Laser-Teilchenbeschleunigung im Institut für Strahlenphysik

Kernthema der Gruppe ist die experimentelle und theoretische Untersuchung der Licht-Materie Wechselwirkung im relativistischen Intensitätsregime mit dem Fokus, kompakte und brillante Quellen relativistischer Teilchenstrahlen zu entwickeln und auf ihre Anwendbarkeit beispielsweise im Bereich der Strahlenmedizin zu untersuchen und zu optimieren. In Verbindung mit der Strahlungsquelle ELBE steht die Realisierung optischer Undulatoren im Vordergrund.

Die Abteilung betreibt daher im ELBE Zentrum für Hochleistungsstrahlungsquellen den zweiarmigen 150 Terawatt / Petawatt Ti:Saphir Laser Draco (Dresden laser acceleration source), dessen 30 fs lange Pulse in zwei Experimentierbereichen entweder alleine oder gemeinsam mit den intensiven Elektronenpulsen der Strahlungsquelle ELBE genutzt werden können. Um in Zukunft höchste Laserleistung und Energie gleichermaßen und bei hoher Pulswiederholrate nutzen zu können, liegt ein weiterer Schwerpunkt auf der Entwicklung des diodengepumpten PW Lasers Penelope (Petawatt energy efficient laser for optical plasma experiments).

Die Arbeiten der Gruppe sind aufgrund ihres interdisziplinären Charakters in den Forschungsbereichen Gesundheit ("Krebsforschung") und Materie ("Materie und Technologien" sowie "von Materie zu Materialien und Leben") der Helmholtz Gemeinschaft verankert. Externe Nutzer können zur Zeit über kollaborative Projekte Zugang zu den Hochleistungslasern bekommen.

Laser-Ionen­beschleuni­gung

Intensive fokussierte Laserpulse von DRACO verwandeln Targets aus festem Material in heißes Plasma an dessen Oberfläche Protonen und Ionen zu kinetischen Energien im Bereich vieler 10 MeV beschleunigt werden können. Unser Ziel ist, diese Idee zu kompakten alternativen Beschleunigern für die Krebstherapie zu entwickeln.

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Laser-Elek­tronen­beschleuni­gung und Lichtquellen

Wechselwirken relativistische Laserpulse mit transparenten Plasmen entstehen Beschleunigungsfelder jenseits hunderter GV/m, die die Entwicklung kompakter Beschleunigerkonzepte für ultimative Spitzenströme und innovativer Strahlenquellen stimulieren. Ein Entwicklungsschwerpunkt liegt dabei auf dem Schritt zur Nutzbarkeit.

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Hochleis­tungs­laser DRACO

Mit dem kontinuierlich weiterentwickelten Ultrakurzpuls Hochleistungslaser DRACO steht ein auf die Laserteilchenbeschleunigung zugeschnittenes 150 Terawatt / Petawatt Zweistrahlsystem mit dedizierter Diagnostik zur Verfügung, das in zwei unabhängigen Messumgebungen eingesetzt werden kann.

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Diodengepump­ter Petawatt Laser PENELOPE

Penelope steht für die Entwicklung eines energieeffizienten Hochleistungslasers, der durch Diodenlasertechnologie Petawatt Spitzenleistung und hohe Pulsenergie bei hoher Pulswiederholrate verbindet. Perspektivisch wird das System für die Laser-Ionenbeschleunigung optimiert.

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Computergestützte Strahlen­physik

Unsere Gruppe beschäftigt sich mit der Modellierung, Simulation und Visualisierung von Teilchendynamik und Strahlungsphänomenen im Umfeld der Laser-Teilchenbeschleunigung und entwickelt dazu hochparallele Rechenverfahren.

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Anwendungs­orien­tier­te Laser-Teilchenbeschleuni­gung

Kompakte Teilchenquellen basierend auf lasergetriebenen Plasmen haben sich bezüglich der Lasertechnologie und dem Verständnis der zugrundeliegenden Physik stark weiterentwickelt. Auf dieser Grundlage wird mit dem Laser PENELOPE eine anwendungsorientierte Anlage zur Ionenbeschleunigung aufgebaut.

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