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DLC (Diamond-like Carbo...

Montrer texte Montrer source en cache Montrer URL avec texte source	Ion beam sputter deposition in ultra high vacuum
Comparer pages textes Comparer pages HTM Montrer URL avec texte source Montrer URL avec langue cible Définir munich-photonics.de comme domaine prioritaire	Ionenstrahl-Sputtern (Zerstäuben) im Ultrahochvakuum, und

Focused Laserpower Boos...

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The interaction of high-intensity laser light with solid targets could someday serve as the basis of table-top sources of high-energy ions for medical applications. An international team led by physicists of the LMU affiliated with the Munich-Centre for Advanced Photonics (MAP), a Cluster of Excellence based in Munich, and in cooperation with scientists from the Max Planck Institute of Quantum Optics, has taken another step towards this goal.

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Licht-Materie-Wechselwirkung an Kohlenstofffolien könnte der Schlüssel zu einer neuen Ära in der Ionenbeschleunigung für medizinische Anwendungen sein. Ein internationales Team unter der Führung von Physikern des Exzellenzclusters Munich-Centre for Advanced Photonics (MAP) an der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) und am Max-Planck-Institut für Quantenoptik hat nun die aussichtsreiche Technik der Lichtdruck-Beschleunigung weiter verbessert. Mit ihr gewinnt man aus extrem starken Laserblitzen Ionenpulse. Die Forscher haben erstmals die hauchdünnen Folien aus diamantartigem Kohlenstoff mit Nanoröhrchen bedampft. Sie fungieren bei Bestrahlung mit starken Laserpulsen als Linse und fokussieren den Laser stärker als bisher auf die Kohlenstofffolie. Die Folge davon ist, dass Ionen weitaus höhere Energien aufnehmen als bisher. Damit werden erste Strahlenexperimente mit Kohlenstoff-Ionen an Zellen möglich und ein medizinischer Einsatz der lichtgetriebenen Ionenstrahlung greifbar.

Focused Laserpower Boos...

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When high-intensity pulses of laser light are fired at ultrathin diamond-like carbon (DLC) foils, they punch through the foil, stripping electrons from the atoms. The negatively charged electron cloud then drags a stream of positively carbon ions along, accelerating them to speeds of up to 10% of the speed of light.

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Licht verfügt über enorme Kräfte. Treffen etwa hochintensive Laserpulse auf hauchdünne, diamantartige Folien aus Kohlenstoff, lösen sie Ionen heraus und beschleunigen diese auf rund zehn Prozent der Lichtgeschwindigkeit. Es entsteht Ionenstrahlung, getrieben durch den Strahlungsdruck der ultrakurzen Laserpulse. Ionenstrahlung kann zur Behandlung von Tumoren in der Krebstherapie eingesetzt werden, wenn sie über genug Energie verfügt. Aktuell wird diese hochenergetische Strahlung von großen, kostenintensiven Beschleunigern erzeugt. Die Lasertechnologie ist noch nicht in der Lage, eine ebenbürtige Strahlung zu erzeugen. Aber sie hat das Potential die notwendige Technologie für den medizinischen Einsatz der Ionenstrahlung künftig kostengünstiger und platzsparender zur Verfügung zu stellen.

Paul Bolton : The Munic...

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It was the opportunity in Kyoto; leaders wanted somebody who had both accelerator experience and laser experience and I have spent many years in both fields. It was a chance to combine laser plasma physics and high power laser physics with innovative ion accelerator development.

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Ich glaube, sie wollten auch einen ausländischen Wissenschaftler, der westlichen Einfluss in diese neuartige Position einbringt und diese Qualifikation hatte ich sicherlich, da der größte Teil meiner Karriere sich im Silicon Valley in Kalifornien abgespielt hat. Ich wusste allerdings nichts über die Japanische Kultur und Sprache. So bin ich in gewissen Sinne ins Unbekannte gegangen. Aber mich hat die technische und wissenschaftliche Seite angezogen. Ich wollte das sehr gern machen.

