Forschungserfolg
Dank Diamanten: Aargauer Forscher produzieren hellsten Röntgenstrahl

Forscher des Paul Scherrer Instituts (PSI) in Villigen haben einen Röntgenstrahl erzeugt, der so intensiv ist keiner je zuvor. Als Linsen verwendeten sie winzige Diamantringe.

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Forscher am PSI produzieren den intensivsten Röntgenstrahl
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Zonenplatte aus Diamant zur Nano-Fokussierung intensiver Strahlung aus einem Röntgenlaser
REM-Aufnahme der Zonenplatte: Der Durchmesser der gesamten Zonenplatte beträgt 0,5 Millimeter.
REM-Aufnahme der Zonenplatte: Die äussersten Ringe sind nur 100 Nanometer dick (und werden zum Mittelpunkt hin dicker).
Der von einer diamantenen Zonenplatte fokussierte Röntgenlaserpuls erzeugt Krater in einer Metalloberfläche: Bei voller Pulsstärke beträgt der Durchmesser einige Tausend Nanometer (REM-Aufnahme)
Der von einer diamantenen Zonenplatte fokussierte Röntgenlaserpuls erzeugt Krater in einer Metalloberfläche: Bei tausendfacher Abschwächung: Krater mit 500 Nanometer Durchmesser (REM-Aufnahme)
Der von einer diamantenen Zonenplatte fokussierte Röntgenlaserpuls erzeugt Krater in einer Metalloberfläche: Bei tausendfacher Abschwächung: Krater mit 200 Nanometer Durchmesser (REM-Aufnahme)

Forscher am PSI produzieren den intensivsten Röntgenstrahl

Dem Forschungsteam um Christian David vom PSI-Labor für Mikro- und Nanotechnologie gelang es laut einer Mitteilung des Instituts vom Mittwoch, harte Röntgenlaserstrahlung um einen Faktor 100'000 zu konzentrieren. Wie die Forscher im Fachmagazin «Scientific Reports» berichten, entstand ein zerstörerisch intensiver Strahl, dem kaum ein Material standhält.

Um den Strahl zu bündeln, bauten David und seine Kollegen eine Linse aus Diamant - dem Material, das intensivem Röntgenlicht am besten widersteht. Erste Versuche mit winzigen Ringen aus dem üblicherweise verwendeten Gold hatten nämlich gezeigt, dass die Goldstrukturen innert kürzester Zeit im heissen Strahl zerflossen.

Noch Verbesserungspotenzial

Die neue Methode lässt sich aber noch verbessern, glauben die Forscher. Die im Experiment verwendeten Linsen konzentrieren nämlich nur zehn Prozent der ankommenden Energie des Röntgenstrahls im Brennpunkt. «Ich bin mir sicher, dass bereits Ende dieses Jahres Werte von über 30 Prozent demonstriert werden können», wird David im Communiqué zitiert.

Die intensiven Strahlen könnten eine Grundlage sein für Experimente im geplanten Röntgenlaser SwissFEL, der am PSI im Jahr 2016 in Betrieb gehen soll. Dort wird Röntgenstrahlung in extrem kurzen Lichtblitzen ausgesandt, die nur 0,0000000000001 Sekunden dauern und milliardenfach heller sind als heute verfügbare Röntgenquellen.

Dies ermöglicht ganz neuartige Experimente in verschiedenen Disziplinen. Durch die extrem kurze Pulsdauer kann zum Beispiel der Ablauf von blitzschnellen chemischen Reaktionen verfolgt werden. Und in der Biologie wird es möglich werden, den Aufbau von komplexen Molekülen zu untersuchen.

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