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Jena/Osaka. An der Entwicklung eines leistungsfähigen Röntgenlasers arbeiten Physiker der Universität Jena mit; das multinationale Großprojekt wird von japanischen Wissenschaftlern in Osaka koordiniert. Mit der extrem kurzwelligen, aber hochintensiven Strahlung soll bis in die Atomstruktur von Materie - auch im flüssigen Medium - hineingeleuchtet werden.
Innerhalb des sogenannten "Wasserfensters" absorbieren die Kohlenstoffatome in organischer Materie die Strahlung sehr gut, während das Lösungsmittel Wasser unsichtbar bleibt; dank dieses natürlichen Effekts könnte man mit Röntgenlasern submikroskopische Untersuchungen anstellen und etwa für die Arzneimittelforschung oder die Synthesechemie ungeahnte Perspektiven eröffnen. "In drei bis fünf Jahren wollen wir soweit sein", hofft Prof. Dr. Eckhart Förster, und wünscht sich, daß ,seine' Forschergruppe in Osaka den Wettlauf gegen die amerikanische Konkurrenz gewinnt. "Im Moment haben wir die Nase vorn", weiß er, "aber auch in Livermore war man schon im Wasserfenster."
Im Prinzip funktioniert ein Röntgenlaser so ähnlich wie ein herkömmlicher Lichtlaser. Wichtigster Unterschied: Während ,normale' Laser einen stark gebündelten Lichtstrahl im sichtbaren Wellenlängenbereich zwischen 400 und 800 Nanometern aussenden, darf der Strahl des Röntgenlasers nicht einmal ein Hunderstel dieser Wellenlänge erreichen; nur zwischen 2,3 und 4,4 Nanometer öffnet sich das ominöse Wasserfenster. Der aktuelle Forschungsstandard liegt bei 10 bis 50 Nanometern; lediglich in Osaka und Livermore ist man schon weiter.
"Für uns allein wäre diese irrsinnig teure Grundlagenforschung gar nicht zu bewältigen", gesteht Eckhart Förster, "nur in internationaler Zusammenarbeit wie hier mit Japanern, Franzosen und Chinesen haben wir überhaupt eine Chance." In einer Maschinenhalle mit den Ausmaßen eines Fußballfeldes steht am Institute of Laser Engineering der Universität Osaka die Anlage GEKKO XII, ein Lichtlaser mit zwölf Strahlen und einer Gesamtleistung von 25 Billionen Watt. GEKKO XII dient üblicherweise zur Plasma- und Fusionsforschung, bei der diese gewaltige Leistung auf einen winzigen Punkt fokussiert wird.
Warum starke Lichtlaser als Hilfsmittel benötigt werden, um einen gerichteten, ultrakurzwelligen Röntgenstrahl zu erzeugen, erklärt sich aus dem Aufbau des neuen Lasers. Nicht in einem Kristall wie beim Lichtlaser werden Atome angeregt, um dann ihre Strahlung gebündelt abzugeben, sondern in einem Plasmaschlauch: einer winzigen Strecke aus brodelnder Materie, die für eine halbe Milliardstel Sekunde auf der Oberfläche eines Wolframquaders entsteht, wenn sie mit hochintensiven Lichtlasern beschossen wird. Für diesen 50 Millionen Grad Celsius heißen Plasmaschlauch benötien die Forscher die japanische Monsteranlage - und 10.000 mal mehr Energie als für den Betrieb eines ,normalen' Hochleistungs-Lichtlasers.
Bei ihren jüngsten Experimenten generierten die Forscher den Röntgenstrahl sogar mit einem System aus zwei Plasmaschläuchen im Abstand von 30 mm, die sie auf wenige milliardstel Sekunden genau eintakteten. Das beste Ergebnis: Für eine Nanosekunde entstand ein starker Röntgenstrahl mit 0,06 Grad Schärfe bei einer Wellenlänge von nur 4,38 Nanometern - im ersehnten "Wasserfenster" also. Mehrere weitere ,Schüsse' lagen ganz in der Nähe zwischen 4,6 und zehn Nanometern. Das Ziel ist es nun, noch höhere Intensitäten bei noch kürzeren Wellenlängen zu erzeugen. "Dazu müssen wir die Parameter für den Versuchsaufbau weiter optimieren", erklärt Prof. Förster. Ihm und seinem Doktoranden Dipl.-Phys. Randolf Butzbach kommt bei dieser Auf-gabe eine Schlüsselrolle zu, denn die Jenaer sind für die Diagnose der Plasmaschläuche zuständig.
Dank ihrer Erfahrungen in der Röntgendiffraktometrie und -spektroskopie ergänzen sie sich mit der Gruppe der japanischen Laser-Spezialisten um Prof. Hiroyuki Daido in idealer Weise. "Aber wir bringen auch sonst keine schlechten Voraussetzungen mit", bemerkt Förster. Die erforderliche Spektroskopie-Ausrüstung für die Arbeit in Osaka haben die Werkstätten der Jenaer Physikalisch-Astronomischen Fakultät maßgefertigt. "Dafür bezahlen die Japaner die Stromrechnung allein", schmunzelt Förster, "jeder Laserschuß kostet rund 15.000 Mark."
Ansprechpartner:
Prof. Dr. Eckhart Förster
Tel.: 03641/947260, Fax: 947262
e-mail: foerster@roentgen.physik.uni-jena.de
Friedrich-Schiller-Universität
Referat Öffentlichkeitsarbeit
Dr. Wolfgang Hirsch
Fürstengraben 1
07743 Jena
Tel.: 03641/931031
Fax: 03641/931032
e-mail: h7wohi@sokrates.verwaltung.uni-jena.de
Criteria of this press release:
Mathematics, Physics / astronomy
transregional, national
Research results
German
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