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3,2 Millionen Euro für Ausbau von Jülicher Kurzpuls-Photonenzentrum JuSPARC

Jülich, 25. Juni 2018 – Das Forschungszentrum Jülich erhält 3,2 Millionen Euro für den Ausbau seines Kurzpuls-Photonenzentrums JuSPARC (von engl. „Jülich Short-Pulsed Particle Acceleration and Radiation Center“). JuSPARC wird neuartige Möglichkeiten bieten, ultraschnelle physikalische Phänomene zu untersuchen, die insbesondere für die Informationstechnologie, aber auch die Festkörper- und Energieforschung von Interesse sind. Der Ausbau erfolgt unter dem Dach der neuen Forschungs- und Entwicklungsplattform für Beschleunigertechnologien ATHENA („Accelerator Technology HElmholtz iNfrAstructure”), deren Förderung die Helmholtz-Gemeinschaft (HGF) am 12. Juni beschlossen hat.

Die sechs an Beschleunigertechnologien arbeitenden Forschungszentren der HGF haben sich darin zusammengeschlossen, um kompakte Plasmabeschleuniger als kostengünstige Alternative zu teuren Großforschungsanlagen für wissenschaftliche Anwendungen zu realisieren. Gemeinsam wollen die Helmholtz-Zentren zwei deutsche Leuchtturmprojekte aufbauen, die auf innovativen plasmabasierten Teilchenbeschleunigern und hochmoderner Lasertechnologie basieren: bei DESY in Hamburg eine Elektronen- und am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf eine Hadronen-Beschleunigeranlage. JuSPARC wird einige der dafür notwendigen Entwicklungsarbeiten übernehmen und nutzungsreife Entwicklungen aus den Leuchtturmprojekten im Forschungszentrum Jülich für die Forschung zugänglich machen.

Zunächst wird JuSPARC im August in einer ersten, schon länger geplanten Ausbaustufe mit zwei leistungsstarken Lasern ausgerüstet. Ziel dieser Maßnahme ist es, möglichst viele Photonenpulse pro Sekunde zu erzeugen. Photonen sind Licht- oder Röntgenteilchen.

Ein Laser des französischen Unternehmens Thales mit einer Pulsleistung im Terawatt-Bereich erzeugt extrem kurze Lichtpulse von weniger als 30 Femtosekunden Dauer. 1 Femtosekunde ist das Millionstel einer Milliarstel Sekunde. Die Pulse sind so intensiv, als würde das komplette Licht der Sonne auf die Spitze eines Bleistifts scheinen. Damit werden sich mittels Konversionstargets ähnlich intensive Röntgenpulse erzeugen lassen wie an konventionellen Synchrotron-Großforschungsanlagen. Ein zweiter Laser der Fraunhofer-Ausgründung AMPHOS erzielt eine besonders hohe Wiederholrate von 10 Millionen ultrakurzen Laserpulsen pro Sekunde und wird elementspezifische Untersuchungen der Elektronendynamik in Festkörpern ermöglichen.

Im Rahmen von ATHENA soll JuSPARC weiter ausgebaut werden, um damit noch höhere Photonenenergien zu erzielen. Dies erfordert zunächst die Beschleunigung von Elektronen mit Hilfe der intensiven Laserpulse aus der ersten Ausbaustufe. Die hochenergetischen Elektronen können dann – ähnlich wie an den klassischen Synchrotrons – Photonen bis in den keV-Bereich abstrahlen. 

Langfristig ist geplant, auch Hadronen zu beschleunigen, etwa Protonen, und insbesondere erstmals polarisierte Teilchenstrahlen mit Lasern zu erzeugen, um weitere Möglichkeiten für die teilchenphysikalische Grundlagenforschung zu bieten. Hierfür werden im Rahmen von ATHENA Forscher und Ingenieure des Peter Grünberg Instituts und des Instituts für Kernphysik in enger Zusammenarbeit neuartige polarisierte Targets entwickeln, aus denen sich mit Hilfe intensiver Laserpulse die polarisierten Strahlen herausbeschleunigen lassen sollen.

So funktioniert ein Laserbeschleuniger:

Zur Erzeugung des Teilchenstrahls schießt ein Laser auf eine dünne Folie oder in einen Gas-Jet. Die hohe Energie führt dazu, dass sich die Elektronen beim Auftreffen des Laserpulses von den Atomkernen lösen. Zwischen den positiv geladenen Atomrümpfen und der dahinter liegenden, negativ geladenen Elektronenwolke bildet sich ein elektromagnetisches Feld aus. Dieses Feld ist etwa eine Million Mal stärker als das konventioneller Teilchenbeschleuniger und daher in der Lage, die Atomkerne auf kürzester Distanz zu beschleunigen.

Weitere Informationen:

Projektwebsite (engl.) zu JuSPARC auf der Website des Peter Grünberg Instituts  - Elektronische Eigenschaften (PGI-6)

Pressemitteilung des Deutsches Elektronen-Synchrotron

Ansprechpartner:

Prof. Dr. Markus Büscher
Peter Grünberg Institut - Elektronische Eigenschaften (PGI-6)
Tel. 02461 61-6669
E-Mail: m.buescher@fz-juelich.de

Pressekontakt:

Angela Wenzik, Wissenschaftsjournalistin
Forschungszentrum Jülich
Tel: 02461 61-6048
E-Mail: a.wenzik@fz-juelich.de