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Neues aus der Welt der Wissenschaft |
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Terahertz als Zukunft der ''Strahlen-Technik'' |
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Die Forscher von der Berliner Elektronenspeicherring-Gesellschaft für Synchrotronstrahlung mbh (BESSY) berichten über ihre Ergebnisse im Fachmagazin "Physical Review Letters''.
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''Coherent Far-Infrared (THz) Synchrotron Radiation''
Der Artikel "Brilliant, Coherent Far-Infrared (THz) Synchrotron Radiation" von M. Abo Bakr, J. Feikes, K. Holldack, P. Kuske, W.B. Peatman, U. Schade, G. Wustefeld und H.W. Huber ist erschienen in den "Physical Review Letters", Bd. 90 (doi:10.1103/PhysRevLett.90.094801). |
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 Abstract des Artikels in den ''Physical Review Letters'' |
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Materialien durchdringen, ohne zu schädigen |
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Unter Licht versteht man zumeist den Teil des elektromagnetischen Spektrums, der für das menschliche Auge sichtbar ist. Dies ist aber nur ein Ausschnitt aus der Bandbreite des Lichts im weiteren Sinne, die Röntgenstrahlen ebenso umfasst wie Infrarot- oder Ultraviolett-Strahlung.
Im Spektrum der elektromagnetischen Strahlung gibt es etwa auch einen Bereich zwischen Infrarot- und Mikrowellenstrahlung, der bis vor kurzem kaum erforscht war: die so genannte Terahertz-Strahlung. Sie hat eine Wellenlänge zwischen einem und 0,01 Millimetern und eine Frequenz von rund 1.000 Milliarden Hertz.
Terahertz-Wellen sind dabei äußerst nützlich, denn sie können eine Vielzahl von Materialien durchdringen - darunter etwa lebende Zellen -, ohne diese Materialien zu beschädigen. Die möglichen Anwendungen reichen von der Grundlagenforschung über bildgebende Verfahren in der Medizin bis hin zur Sicherheitstechnik.
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Herstellung von THz-Wellen ist problematisch |
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Das Problem bisher: Hochleistungs-Terahertz-Strahlen sind nicht so einfach herzustellen. Sie entstehen etwa in Synchrotron-Strahlungsanlagen wie BESSY.
Diese Teilchenbeschleuniger führen Elektronen mithilfe von Magneten durch eine ringförmige Struktur, wobei die Elektronen Strahlung abgeben. Die Synchrotron-Anlagen sind für die Erzeugung von Hochleistungs-Röntgenstrahlen optimiert - doch sie emittieren auch schwache THz-Strahlen.
Dies deswegen, weil die durch den Ring rasenden Elektronen in einer Art Bündel kreisen, das etwa fünf Millimeter lang ist. Da aber die Wellenlänge von Terahertz-Strahlung weniger als einen Millimeter beträgt, emittieren die Milliarden Elektronen eines jeden Bündels ihre Strahlung "gegenphasig": die Wellen heben sich auf.
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Magneten verändert, kürzere Elektronen-Bündel |
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In ihrer neuen Studie haben nun die BESSY-Wissenschaftler - basierend auf den Ergebnissen einer amerikanischen Studie vom vergangenen Jahr - die Stärke einiger Magneten um den Ring angepasst. Dadurch gelang es ihnen, die Länge der Elektronen-Bündel auf etwa einen Millimeter zu reduzieren.
Die Elektronen jedes Bündels reagierten daraufhin wie ein einziger großer "Partikel" und gaben in einem laserähnlichen Strahl stabile, hochwertige und leistungsstarke Terahertz-Wellen ab.
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Die Zukunftsträume der THz-Forscher |
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Was relativ simpel klingt, ist eine äußerst komplexe Angelegenheit. Bis die Anwendungen Realität werden, die auf dem Terahertz-Frequenzbereich basieren, kann es noch dauern.
Doch schon jetzt forschen weltweit diverse Teams an den immensen Möglichkeiten, die dieser Bereich einst bieten soll: Denn die Strahlen durchdringen feste Materie, werden von verschiedenen Stoffen unterschiedlich reflektiert und können wie sichtbares Licht gebündelt werden, um Bilder aufzunehmen.
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Informationen über das All, die Ozonschicht, Gewebe ... |
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Eine entsprechende Kamera etwa könnte die von jeder Materie - Menschen, Wasser aber auch Sterne - abgegebene THz-Strahlung aufnehmen und Informationen liefern über die Frühzeit des Universums oder den Abbau der Ozonschicht.
Forscher könnten ohne Strahlenbelastung medizinische Gewebeuntersuchungen durchführen, Sicherheitschecks auf gefährliche Substanzen ermöglichen oder den Wasseranteil von Pflanzen bestimmen - um nur einige der Möglichkeiten zu nennen, die sich bei einer Frequenz von rund 1.000 Milliarden Hertz auftun.
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01.01.2010 |
