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Penelope und Athena bringen Protonen auf Trab

In einer kleinen Plasmakammer wollen HZDR-Forscher schwere Elementarteilchen (Hadronen wie zum Beispiel Protonen) auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigen. Foto: André Wirsig

In einer kleinen Plasmakammer wollen HZDR-Forscher schwere Elementarteilchen (Hadronen wie zum Beispiel Protonen) auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigen. Foto: André Wirsig

Rossendorf und Hamburg entwickeln neue Beschleunigertechnologien

Dresden-Rossendorf, 24. Januar 2019. Die Experimente der Rossendorfer Physiker mit kompakten Protonenkanonen auf Superlaser-Basis erwecken in der deutschen Forschungsszene wachsendes Interesse. Die Helmholtz-Gemeinschaft hat daher beschlossen, dieses Entwicklungsvorhaben in Sachsen sowie einen alternativen Beschleuniger-Ansatz am Desy-Beschleuniger bei Hamburg in das „Athena“-Projekt aufzunehmen. Darauf hat Prof- Roland Sauerbrey, der wissenschaftliche Direktor des Helmholtz-Zentrums Dresden Rossendorf (HZDR) hingewiesen. Die Helmholtz-Gemeinschaft werde das Projekt „Accelerator Technology HElmholtz iNfrAstructure” („Athena“) mit knapp 30 Millionen Euro ausstatten.

30 Millionen Euro von Helmholtz für neue Elektronen- und Protonen-Beschleuniger

Hinter „Athena“ steht der Wunsch, neuartige Beschleunigertechnologien zu entwickeln. Diese Technologien sollen der deutschen Forschung in diesem Sektor eine führende Rolle im internationalen Maßstab sichern. Außerdem erhoffen sich die Wissenschaftler davon kompakte Beschleuniger für Krebstherapien, die Materialwissenschaften sowie Kern- und Teilchenphysik. „Die Entscheidung zeigt das starke Engagement der Helmholtz-Gemeinschaft, bahnbrechende neue Beschleunigertechnologien zur Lösung gesellschaftlicher Zukunftsaufgaben zu entwickeln und bereitzustellen“, betonte Helmut Dosch, der Vorsitzende des Desy-Direktoriums und Sprecher des Forschungsbereichs Materie in der Helmholtz-Gemeinschaft.

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

Penelope muss ihre Kraft mindestens verdoppeln

Dabei werden die Teams am Deutschen Elektronen-Synchrotron Desy in Hamburg darauf konzentrieren, besonders kompakte Elektronen-Beschleuniger zu bauen. Die Sachsen dagegen wollen Superlaser der Petawatt-Klasse konstruieren, die schwere Elementarteilchen wie Protonen bis nahe an die Lichtgeschwindigkeit beschleunigen. Dies soll in Plasmazellen geschehen, die nur wenige Zentimeter kurz sind. Möglich machen sollen dies sehr leistungsfähige Lichtverstärker wie der „Penelope“, den die Rossendorfer bisher auf ein Energieniveau von rund 50 Mega-Elektronenvolt (MeV) getrieben haben. Um daraus einen brauchbaren Protonenbeschleuniger zu bauen, müssen die HZDR-Spezialisten den Laser aber noch auf 100 bis 200 MeV hochtreiben, schätzt Sauerbrey.

Neue Perspektiven für Medizin und Materialwissenschaften

Gelingt den Ingenieuren und Physikern dies, könnten sie im nächsten Schritt die heute noch Maschinenhallen-großen Protonen-Ringbeschleuniger auf eine vergleichsweise preiswerte Anlage von der Größe eines Wohnzimmers schrumpfen. Dann könnten sich zum Beispiel auch kleinere Krankenhäuser Protonentherapie-Anlagen für den Kampf gegen Krebs leisten.

Beteiligt an Athena sind neben den Konsortialführern HZDR und Desy auch das Forschungszentrum Jülich, das Helmholtzzentrum Berlin das KIT, das GSI mit dem Helmholtzinstitut Jena.

Autor: Heiko Weckbrodt