Paul Bolton : The Munic...

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Students of medical physics can learn about laser alternatives and what’s actually happening in laser and laser-plasma communities. To this end I have introduced a new graduate course about ‘ILDIAS’ (integrated laser-driven ion accelerator systems).

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Ein weiteres Ziel ist die Entwicklung eines Studienprogramms: Ich möchte unserer Lehrstuhlinhaberin Katia Parodi helfen ein medizinisch-physikalisches Programm aufzubauen, das explizit die „Lasersache“ enthält. Neue Kurse können Studenten den Fortschritt in diesem Bereich näherbringen. Studenten der medizinischen Physik können etwas über Laseralternativen lernen und was im Moment in der Laser und Laser-Plasma Community passiert. Zu diesem Zweck habe ich einen neuen Kurs über ILDIAS (integrated laser-driven ion accelerator systems) gestartet. Vor einigen Jahren wären lasergetriebene Beschleuniger noch nicht Teil eines medizinphysikalischen Studiengangs gewesen und nun ist das möglich, was wiederum typisch für den Laser ist: er ist allgegenwärtig und kann alles beeinflussen.

Attosecond real-time ob...

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The physicists could now directly observe, and virtually photograph, this pulsation using a second ultraviolet light pulse, lasting only some 150 attoseconds. It turned out that the position of the hole inside the ion, i.e., the positively charged location, moved back and forth between an elongated, club-like shape and a compact, contracted shape, with a cycle period of only around 6 femtoseconds.

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„Mit unseren Experimenten haben wir einen einzigartigen Echtzeit-Einblick in den Mikrokosmos erhalten“, erläutert Ferenc Krausz. „Wir haben erstmals die quantenmechanischen Vorgänge in einem ionisierten Atom mit Attosekunden-Lichtblitzen aufgezeichnet.“ Die Erkenntnisse der LAP-Forscher helfen, die Dynamik von Elementarteilchen außerhalb des Atomkerns besser zu verstehen. Diese blitzschnelle Dynamik ist vor allem verantwortlich für den Ablauf biologischer und chemischer Prozesse.

MAP Workshop: In Vivo D...

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Funded by the EU under the umbrella of a large European consortium (ENSAR2), MediNet aims to promote the exchange of knowledge throughout Europe in the areas of the development of detector technologies for application in the field of radiation therapy, and the investigation of beam properties in ion beam therapy (e.g. in vivo dosimetry, radiation biology).

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Vor dem Workshop fand das Auftakttreffen von ‚MediNet‘ statt, einem EU-geförderten Netzwerk unter dem Dach eines großen europäischen Konsortiums (ENSAR2). Ziel dieses von Katia Parodi und Peter Thirolf, zusammen mit Giulio Magrin (MedAustron, Österreich), initiierten Netzwerks (25 Gruppen aus 9 Ländern) ist der Austausch zwischen Experten aus ganz Europa im Bereich der Entwicklung von Detektortechnologien zur Anwendung im Bereich der Strahlentherapie und der Untersuchung von Strahleigenschaften in der Ionenstrahl-Therapie (z.B. In-Vivo-Dosimetrie, Strahlenbiologie).

The power of two millio...

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With ion beams generated in that way, in the medium term radiation damage to healthy and tumor tissue by ultrashort pulses will be investigated, so that these beams can be used in the long term for irradiating tumors.

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Mit den damit erzeugten Ionenstrahlen soll mittelfristig die Strahlenschädigung ultrakurzer Pulse auf gesundes und Tumorgewebe untersucht werden, um sie langfristig zur Tumorbestrahlung zu verwenden. Ähnliche Ansätze werden z.B. auch vom Dresdener/Jenaer Verbundprojekt Oncooptics verfolgt. CALA-verfolgt darüber hinaus jedoch den integrierten Ansatz, die vom selben Laser erzeugte brillante Röntgenstrahlung gleichzeitig zur diagnostischen und therapieüberwachenden Bildgebung vor, nach und sogar während der Tumorbestrahlung zu verwenden.

