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Ziel des Seminars ist es, die Teilnehmer mit den Grundlagen der Laser-Teilchen-Beschleunigung vertraut zu machen. Dieses neue Gebiet hat in den letzten paar Jahren enorm an Bedeutung gewonnen. Sowohl die grundlegenden physikalischen Prinzipien der Laser-Teilchen-Beschleunigung wie auch die theoretischen Betrachtungen und experimentellen Untersuchungen werden präsentiert und diskutiert.

Bahnbrechende Entwicklungen neuer Lasertechnologien („chirped pulse amplification“) in den letzten Jahren erlauben, Laserpulse bis zu einer Leistung von mehreren Petawatt (Billiarden Watt) mit subpikosekunden Pulsdauern zu erzeugen. Diese ultrakurzen, superintensiven Laserpulse erzeugen Energiedichten, die höher sind als die im Innern der Sonne, was einzigartige Möglichkeiten zur Untersuchung fundamentaler physikalischer Prozesse eröffnet und faszinierende technologische Anwendungen in einem völlig neuen Parametergebiet ermöglicht. Zum Beispiel, neuartige Photonen- und Teilchenquellen wurden theoretisch vorhergesagt und kürzlich experimentell nachgewiesen. Normalerweise haben die Elektronen- und Protonenpulse breitbandige Energiespektra und sind daher für Anwendungen weniger interessant. Jedoch wurden kürzlich quasi mono-energetische Elektronenpulse mit Energien bis zu 170 MeV nachgewiesen. Die Elektronenpulse wurden durch die so genannte „bubble“ Bescheunigungsmethode erzeugt und die Resultate in Nature veröffentlicht (Nature 43, 541-544 (2004)). Das Beschleunigungsprinzip wurde auf der Titelseite des Nature Journals dargestellt. Ähnliches gilt auch für die Protonen. Protonenstrahlen mit einem quasi mono-energetischen Spektrum wurde experimentell in strukturierten Laser-bestrahlten Targets (Nature 439, 445 (2006)) und in einer Laser-bestrahlten Protonenlinse (Science , DOI: 10.1126/science.1124412 (2006)) erzeugt. Diese ultra-kurzen Teilchenpulse haben verschiedene Anwendungsmöglichkeiten. Die Protonenpulse können für radiographische Zwecke verwendet werden. Zum Beispiel wurden mit Protonen zum ersten Mal elektrische Felder in Laser- produzierten Plasmen vermessen (Phys. Rev. Lett. 95, 195001/1- 195001/4 (2005)). Obwohl diese Protonenquellen noch verbessert werden müssen, könnten sie in der Zukunft auch in der Medizin, zum Beispiel in der Tumortherapie und in der Technologie (Lithographie), Anwendung finden. Auch die Elektronenpulse sind für verschiedene Anwendungen interessant. Sie können entweder als Injektor für neue Beschleuniger dienen oder in der Erzeugung intensiver Photonenpulse im keV-MeV Energiebereich und Pulsdauer im fs Bereich Anwendung finden (Phys. Rev. Lett. 96, 014802 (2006)).

The Interdisciplinary Graduate and Research Academy Düsseldorf (iGRAD)

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