Beschleuniger-Forschung und -Entwicklung

Forschungsbereich: Materie > Materie und Technologien - Alle Themen

Moderne Beschleunigeranlagen stellen eine entscheidende Zukunftstechnologie dar, denn sie sind für die erfolgreiche Beantwortung der großen Fragen unserer Zeit unabdingbar. Beschleunigeranlagen kommen nicht nur in der Grundlagenforschung, sondern auch in der Materialforschung, den Bio- und Nanowissenschaften und in medizinischen Anwendungen wie zum Beispiel der Krebstherapie zum Einsatz. Die Entwicklung neuartiger Beschleuniger ist bereits heute und wird auch in Zukunft ein Motor für das Erschließen neuer Felder in der Hochtechnologie sein. Innerhalb der Helmholtz-Gemeinschaft haben sich die Zentren aus Hamburg, Darmstadt, Berlin, Jülich, Karlsruhe und Dresden zusammengeschlossen, um ihre Synergien in diesem Bereich optimal zu nutzen.

Das HZDR beheimatet Sachsens größtes Forschungsgerät: den supraleitenden ELBE-Beschleuniger (Elektronen-Linarbeschleuniger mit hoher Brillanz und geringer Emittanz) im gleichnamigen Zentrum für Hochleistungs-Strahlenquellen ELBE. Dieser ermöglicht schon heute die Beschleunigung von ultrakurzen Elektronenpaketen mit einer Qualität, die es Wissenschaftlern erlaubt, in kürzerer Zeit deutlich mehr und bessere Experimente durchzuführen als an vergleichbaren normalleitenden Beschleunigern. Ein besonderer Forschungsschwerpunkt am HZDR ist die Entwicklung von supraleitenden Elektronenquellen. Diese stellen für ELBE ebenso wie für zukünftige Beschleunigerprojekte weltweit eine Schlüsselkomponente dar. Auch die Frage, wie extrem kurze Elektronen-, aber auch Terahertz-Pulse erzeugt, kontrolliert und diagnostiziert werden können, beschäftigt mehrere Arbeitsgruppen im Institut für Strahlenphysik des HZDR.

Im Rahmen des Themas "Beschleunigerforschung und -entwicklung" arbeiten die Forscher zudem an neuartigen Methoden der Teilchenbeschleunigung mit Hochleistungslasern. Dafür steht am HZDR der DRACO-Laser mit einer Leistung von einem Petawatt zur Verfügung und das moderne diodengepumpte Lasersystem PENELOPE befindet sich im Aufbau. Damit bietet sich die Chance, im ELBE-Zentrum die Elektron-Photon-Wechselwirkung zu untersuchen und neuartige Konzepte für Beschleuniger mit ultrahohen Gradienten oder für Kreisbeschleuniger zu entwickeln.

Pressemitteilungen

• Wenn Elek­tronen­ auf der Welle reiten
• Helmholtz-Gemein­schaft fördert ATHENA-Projekt mit 29,99 Mio. Euro
• Graphen ermöglicht Taktraten im Terahertz-Bereich
• Extrem klein und schnell: Laser zündet heißes Plasma
• Wie der Teilchenstrahl seine Struktur bekommt
• Mit starken Lasern zur Fusion
• Laser-Plasmabeschleuniger ohne Limits
• Supralei­ter unter die Lupe genommen
• Sieben auf einen Puls
• Dynamisch und doch träge – aber definitiv futuristisch
• Zeitreise zum Urknall
• Mehr Power durch Goldlamellen: For­schungs­team entwickelt neues Material­system zur Umwand­lung und Erzeu­gung von Terahertz-Wellen
• Digitale Grenzgänger: CASUS am weltweit größten Supercompu­ter Fron­tier­ beteiligt
• Dresdner Team am JUWELS Booster: HZDR-Forscher­*innen testen Rechenkraft von Europas leis­tungs­fähigstem Supercompu­ter
• Dem Unbekannten auf der Spur: Ehemalige HZDR-Doktorandin erhält Preis der Amerikanischen Physikalischen Gesell­schaft
• Die Entstehung der Elemente gemeinsam ergründen
• Spuren(elemente) kosmischer Explosionen
• Doppelwelle für Elek­tronen­schwung: For­schungs­team präsen­tier­t einen neuen Typ Teilchenbeschleuniger
• Schnellerer Weg zu synthetischen Daten gesucht
• Schubkraft für Spitzen­for­schung aus Deutschland
• Kohlenstoff im Röntgenblick: Neues Mess­verfahren ­verspricht spektakuläre Erkenntnisse über das Innenleben von Planeten
• IReNA: Das Netzwerk der Netzwerke
• Medizinische Radioisotope bei extremer Energiedichte erzeugen
• Krebs­for­schung mit Laserblitzen - For­schungs­team schafft Meilenstein bei der Bestrah­lung mit Protonen
• Schnelleres Licht für die Spitzen­for­schung aus Deutschland
• Meilenstein für die Lasertechnik: von plasmabeschleunigten Teilchen angetriebener Freie-Elek­tronen­-Laser
• Erzeu­gung energiereicher, lasergetriebener Ionen ebnet den Weg für Beschleuniger der nächsten Generation
• Mehr Quanteneffizienz für höchste Brillanz
• Frostiger Wasserstoff als Zielscheibe: Neues Verfahren ­verbessert die Protonen­beschleuni­gung mit Laserblitzen
• Materie aus dem Nichts
• In memoriam Eckart Grosse
• Meilenstein in der Plasmabeschleuni­gung: HZDR-Team erzielt Energierekord für Protonen­beschleuniger der nächsten Generation