First MAP-Symposium of ...

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The symposium consisted of discussion around the latest developments and applications of silicon detectors in medical physics, regarding ion-based imaging and laser ion acceleration. These subjects are the focus of the MAP cluster of excellence, especially regarding the construction of LEX (Laboratory of Extreme Photonics) and CALA (Center for Advanced Laser Applications).

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Die neuesten Entwicklungen und Anwendungen von Silizium-Detektoren in der medizinischen Physik wurden insbesondere im Hinblick auf Ionen-basierte Bildgebung und Laser-Ionen-Beschleunigung ausführlich diskutiert. Dies sind Themen, die auch den MAP-Exzellenzcluster beschäftigen, gerade im Hinblick auf den Bau von LEX (Laboratory of Extreme Photonics) und CALA (Center for Advanced Laser Applications).

The ATLAS laser system:...

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It is currently being rebuilt in the Laboratory for Extreme Photonics (LEX) building and upgraded from its former 50 TW level to 250 TW, where it will serve as a driver for ion and electron acceleration and X-ray production.

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Umzug und Upgrade des ATLAS-Lasers. Das ATLAS Lasersystem war in den vergangenen 15 Jahren das Arbeitspferd der Hochfeldphysik-Gruppe am MPQ und wurde nun der LMU übergeben. Es wird im Laboratory for Extreme Photonics (LEX) umgebaut, die vormalige 50 TW-Leistung wird auf 250 TW angehoben. Das System wird dann für die Beschleunigung von Ionen und Elektronen und die Erzeugung von Röntgenstrahlung verwendet. Nach dem endgültigen Umzug in die CALA-Infrastruktur im Jahr 2016 wird es für Experimente und Anwendungen in der Teilchenbeschleunigung, zur Erzeugung von UV bis Gammastrahlung und die Partikeltherapie genutzt.

First MAP-Symposium of ...

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Attoseconds break into ...

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In a first series of experiments, the high-energy attosecond pulses were focused on a stream of xenon gas. Photons that happen to interact with an inner shell of a xenon atom eject electrons from that shell and ionize the atom.

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In einem ersten Experiment ließen die Physiker die hochenergetischen Attosekundenpulse auf Xenon-Atome treffen. Gelangen die Photonen zu den inneren Elektronen der Xenon-Atome, schlagen sie Elektronen heraus und ionisieren die Atome. Mithilfe eines Ionenmikroskops zur Detektion der erzeugten Ionen konnten die Physiker erstmals eine Wechselwirkung von zwei Photonen aus einem Attosekundenpuls mit Elektronen aus inneren atomaren Schalen beobachten. Bisher war in der Attosekundenphysik nur die Interaktion eines einzelnen XUV-Photons mit Innerschalen-Elektronen möglich.

MAP Workshop: In Vivo D...

Montrer texte Montrer source en cache Montrer URL avec texte source	The latest research in ion therapy has been discussed by 55 scientists from around the world at the first ever international MAP workshop: In Vivo Dose Monitoring. The workshop was organized by Prof. Katia Parodi, Dr. Peter Thirolf and colleagues from the Department of Medical Physics.
Comparer pages textes Comparer pages HTM Montrer URL avec texte source Montrer URL avec langue cible Définir munich-photonics.de comme domaine prioritaire	Die neuesten Forschungsergebnisse in der Ionentherapie diskutierten rund 55 Wissenschaftler aus aller Welt auf dem ersten internationalen MAP-Workshop „In-Vivo Dose Monitoring“. Die Organisation des Workshops lag in den Händen von Prof. Katia Parodi, Dr. Peter Thirolf und den Mitarbeiten des Lehrstuhls für Medizinische Physik.

Billard game in an atom...

