Helmholtz Forschungsakademie Hessen für FAIR

Hintergrund - Plasmabeschleunigung
Plasma Ball

Plasmabeschleunigung

Die Beschleunigung von elektrisch geladenen Teilchen ist ein wichtiges Element der Forschung an der Helmholtz Forschungsakademie Hessen für FAIR. Üblicherweise geschieht dies durch periodisch wechselnde elektrische Felder, die abwechselnd die geladenen Teilchen anziehen und abstoßen. Natürlich gibt es hier auch verschiedenste Feinheiten, aber prnizipiell ist dies die Funktionsweise des UNILAC, des SIS und der meisten Teilchenbeschleuniger im Forschungsbetrieb. 

Aber die Forschung bleibt natürlich auch auf diesem Feld nicht stehen und die HFHF ist vorne mit dabei. Eine alternative Variante, mit der man Teilchen beschleunigen kann ist die sogenannte Plasmabeschleunigung. 

Das Prinzip der Plasmabeschleunigung beruht auf dem Wechselspiel zwischen elektrischen Feldern und geladenen Teilchen, die in einem Plasma vorhanden sind. Dabei werden Ionen durch starke elektrische Felder beschleunigt, die durch elektromagnetische Wellen oder spezielle Anordnungen von Elektroden erzeugt werden.

Die Plasmabeschleunigung hat den Vorteil, dass sie sehr hohe Beschleunigungsenergien erzeugen kann, die deutlich höher sind als bei herkömmlichen Teilchenbeschleunigern. Darüber hinaus können Plasmabeschleuniger sehr kompakt sein, was sie für viele Anwendungen sehr attraktiv macht.

In der Teilchen- und Kernphysik können Plasmabeschleuniger verwendet werden, um hochenergetische Teilchen zu erzeugen, die für Experimente benötigt werden. Dabei werden Ionen auf sehr hohe Geschwindigkeiten beschleunigt und dann auf ein Ziel gelenkt, wo sie mit anderen Teilchen kollidieren. 

Aber auch die Methode selbst wird in der Helmholtz Forschungsakademie Hessen für FAIR erforscht. Hier wird sich auf ultraschnelle optische Methoden konzentriert, um die Laser-Plasma-Wechselwirkung auf der Femtosekunden- und Pikosekunden-Zeitskala zeitlich aufzulösen. Übersetzt bewegen wir uns hier im Bereich von 0,000000000000001 Sekunden, eine fast schon beliebig kleine Zeitskala. Eine Reihe von Experimenten findet schon an der schon bestehenden PHELIX-Anlage statt, um Diagnosen und neue Wechselwirkungsbedingungen zu testen und so die Wechselwirkung von relativistischen Pulsen mit Materie mit noch nie dagewesener Präzision zu untersuchen. Für Anwendungen im Bereich der lasergetriebenen Teilchenbeschleunigung ist die LIGHT-Beamline der GSI ein ideales Testumfeld, um die Einkopplung von laserbeschleunigten Protonen und leichten Ionen in konventionelle Beschleuniger zu untersuchen. Eine besonders spannende und einzigartige Anwendung ist die Aussicht, die Einkopplung von laserbeschleunigten Protonen oder leichten Ionen in den SIS-Beschleuniger gemeinsam mit der Beschleunigerabteilung der GSI zu demonstrieren. 

Aber auch in der Kernfusion ist die Plasmabeschleunigung von Ionen von großer Bedeutung, da sie dazu beitragen kann, das Plasma auf hohe Temperaturen zu bringen, die für die Fusion von Atomkernen erforderlich sind. Bei diesem Prozess werden Ionen beschleunigt, um sie in das Plasma zu injizieren und die Reaktionen in Gang zu setzen.

Insgesamt ist die Plasmabeschleunigung von Ionen ein wichtiger Prozess, der in vielen Bereichen der Physik Anwendung findet. Die Forschung auf diesem Gebiet hat in den letzten Jahren große Fortschritte gemacht und es ist zu erwarten, dass sie in Zukunft eine noch größere Rolle in der Physik spielen wird. Auch hier ist die Helmholtz Forschungsakademie Hessen für FAIR vorne mit dabei und ist dankbar einen wichtigen Beitrag zu leisten. 



Plasma Ball
Hintergrund - Plasmabeschleunigung