip-Beschleuniger

Noch einen Schritt weiter geht das Projekt ACHIP, das von der Betty-und-Gordon-Moore-Stiftung gefördert wird. In dem internationalen Verbund arbeiten Fachleute daran, einen Teilchenbeschleuniger auf einem Mikrochip zu realisieren. Dazu verwenden sie für die Beschleunigung Strahlung mit noch kürzerer Wellenlänge, etwa ultrakurze Laserblitze. Bei DESY, das ebenfalls am ACHIP-Projekt beteiligt ist, sollen unter anderem die Komponenten getestet werden. Eine Zukunftsvision des Projekts ist ein Röntgenlaser für die Westentasche, mit dem sich Proteine und andere wichtige Proben durchleuchten lassen.