Montrer texte Montrer source en cache Montrer URL avec texte source	A scientist of the laboratory for attosecond physics working with the COLTRIMS (Cold Target Recoil Ion Momentum Spectroscopy) apparatus, which is used to perform the experiments on double ionization. (Photo: Thorsten Naeser/LMU)
Comparer pages textes Comparer pages HTM Montrer URL avec texte source Montrer URL avec langue cible Définir munich-photonics.de comme domaine prioritaire	Eine Forscherin des Labors für Attosekundenphysik am Messapparat COLTRIMS (Cold Target Recoil Ion Momentum Spectroscopy). Mit diesem Aufbau werden die Experimente zur Doppelionsiation durchgeführt. (Foto: Thorsten Naeser/LMU)

our research goals : Th...

Montrer texte Montrer source en cache Montrer URL avec texte source	Exploring – with conventional sources and the emerging tools of Goal -3 – the radio-biological efficiency of short-pulsed particle irradiation and the feasibility of particle tumour therapy with laser-driven proton/ion sources for cost-effective local therapy of cancer.
Comparer pages textes Comparer pages HTM Montrer URL avec texte source Montrer URL avec langue cible Définir munich-photonics.de comme domaine prioritaire	mit konventionellen Quellen, Erforschung der strahlenbiologischen Auswirkungen von kurzen gepulsten Ionenstrahlen und der Machbarkeit einer Ionenstrahltumortherapie mit laserbasierten Protonen- und Ionenquellen für eine kostengünstige lokale Tumortherapie.

Paul Bolton : The Munic...

Montrer texte Montrer source en cache Montrer URL avec texte source	As a Guest Professor, associated with Professor Katia Parodi's team, he will pass on his knowledge at LMU, initially by offering a new graduate course about the 'integrated laser-driven ion accelerator system (ILDIAS)' and it’s applications.
Comparer pages textes Comparer pages HTM Montrer URL avec texte source Montrer URL avec langue cible Définir munich-photonics.de comme domaine prioritaire	Als Gastprofessor gehört er zu Professor Katia Parodis Team und wird sein Wissen an der LMU weitergeben mit einer Vorlesung zum Thema „Integrated laser-driven ion accelerator systems (ILDIAS) and it’s applications“.

Attosecond real-time ob...

Montrer texte Montrer source en cache Montrer URL avec texte source	A sequence of snapshots showing the oscillatory motion of a valence electron inside an atomic ion, as reconstructed from attosecond measurements.
Comparer pages textes Comparer pages HTM Montrer URL avec texte source Montrer URL avec langue cible Définir munich-photonics.de comme domaine prioritaire	Eine Abfolge von Einzelbildern zeigt das Geschehen an dem Ort im Atom, an dem zuvor ein Elektron herausgelöst wurde. Quantenmechanisch betrachtet pulsiert der freie Platz weiter als sogenannte Quantenschwebung.

Focused Laserpower Boos...

Montrer texte Montrer source en cache Montrer URL avec texte source	Focused Laserpower Boosts Ion Acceleration
Comparer pages textes Comparer pages HTM Montrer URL avec texte source Montrer URL avec langue cible Définir munich-photonics.de comme domaine prioritaire	Mit geballtem Licht auf Diamantatome

Focused Laserpower Boos...

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Advanced Technologies i...

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The key research topic of the Junior Research Group 'Advanced Technologies in Radiation Therapy' established in 2008 is to investigate the medical physics aspects of the potential therapeutic use of laser-accelerated proton and ion beams in cancer therapy.

