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entdeckt_01_2016

PENELOPE: Mit diesem neuen Laser (Petawatt - ENergy Efficient Laser for Optical Plasma Experiment) wollen die HZDR-Forscher Protonen auf Energien beschleunigen, die für die Krebstherapie relevant sind. Bis zu den ersten Experimenten werden noch mehrere Monate vergehen. Foto: Oliver Killig Hoffnung auf den Superlaser Um die Protonen einzufangen und zu Teilchenpulsen zu bün- deln, haben die Forscher hinter der Folie einen Spezialmagneten installiert – eine Magnetspule mit kräftigen Wicklungen, durch die starke Strompulse hindurchgejagt werden. Ein Magnetfeld von bis zu 30 Tesla fängt die Protonenpulse ein und fokussiert sie in die gewünschte Richtung. Anschließend vermessen Detektoren die Pulse. Damit können die Fachleute erkennen, wie gut ihnen ein Experiment gelungen ist. „Das Prinzip funktioniert, das konnten wir bereits zeigen“, sagt Zeil. „Wir haben Protonen auf 20 MeV beschleunigt, und zwar auf einer Strecke von wenigen Mikrometern.“ Für die Anwen- dung in einer Klinik braucht es allerdings die zehnfache Teil- chenenergie. Um diese zu schaffen, versuchen die Forscher, die Methode in mehrfacher Hinsicht zu verbessern. So ist unklar, welche Art von Targets sich am besten eignet. Unter anderem untersuchen die Dresdner Forscher kunststoffbe- schichtete Metallfolien, aber auch tiefgekühlte „Drähte“ aus gefrorenem Wasserstoff. KONTAKT _Nachwuchsgruppe Laser-Elektronen- beschleunigung am HZDR Dr. Arie Irman a.irman@hzdr.de _Nachwuchsgruppe Laser-Ionen- beschleunigung am HZDR Dr. Karl Zeil k.zeil@hzdr.de entdeckt 01 .16 TITEL Die wichtigste Strategie aber lautet: noch stärkere Laserblit- ze. Damit sollten sich die Ionen auf deutlich höhere Energien beschleunigen lassen. Die Weichen dafür sind bereits gestellt. Karl Zeil geht zu einem Raum, der nahezu doppelt so groß ist wie das DRACO-Laserlabor. Noch ist er ziemlich leer, doch erste Komponenten sind bereits installiert. „Hier wird gerade PENELOPE aufgebaut, unser neuer Hochleistungslaser“, erläu- tert Zeil. „Er basiert auf der hocheffizienten Diodenlasertech- nik und wird bei gleicher Leistung wie DRACO deutlich längere Lichtpulse erzeugen – 150 statt 30 Femtosekunden.“ Diese längeren Pulse sollten sich – so sagen zumindest Computersimulationen voraus – besonders gut für die Ionenbeschleunigung eignen. „Mit PENELOPE wollen wir therapierelevante Protonen-Energien erreichen“, sagt Zeil. „In zwei bis drei Jahren hoffen wir zu wissen, ob die Metho- de unsere Erwartungen erfüllt und ob es sich lohnt, einen klinischen Prototyp zu bauen.“ Einen konkreten Plan dafür gibt es bereits: Der Prototyp soll im OncoRay-Zentrum entstehen, einer Gemeinschaftseinrichtung von HZDR, Universitätsklini- kum und TU Dresden. An einem kombinierten Bestrahlungs- platz ließe sich dann die neue Technik direkt mit der alten vergleichen – Laserpulse versus Radiowellen. Und im Prinzip könnten irgendwann auch die Hochleistungslaser, die bislang noch große Räume füllen, deutlich kompakter gebaut werden. „Die Entwicklung läuft erst seit relativ kurzer Zeit“, sagt Zeil. „Das Potenzial ist noch enorm.“ PUBLIKATIONEN: K. Zeil u.a.: „Direct observation of prompt pre-thermal laser ion sheath acceleration“, in Nature Communications 2012 (DOI: 10.1038/ncomms1883) K. Zeil u.a.: “Dose-controlled irradiation of cancer cells with laser-accelerated proton pulses”, in Ap- plied Physics B – Lasers and Optics 2012 (DOI 10.1007/s00340-012-5275-3) A. Jochmann, A. Irman u.a.: "High resolution energy-angle correlation measurement of hard X-rays from laser- Thomson backscattering", in Physical Review Letters 2013 (DOI: 10.1103/ PhysRevLett.111.114803)

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