Um die energiereiche Synchrotron-Strahlung zu erzeugen, brauchte man bisher riesige und teure Teilchenbeschleuniger. Doch jetzt haben Physiker erstmals diese röntgenähnliche Strahlung in einem ganz normalen Labor produziert – mithilfe eines Lasers. Vom erfolgreichen Ausgang dieses so genannten „Undulator-Experiments“ berichtet die aktuelle Ausgabe der Fachzeitschrift „Nature physics“.
Synchrotron-Strahlung sind elektromagnetische Wellen, deren Wellenlänge meist im Bereich der Röntgenstrahlung liegen. Zur Erzeugung dieser Strahlung, die vorrangig für Materialuntersuchungen eingesetzt wird, sind bislang riesige Teilchenbeschleuniger-Anlagen notwendig. Weltweit gibt es davon gerade mal einige Dutzend. Doch Physikern aus Jena, Glasgow und Stellenbosch in Südafrika gelang das Experiment nun im Labor des Instituts für Optik und Quantenelektronik (IOQ) – und damit erstmals in kleinem Maßstab. „Ziel war es, mit einem Laser-Teilchenbeschleuniger eine neuartige Synchrotronquelle zu entwickeln. Das ist uns gelungen“, sagt Diplom-Physiker Hans-Peter Schlenvoigt vom IOQ.
Laserstrahl wird „onduliert“
Ausgangspunkt des „Undulator-Experiments“ war ein linearer Titan-Saphir-Laser, der in einen Helium-Gasstrahl fokussiert wird. Dabei werden in Bruchteilen eines Millimeters Elektronen auf Energien beschleunigt, für die sonst mehrere Meter an Beschleunigungsstrecke benötigt werden. Dieser Elektronenstrahl wurde anschließend durch einen so genannten Undulator geschickt. Ein Undulator besteht aus einer Abfolge von Dipolmagneten, die abwechselnd in Nord-Süd-Ausrichtung geschaltet sind. Diese Anordnung versetzt die Elektronen in Wellenbewegungen. Die Arbeitsweise gleicht einem Ondulierstab zum Eindrehen der Haare: Beide Begriffe gehen auf das lateinische Wort „Unda“ für Welle zurück.
Weg frei für „Synchrotron-Strahlung für alle“
Hinter den für das Experiment entwickelten Undulator schalteten die Physiker der Universität Jena zwei Spektrometer so, dass mit ihnen die Synchrotron-Strahlung eindeutig nachgewiesen werden konnte. „Bei unserem Experiment haben wir zunächst die Synchrotron-Strahlung als solche identifiziert und nachgewiesen, dass diese Strahlung in wesentlich kleineren Anlagen als bisher erzeugt werden kann“, sagt Hans-Peter Schlenvoigt. Der Vorteil liege klar auf der Hand: Auch kleinere Forschungseinrichtungen und Universitäten werden sich zukünftig Synchrotron-Strahlungsquellen leisten können.
Die Idee zum „Undulator-Experiment“ kam von schottischen Physikern um Dino Jaroszynski von der University of Strathclyde in Glasgow. Mit ihrem Projekt „Alpha-X“ wandten sie sich im Rahmen des Laserlab Europe-Austauschprogrammes nach Jena, wo das nötige Know-how vorhanden ist. „Ähnliche Experimente in anderen Ländern waren zuvor fehlgeschlagen“, sagt Schlenvoigt. Beteiligt am erfolgreichen Experiment waren zudem Erich Rohwer aus Stellenbosch und die Jenaer Physiker Kerstin Haupt, Alexander Debus, Fabian Budde, Oliver Jäckel, Sebastian Pfotenhauer und Heinrich Schwoerer.
(Universität Jena, 08.02.2008 – NPO)