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Der Hauptforschungsgegenstand der 2008 gegründeten Gruppe liegt in der Untersuchung der medizinphysikalischen Aspekte einer möglichen Anwendung von Laser-beschleunigten Protonen- und Ionen-Strahlen in der Krebstherapie. Dabei müssen nicht nur bestehende Methoden der "konventionellen" Teilchentherapie entsprechend angepasst werden, sondern auch ganz neue Verfahren der Dosisapplikation und Bestrahlungsplanung entwickelt werden, um das Potential Laser-beschleunigter Teilchenstrahlen bestmöglich auszunutzen. Dies betrifft insbesondere die Entwicklung schneller und robuster Optimierungswerkzeuge für die Bestrahlungsplanung, die eine effiziente und sichere Applizierbarkeit der verschriebenen Dosis gewährleisten. Das längerfristige Ziel ist der experimentelle Beweis der prinzipiellen Machbarkeit von intensitätsmodulierter Strahlentherapie mit Laser-beschleunigten Protonen, bei der ausgedehnte Felder mit der nötigen Modulation sowohl lateral als auch in der Tiefe (Energiemodulation) bestrahlt werden können. Außerdem beschäftigen wir uns mit den strahlenbiologischen Eigenschaften von Teilchenstrahlen im Allgemeinen, um die Unsicherheiten biologischer Modelle zu reduzieren und so ihre Anwendung in der klinischen Praxis zu ermöglichen.

Tumors under fire: MAP

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The accomplished results provide the first experimental proof and pave the way towards a cost-saving generation of the highly promising carbon ion beams. The next challenge for the physicists in the Cluster of Excellence is to further increase the energy of the laser-accelerated ion beam.

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Die erzielten Resultate ebnen den Weg zu einer kostengünstigeren Erzeugung der vielversprechenden Kohlenstoffstrahlen. Die nächste Herausforderung für die Physiker im Exzellenzcluster ist, die Energie der Ionenstrahlung weiter zu erhöhen. Noch reicht sie für eine effektive Strahlentherapie nicht aus, die Ionen würden nicht tief genug in den Körper eindringen. Habs freut sich dennoch: „Schon in wenigen Monaten werden wir an unserer Biomedical-Beamline am Max-Planck Institut für Quantenoptik hier in Garching mit der ersten Bestrahlung einzelner Zellen starten und zeitgleich die Ionenstrahlparameter weiter verbessern.“

With single laser pulse...

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Now the conditions are set for hitting the single molecule with a femtosecond laser pulse at a probability of almost 100 percent. In the beginning the molecule finds itself in a vibrational ground state.

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Damit sind die Voraussetzungen dafür geschaffen, das Teilchen zielgenau und mit nahezu hundertprozentiger Wahrscheinlichkeit mit Femtosekunden-Laserpulsen zu treffen. Dabei wird das Molekül, das sich zunächst im Vibrationsgrundzustand befindet, mit einem ersten Puls in einen Zustand angeregt, bei dem die beiden Atome mit einer Periode von 30 Femtosekunden gegeneinander schwingen. Ein zweiter Puls testet wenig später, in welcher Phase des Schwingungszyklus sich das Molekül gerade befindet. Am Umkehrpunkt, also nach 15 Femtosekunden, ist der Abstand zwischen den beiden Atomen am größten. Trifft der Abfrage-Puls genau zu diesem Zeitpunkt auf das Molekül, dann ist die Wahrscheinlichkeit dafür, dass die Bindung zwischen den zwei Atomen zerbricht, am größten. Infolgedessen verschwindet der dunkle Fleck im Ionenkristall (siehe Abb.).

Attosecond Electron Cat...

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Since the directional emission of particles can be controlled with this technique using laser light, the researchers argue that a long-term perspective could be medical applications. “With directional electron motion, strongly directed X-rays for imaging applications could be produced,” describes Prof. Eckart Rühl.

