Deutsche Uni baut Teilchenbeschleuniger für die Hosentasche

Bei Teilchenbeschleunigern haben die meisten Menschen sicher zuerst Bilder der großen Röhren am CERN im Kopf. Deutsche Forscher haben nun allerdings ein solches System entwickelt, das nicht größer als ein herkömmlicher Computer-Chip ist.

Liebling, ich habe den Beschleuniger geschrumpft!

Riesige Teilchenbeschleuniger wie der 27 Kilometer lange ringförmige Tunnel des Large Hadron Collider (LHC) am CERN sind ohnehin die Ausnahme. In der Praxis gibt es zahlreiche viel kleinere Geräte, die beispielsweise in medizinischen Bildgebungsverfahren oder bei der Strahlenbehandlung von Tumoren zum Einsatz kommen. Aber auch diese sind immer noch mehrere Meter groß und die Konstruktionen recht sperrig.

Wissenschaftler der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) haben jetzt einen dielektrischen Laserbeschleuniger entwickelt, dessen Beschleuniger-Kanal nur 225 Nanometer breit ist und dessen Struktur sich auf einen halben Millimeter beschränkt. In ihm werden Teilchen mit extrem kurzen Laser-Pulsen beschleunigt. Beschleuniger-Chip im Größenvergleich Eines der praktischen Entwicklungsziele ist auch hier in der Medizin zu finden. "Die Traumanwendung wäre, einen Teilchenbeschleuniger auf einem Endoskop zu platzieren, um eine Strahlentherapie direkt an der betroffenen Stelle im Körper durchführen zu können", erklärt Tomáš Chlouba, einer der vier Erstautoren der kürzlich veröffentlichten Arbeit zu dem System.

Mehr Energie nötig

Der grundlegende Durchbruch war den Forschern bereits vor zwei Jahren gelungen. Damals gelang es ihnen, die Methode der alternierenden Phasenfokussierung (APF) aus den Anfängen der Beschleunigungstheorie zu nutzen, um den Strom der Elektronen in einem Vakuumkanal über lange Strecken zu steuern. Davon ausgehend wurde dann die Konstruktion des Mini-Beschleunigers in Angriff genommen.

"Mit dieser Technik ist es uns nun gelungen, Elektronen in diesen nanofabrizierten Strukturen auf einer Länge von einem halben Millimeter nicht nur zu leiten, sondern auch zu beschleunigen", erklärt Stefanie Kraus. Man erzielte dabei eine Energie von 12 Kiloelektronenvolt, was einer Steigerung um 43 Prozent entspricht. Für medizinische Anwendungen wird allerdings noch eine hundertfache Steigerung benötigt, was die Forscher aber als realistisches Entwicklungsziel betrachten.


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