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Research & Development
fs-Laser erzeugt ultrakurze Gamma-Pulse
06.07.2012
Ein neues Verfahren zur Erzeugung energiereicher Röntgen- oder Gammapulse beruht auf der Wechselwirkung eines intensiven Femtosekunden-Lasers mit Helium-Gas.
Hochenergie-Röntgen- oder Gammastrahlenbündel für die Forschung werden bisher mit Hilfe großer Teilchenbeschleuniger generiert. Physiker am Labor für angewandte Optik (LOA) der ENSTA ParisTech (École nationale supérieure de techniques avancées) haben experimentell eine einfache und effiziente Methode demonstriert, mit einer kompakten Anordnung Röntgen- oder Gammastrahlen zu erzeugen. Zu den Eigenschaften der Strahlung gehören fs-Pulsdauer, geringe Divergenz, hohe Energie, mikroskalige Quellengröße und große Brillanz. Anwendungen liegen vor allem in der Erforschung der Materie.
Das Funktionsprinzip ist der physikalische Prozess der inversen Compton-Diffusion. Beim konventionellen Compton-Effekt gibt ein Photon seine Energie durch Stoß an ein Elektron ab. Der umgekehrte Prozess besteht darin, Laserphotonen mit relativistischen Elektronen wechselwirken zu lassen. Im Fall einer frontalen Kollision kann die Energie des Photons so stark zunehmen, dass es sofort vom sichtbaren/infraroten Spektralbereich in den Gammastrahlenbereich übergeht.
Diese Methode wird bereits in herkömmlichen Teilchenbeschleunigern eingesetzt. Allerdings lässt sich mit derart großen Quellen keine erhöhte Brillanz erreichen. Mit der neuen, rein optischen Methode konnten am LOA mehr als 10 000 Mal brillantere Gammastrahlenpulse als in bestehenden Quellen produziert werden.
Das demonstrierte Verfahren basiert auf der Wechselwirkung zwischen einem intensiven Femtosekunden-Laser und einem Helium-Gasstrahl. Wenn sich der Laserpuls im Gas ausbreitet, erzeugt er darin eine beschleunigende Ionisations-Struktur, in der ein Elektronenpaket eingefangen und auf einer Strecke von nur 1 mm auf etwa 100 MeV beschleunigt wird.
Der Laserpuls, der dem Elektronenpaket vorausläuft, wird schließlich an einer dünnen Glasscheibe hinter dem Gasstrahl reflektiert und kollidiert mit den Elektronen. Dadurch wird ein intensives Compton-Strahlbündel in Ausbreitungsrichtung des Lasers erzeugt. Die Charakterisierung dieses Strahlungspulses zeigte ein Spektrum vom Röntgen- bis in den Gamma-Bereich. Bei einer Quellengröße von 1 µm lag die Divergenz in der Größenordnung von 1°. Diese erste experimentelle Umsetzung eröffnet Perspektiven für die Entwicklung einer neuen Generation energiereicher Strahlquellen.
Diese Nachricht stammt im Rahmen einer redaktionellen Partnerschaft aus der französischen Fachzeitschrift Photoniques, der folgende Link verknüft zur Quelle.
Photonik 4/2012
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