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Da man mit dieser Technik die Richtung der Aussendung von Teilchen über Laserlicht kontrollieren kann, wäre hierfür eine medizinische Anwendung als Langzeitperspektive denkbar, meinen die Wissenschaftler. „Mit der gerichteten Elektronenbewegung könnte man stark gerichtet Röntgenstrahlung für die Bildgebung produzieren.“, erläutert Professor Eckart Rühl. Verwendet man genügend starke Laserpulse, wäre es auch denkbar, Ionen, also geladene Atome, aus dem Nanoverbund zu lösen und damit stark gerichtete Ionenstrahlung zur Bekämpfung von Tumoren zu erhalten. Ferner könnte sich herausstellen, dass die Technik neue Perspektiven zur Materialverarbeitung jenseits des Beugungslimits eröffnet – etwa um Nanometer große Bereiche von einer Oberfläche abzutragen.

Tumors under fire: MAP

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With single laser pulse...

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In the past couple of decades ion traps have provided unique control capabilities for charged particles. An ion trap is basically a small vacuum chamber containing four electrodes which are switched rapidly between minus and plus, at frequencies in the radio frequency range (107 Hertz).

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Für die kontrollierte Speicherung einzelner elektrischer geladener Atome, d.h. Ionen, hat sich seit vielen Jahrzenten die so genannte Ionenfalle bewährt. Dabei handelt es sich im Prinzip um ein evakuiertes Gefäß, in dem vier Elektroden so schnell (mit Radiofrequenzen, d.h. ca. 107 Hertz) zwischen Plus und Minus hin und her geschaltet werden, dass sie einzelne, auf extrem tiefe Temperaturen gekühlte Ionen im Zentrum der Falle halten. „Schwebend“ und gut isoliert von ihrer Umgebung können die Teilchen mehrere Stunden überleben. Füllt man in die Falle mehrere Ionen, dann bilden sich aufgrund ihrer wechselseitigen Abstoßung geordnete Strukturen aus. Obwohl der Begriff „kristalline Struktur“ gerechtfertig ist, sind die Abstände rund 100 000 Mal größer als in Festkörperkristallen, wodurch sich einzelne Gitterplätze leicht auflösen lassen.

The power of two millio...

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The CALA project is not without risk, but if successful, it might pave a viable route towards making current large and costly ion therapy centers more efficient and to link them with high-resolution X-ray imaging, thus making treatment accessible to more patients.

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Das Projekt CALA ist nicht ohne Risiko, würde aber bei Erfolg eine gangbaren Weg aufzeigen, um gegenwärtig noch große und teure Ionentherapiezentren in Zukunft zu effizienter zu gestalten, mit hochauflösender Röntgenbildgebung zu verknüpfen und damit mehr Patienten zugänglich zu machen. Bis dahin ist es sicher noch ein langer Weg, jedoch haben an CALA beteiligte Forscher im letzten Jahrzehnt bedeutende Pionierarbeiten geleistet und darauf aufbauende Fortschritte erzielt. Nicht nur auf dem Gebiet der zugrundeliegenden physikalischen Prozesse in der Wechselwirkung hochintensiver Laserfelder mit Materie, sondern auch in der Untersuchung der Strahlenwechselwirkung mit Zellen und neuartigen Bildgebungsverfahren repräsentieren die in CALA vertretenen Wissenschaftler beider Münchener Hochschulen eine einzigartige Wissensbasis.

A live image during tum...

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The medical physicists from the Munich-Centre for Advanced Photonics at LMU, in collaboration with research groups from TUM/HMGU and UniBWM, have now developed a method with which they can check where ion radiation deposits dose in a tumor during irradiation.

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Die Medizinphysiker des Munich-Centre for Advanced Photonics an der LMU haben nun in Kooperation mit Arbeitsgruppen der TUM/HMGU und UniBWM eine Methode entwickelt, mit der sie während der Bestrahlung überprüfen können, wo die Strahlendosis im Tumor gerade ihre Wirkung entfaltet. Dazu haben die Physiker konventionelle Ultraschallmessungen kombiniert mit der gleichzeitigen Messung des Ultraschallsignals verursacht durch die Bestrahlung mit Protonen. Ihnen ist es damit in einem präklinischen Experiment erstmals gelungen, einen Strahl aus Protonen im Gewebe sichtbar zu machen zusammen mit dem Ultraschallbild dieses Gewebestücks. Mit der von ihnen entwickelten „Ionoakustik“ sind sie nun in der Lage, in Echtzeit und dreidimensional zu verfolgen, wo im Körper die Strahlung ihre größte Wirkung entfaltet. Die Forscher bestimmten damit die Treffsicherheit des Protonenstrahls mit unter einem Millimeter Genauigkeit. Zusätzlich und gleichzeitig haben sie auch durch gezielte Beleuchtung mit Laserlicht ein optoakustisches Bild der bestrahlten Gewebestruktur gemessen.

