Hybride Laser-Plasma-Elektronen-Beamline

• Fachliche Zuordnung: Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung in 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 540266836

Es soll eine Hybride Laser-Plasma-Elektronen-Beamline am Hochleistungs-Laser-Plasma Labor ARCTURUS an der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) installiert werden. Diese Beamline wird die Forschung und Entwicklung zur Produktion von hochenergetischen Elektronenstrahlen höchster Brillanz ermöglichen, sowie deren Anwendung etwa für die Erzeugung von Röntgenstrahlen. In Laser-Plasma-Beschleunigern treiben hochintensive Laserpulse Plasmawellen an, die elektrische Felder mit Feldstärken bis zu hunderten von Gigavolt pro Meter erzeugen können. Diese erlauben die Erzeugung hochenergetischer Teilchenstrahlen auf kürzester Distanz, und sind daher eine Alternative zu konventionellen Beschleunigern und gerade für universitäre Forschungsumgebungen interessant. Laser-Plasma-Beschleunigung ist ein Wachstumsfeld und es herrscht großer Bedarf an Strahlzeit für Forschung und Entwicklung sowie dadurch ermöglichte Anwendungen. Auch die Lehre und Ausbildung wird von dieser zukunftsträchtigen Forschung profitieren. Ein Beispiel für sichtbare Evidenz dieses Wachstumsfeldes ist das europäische EuPRAXIA-Projekt, das kürzlich auf die ESFRI-Roadmap gehoben wurde. Die Hybride Laser-Plasma-Elektronen-Beamline beruht auf speziellen Verfahren und einem Design, das vom Antragsteller und Kollaborationspartnern in mehrjähriger Forschungsarbeit ersonnen und entwickelt wurde. Sie basiert auf, und kombiniert die, Verfahren der Hybriden Laser-Plasma Wakefield Acceleration sowie der Plasma-Photokathode, um in einem Verfeinerungsschritt mit Hilfe von Elektronenstrahlen aus Laser-Plasma-Beschleunigern noch weitaus hellere Elektronenstrahlen zu erzeugen. Die Erforschung und Nutzung solch besonderer Strahlen ist von bedeutendem regionalen, bundesweiten und weltweiten Interesse. ARCTURUS wurde in der Vergangenheit vor allem zur Erzeugung von Protonen- und Ionenstrahlen u.a. als wichtige Komponente eines DFG SFB genutzt; für die grundsätzliche Umstellung auf die Erzeugung von Elektronenstrahlen wird zentral die Laser-Plasma-Elektronen-Beamline benötigt. Die Hauptbestandteile dieser funktionalen Einheit sind verschiedene laserseitige Komponenten, mit denen bessere Kontrolle und Strahlqualität des Laserpulses erzielt wird, Komponenten zur zentralen Erzeugung der Plasmawelle und der Elektronenstrahlen aus der Laser-Plasma-Wechselwirkung, spezielle Quadrupolmagnete zur Strahlführung des Elektronenstrahls nach dem Plasma, Komponenten zur Datenakquise sowie Diagnostik. Die erzeugten, besonders hellen und intensiven Elektronstrahlen haben direkte Anwendungen, sollen aber auch explizit der Entwicklung und Realisierung von neuartigen Röntgenquellen dienen. Insbesondere wird der Plan eines Freie-Elektronen-Lasers verfolgt. Solche Strahlen sollen mittel- und langfristig dann den Natur-, Material- und Lebenswissenschaften zur Verfügung gestellt werden.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Hybride Laser-Plasma-Elektronen-Beamline
• Gerätegruppe: 0220 Hilfs- und Ergänzungseinrichtungen für Teilchenbeschleuniger
• Antragstellende Institution: Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf
• Leiter: Professor Dr. Bernhard Hidding