Physikalische Rekorde

In Dresden und Jena purzeln die Rekorde. Das Team des Verbundprojekts „onCOOPtics“ hat im letzten Jahr sowohl die Leistung als auch die Energie ihrer Lasersysteme um ein Vielfaches erhöht – ein großer Schritt in Richtung medizinische Anwendung.

Mit dem POLARIS-Laser in Jena haben Malte Kaluza und seine Mitarbeiter sogar einen Weltrekord erzielt. Es ist das erste so genannte diodengepumpte Lasersystem, das eine Energie von 54 Joule erreicht hat. Normalerweise haben Laser nur einen Bruchteil dieser Energie. Wofür ist so viel Energie notwendig? Die Laser müssen die Protonen so stark beschleunigen, damit diese ausreichend hohe Energien bekommen. Nur dann sind die Protonenstrahlen „stark“ genug, um zur Behandlung von Krebstumoren genutzt zu werden. In Zahlen heißt das: Die Protonen brauchen eine Energie von bis zu 230 Mega-Elektronenvolt. Ein Mega-Elektronenvolt ist die Energie, die ein geladenes Teilchen trägt, das mit einer Million Volt beschleunigt worden ist. Momentan erreichen die Wissenschaftler eine Protonenenergie von 40 Mega-Elektronenvolt. Um das in den kommenden Jahren verfünffachen zu können, arbeiten die Jenaer und Dresdner Physiker Hand in Hand. „Wenn verschiedene Leute von verschiedenen Seiten aufs gleiche Problem schauen, ist das die beste Strategie“, sagt Ulrich Schramm vom Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf.

Bild eines großen Verstärkers durch den das Lasersystem POLARIS an der FSU Jena Protonen mit extrem hoher Energie beschleunigen kann. Rechts im Foto sitzt ein Forscher mit einer Schutzbrille, der die große Maschine händisch bedient.

Hoffnung für die Krebstherapie: Durch diesen Verstärker kann das Lasersystem POLARIS an der FSU Jena Protonen mit extrem hoher Energie beschleunigen.

Hans-Peter Kasper, FSU Jena

Leistungsstark und kontrolliert zum Ziel

Abgebildet ist ein Teil des Lasersystems DRACO, das mit einer Billarde Watt das leistungsstärkste seiner Art in ganz Europa ist.  Zu sehen ist eine große Mschine mit zwei großen Glasplatten, die ein umfangreiches Farbsprektrum reflektieren.

So sieht ein Teil des Lasersystems DRACO am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf aus, das mit einer Billarde Watt das leistungsstärkste seiner Art in ganz Europa ist.

Ulrich Schramm, HZDR

In Dresden konnten die Wissenschaftler mit dem Lasersystem DRACO eine fünffache Leistungssteigerung erreichen. Brachte das System bisher eine Leistung von 200 Terawatt, ist es nun ein Petawatt. Das sind eine Billiarde Watt. Damit ist DRACO in punkto Leistung der stärkste Laser seiner Art in ganz Europa.

In ersten Versuchen konnten die Dresdner damit Protonen auf 40 Mega-Elektronenvolt Energie über eine Strecke von einigen Mikrometern beschleunigen. Für Versuche zur Bestrahlung von Krebszellkulturen und kleinen Tumoren an Tieren ist diese Energie bereits ausreichend.

Damit der Protonenstrahl künftig kontrolliert und gefiltert ans Ziel gelangt, entwickeln die Dresdner Physiker besonders kompakte Strahlführungssysteme mit gepulsten Magneten. Eine entsprechende Anlage haben sie bereits aufgebaut und erfolgreich getestet. In den kommenden Jahren will das onCOOPtics-Team die Wirksamkeit dieser Technologie weiter untersuchen. „Wir wollen studieren, ob man mit Laser beschleunigten Protonen andere Effekte erzielen kann, ob es andere Reaktionen des Tumors und eventuell bessere Heilungseffekte gibt“, erläutert Jörg Pawelke von OncoRay Dresden. So könnten die physikalischen Höchstleistungen der Dresdner und Jenaer Forscher künftig Krebspatienten zugutekommen.

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