Beteiligte HZDR-Institute

• Institut für Strahlenphysik
• Institut für Ionenstrahlphysik und Materialforschung

Kooperationspartner

• Karlsruher Institut für Techno­logie
• Deutsches Elek­tronen­-Synchrotron DESY
• Helmholtz-Zentrum Berlin für Material­ien und Energie
• For­schungs­zentrum Jülich
• GSI Helmholtz­zentrum für Schwerionen­for­schung

Ansprechpartner

• Prof. Dr. Peter Michel
• Prof. Dr. Thomas Cowan
• Prof. Dr. Ulrich Schramm

Publikationen

• Ziegler, T.; Göthel, I.; Assenbaum, S. u. a.
  Laser-driven high-energy proton beams from cascaded acceleration regimes
  Nature Physics (2024) (10.1038/s41567-024-02505-0)
• Dover, N. P.; Ziegler, T.; Assenbaum, S. u. a.
  Enhanced ion acceleration from transparency-driven foils demonstrated at two ultraintense laser facilities
  Light: Science and Applications 12(2023), 71 (10.1038/s41377-023-01083-9)
• Herklotz, A.; Stefania Rus, F.; Koch, M. M. u. a.
  Epitaxial Stabilization of Perovskite ATeO3 Thin Films
  Coatings 13(2023)12, 2055 (10.3390/coatings13122055)
• Chang, Y.-Y.; Couperus Cabadağ, J. P.; Debus, A. u. a.
  Reduction of the electron beam divergence of laser wakefield-accelerators by integrated plamsa lens
  Physical Review Applied 20(2023), L061001 (10.1103/PhysRevApplied.20.L061001)
• Rehwald, M.; Assenbaum, S.; Bernert, C. u. a.
  Ultra-short pulse laser acceleration of protons to 80 MeV from cryogenic hydrogen jets tailored to near-critical density
  Nature Communications 14(2023), 4009 (10.1038/s41467-023-39739-0)
• Metzkes-Ng, J.; Brack, F.-E.; Kroll, F. u. a.
  The DRESDEN PLATFORM – A Research Hub for Ultra-high Dose Rate Radiobiology
  Scientific Reports 13(2023)1, 20611 (10.1038/s41598-023-46873-8)
• Paschke-Brühl, F.-L.; Kluge, T.; Marre, B. E. u. a.
  Heating in multi-layer targets at ultra-high intensity laser irradiation and the impact of density oscillation
  New Journal of Physics 25(2023), 043024 (10.1088/1367-2630/accdfa)
• Zobus, Y.; Brabetz, C.; Löser, M. u. a.
  Versatile, compact chirped pulse amplifier pump system for ultrafast optical parametric amplifiers
  Optics Express 31(2023)3, 5002-5015 (10.1364/OE.477610)
• Zobus, Y.; Brabetz, C.; Hornung, J. u. a.
  Millijoule Ultrafast Optical Parametric Amplification as Replacement for High-Gain Regenerative Amplifiers
  High Power Laser Science and Engineering 11(2023), e48 (10.1017/hpl.2023.30)
• Falk, K.; Smid, M.; Boháček, K. u. a.
  Laser‑driven low energy electron beams for single‑shot ultra‑fast probing of meso‑scale materials and warm dense matter
  Scientific Reports 13(2023), 4252 (10.1038/s41598-023-30995-0)
• Pérez-Callejo, G.; Bouffetier, V.; Ceurvorst, L. u. a.
  Phase imaging of irradiated foils at the OMEGA EP facility using phase-stepping X-ray Talbot-Lau deflectometry
  High Power Laser Science and Engineering 11(2023), e49 (10.1017/hpl.2023.44)
• Ma, S.; Arnold, A.; Michel, P. u. a.
  The application of encoder–decoder neural networks in high accuracy and efficiency slit-scan emittance measurements
  Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 1050(2023), 168125 (10.1016/j.nima.2023.168125)
