Forschung, News, zAufi

Ein Drache zündet Anti-Krebs-Feuer, zweiter dreht das Video dazu

Kurze Laserpulse reißen die elektronen aus den Atomen eines Silizumgitters. Aus diesem Plasma reißt der Laser Ionen mit sich. Grafik: Juniks/HZDR

Kurze Laserpulse reißen die elektronen aus den Atomen eines Silizumgitters. Aus diesem Plasma reißt der Laser Ionen mit sich. Grafik: Juniks/HZDR

Rossendorfer entwickeln superschnelle Kamera für Laser-Protonen-Kanonen

Dresden, 18. September 2018. Forscher aus Dresden-Rossendorf haben gemeinsam mit internationalen Kollegen eine ultraschnelle Kamera entwickelt. Die soll allerdings nicht Fußballszenen oder Dressurreit-Finessen einfangen, sondern weit feurigere Szenen filmen: Wenn sich beispielsweise ein Superlaser in einen Würfel bohrt, dort eine hochenergetische Suppe („Plasma“) aus Elektronen und Rumpfatomen („Ionen“) auf Millionen Grad erhitzt und schließlich einzelne Teilchen fast mit Lichtgeschwindigkeit aus der Materialprobe reißt. Die Wissenschaftler hoffen, in diesen Videos Anhaltspunkte zu finden, wie sie eine neuartige Protonenkanone gegen Hirntumore und Bauschspeicherdrüsen-Krebs bauen können. Dabei kommt es auf oft auf Details und Einzelszenen an, die nur wenige Millionstel Millimeter (Nanometer) Raum einnehmen und einige Billionstel Millisekunden (Femtosekunden) dauern.

Protonen-Therapie mit Ringbeschleuniger ist aufwendig und teuer

Zwar gibt es zum Beispiel am Uniklinikum Dresden schon eine solche Kanone, mit der Mediziner die Teilchen, aus denen Atomkerne gemacht sind, abfeuern können. Aber dahinter stecken bisher riesige Ringbeschleuniger. Die Erbauer müssen sie mit meterdickem Beton und Blei abschirmen und mit ganzen Gebäudekomplexen ummauern. All das macht Protonenbeschleuniger so teuer, dass sich nur wenige Krankenhäuser solche superpräzisen Strahlenskalpelle gegen Krebs leisten können.

Mit Super-Lasern wie dem Draco und Penelope wollen die Rossendorfer Forscher sehr kompakte Protonenbeschleuniger konstruieren, die zum Beispiel Hirnkrebs-Therapien auch in kleineren Krankenhäusern möglich machen sollen. Foto: HZDR/Jürgen Lösel

Mit Super-Lasern wie dem Draco und Penelope wollen die Rossendorfer Forscher sehr kompakte Protonenbeschleuniger konstruieren, die zum Beispiel Hirnkrebs-Therapien auch in kleineren Krankenhäusern möglich machen sollen. Foto: HZDR/Jürgen Lösel

Laser bringt Protonen auf Trab – ist aber noch zu schwachbrüstig

Daher arbeiten die Forscher am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) an einer Protonenkanone, die „nur“ noch so groß wie ein Kinderzimmer ist. Sie soll mit Superlasern ein Plasma erzeugen und dann Protonen bis nahe zur Lichtgeschwindigkeit beschleunigen, um sie dann gegen Krebsgeschwüre zu lenken. Selbst der stärkste Laser in Rossendorf, der „Draco“ („Drache“), erzeugt aber noch zu schwach. Und so tüfteln die Forscher bereits an neuen Superlasern, die fünf mal so viel Teilchen-Beschleunigungsenergie wie der „Drache“ erzeugen – nämlich 250 statt „nur“ 50 Megaelektronenvolt.

Röntgenlaser ist die Kamera

Dafür müssen sie aber erst einmal analysieren, was bei ihren Laser-Experimenten in der atomaren Welt eigentlich genau abläuft. Dafür haben sie in einem Beschleunigerlabor an der Uni Stanford in den USA zwei Lichtverstärker kombiniert: ein schwächerer Laser erzeugt das Plasma, ein starker Röntgenlasers dreht dann gewissermaßen den superschnellen Film dazu. Als nächstes wollen sie diese Aufzeichnungs-Technologie 2019 auf ein eigenes Labor am weltstärksten Röntgenlaser European XFEL in der Nähe von Hamburg übertragen und dort verfeinern.

Autor: Heiko Weckbrodt