• Hidding, B.; Assmann, R.; Bussmann, M. u. a.
  Progress in Hybrid Plasma Wakefield Acceleration
  Photonics 10(2023)2, 99 (10.3390/photonics10020099)
• Zhou, F.; Adolphsen, C.; Dowell, D. u. a.
  Overview of CW electron guns and LCLS-II RF gun performance
  Frontiers in Physics 11(2023), 1150809 (10.3389/fphy.2023.1150809)
• Xiang, R.; Arnold, A.; Lewellen, J. W.
  Superconducting radio frequency Photoinjectors for CW-XFEL
  Frontiers in Physics 11(2023), 1166179 (10.3389/fphy.2023.1166179)
• Perez-Martin, P.; Prencipe, I.; Sobiella, M. u. a.
  A novel multi-shot target platform for laser-driven laboratory astrophysics experiments
  High Power Laser Science and Engineering 11(2023), e17 (10.1017/hpl.2023.8)
• Schaber, J.; Xiang, R.; Arnold, A. u. a.
  Impact of various cleaning procedures on p-GaN surfaces
  Surface and Interface Analysis 55(2023), 507-514 (10.1002/sia.7207)
• Maalberg, A.; Kuntzsch, M.; Zenker, K. u. a.
  Regulation of electron bunch arrival time for a continuous-wave linac: Exploring the application of the H2 mixed-sensitivity problem
  Physical Review Accelerators and Beams 26(2023)7, 072801 (10.1103/PhysRevAccelBeams.26.072801)
• Bock, S.; Oksenhendler, T.; Püschel, T. u. a.
  Spectral-temporal Measurement Capabilities of Third-order Correlators
  Optics Express 31(2023)6, 9923-9934 (10.1364/opticaopen.21922056)
• Schaber, J.; Xiang, R.; Teichert, J. u. a.
  Influence of surface carbon on the performance of cesiated p-GaN photocathodes with high quantum efficiency
  Scientific Reports 13(2023), 3188 (10.1038/s41598-023-30329-0)
• Schaber, J.; Xiang, R.; Gaponik, N.
  Review of Photocathodes for electron beam sources in particle accelerators
  Journal of Materials Chemistry C 11(2023), 3162-3179 (10.1039/D2TC03729G)
• Steiniger, K.; Dietrich, F.; Albach, D. u. a.
  Distortions in focusing laser pulses due to spatio-temporal couplings – An analytic description
  High Power Laser Science and Engineering (2024) (10.1017/hpl.2023.96)
• Bernert, C.; Assenbaum, S.; Bock, S. u. a.
  Transient Laser-Induced Breakdown of Dielectrics in Ultrarelativistic Laser-Solid Interactions
  Physical Review Applied 19(2023), 014070 (10.1103/PhysRevApplied.19.014070)
• Steiniger, K.; Widera, R.; Bastrakov, S. u. a.
  EZ: An Efficient, Charge Conserving Current Deposition Algorithm for Electromagnetic Particle-In-Cell Simulations
  Computer Physics Communications 291(2023), 108849 (10.1016/j.cpc.2023.108849)
• Lu, P.; Arnold, A.; Teichert, J. u. a.
  Simulation of ELBE SRF gun II for high-bunch-charge applications
  Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 830(2016), 536-544 (10.1016/j.nima.2016.05.087)
• Xiang, R.; Arnold, A.; Kamps, T. u. a.
  Experimental studies of dark current in a superconducting RF photo-injector
  Physical Review Accelerators and Beams 17(2014)4, 043401 (10.1103/PhysRevSTAB.17.043401)
• Teichert, J.; Arnold, A.; Büttig, H. u. a.
  Free-Electron Laser Operation with a Superconducting Radio-Frequency Photoinjector at ELBE
  Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A 743(2014), 114-120 (10.1016/j.nima.2014.01.006)

×