Radiation Reporter: MAP

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In his new position, he hopes to move research in this area forward, and is now engaged in building up his own group. At the moment, his interest is focused on X-ray photon therapy relying on magnetic resonance imaging for guidance, but he intends to extend his work to include ion-based treatments.

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Am Lehrstuhl für Medizinphysik möchte er die Forschung auf dem Gebiet bildgebende Verfahren voranbringen und ist gerade dabei sich eine eigene Arbeitsgruppe aufzubauen. Im Moment beschäftigt diese sich mit Röntgen-Photonen-Therapie, die von Magnetresonanz-Bildgebung gestützt wird, allerdings will er die Forschung in Richtung Ionen-Therapie erweitern. Eine ideale Ergänzung zur Forschung seiner Kollegen am Lehrstuhl für Medizinphysik, mit denen er eng zusammen arbeitet: „Gerade bei der Entwicklung der neuen Technologien hier ist es wichtig, die mit Laser beschleunigten Ionen mit einer Bildgebung zu charakterisieren.“

John S. Laughlin Young ...

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She then worked as a postdoctoral fellow at Massachusetts General Hospital and Harvard Medical School in Boston, USA. In 2006 she returned to Germany as a tenured scientist and group leader at the Heidelberg Ion Therapy Center, obtaining in 2009 her Habilitation from the Heidelberg University.

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Seit 2012 ist sie Professorin und Lehrstuhlinhaberin des Lehrstuhls für Medizinische Physik an der Ludwig-Maximilians-Universität München, wo sie die Aufstellung eines Lehrplans für Medizinphysiker innerhalb des Physik-Masterstudiengangs initiierte. Gleichzeitig blieb sie auch dem Heidelberger Ionentherapie Zentrum verbunden. Ihr Forschungsschwerpunkt liegen in der hochpräzisen bildgeleiteten Strahlentherapie mit Fokus auf Ionenstrahlen, von fortgeschrittener Computer-Modellierung bis hin zu experimentellen Entwicklungen und klinischer Evaluation von neuen Methoden für in-vivo Überwachung der Reichweite von Ionen.

John S. Laughlin Young ...

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With single laser pulse...

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Tumors under fire: MAP

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With single laser pulse...

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With single laser pulse...

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In contrast to atomic ions molecules are much more difficult to trap because they cannot directly be cooled. The MPQ team has now resumed to a trick: they embed the molecule into a crystal formed by cooled atomic ions.

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Auf Moleküle ist diese Methode nicht so ohne weiteres anzuwenden, da sie sich mit den entsprechenden Methoden nicht direkt abkühlen lassen. Die Garchinger Physiker haben nun ein einzelnes Molekül in einen bereits vorhandenen Ionenkristall eingebettet. In ihrem Experiment schalten sie dazu zwei Ionenfallen hintereinander. In der ersten Falle werden unter Einstrahlung von Licht aus Magnesiumdampf und Wasserstoff in einer photochemischen Reaktion Molekülionen erzeugt, die aus je einem Magnesium und einem Wasserstoffatom bestehen (MgH+, bzw. Magnesiumhydrid). Diese zweiatomigen Moleküle werden in eine zweite Ionenfalle überführt, in der sich bereits atomare Magnesiumionen in einem gegenseitigen Abstand von 10 Mikrometern zu einem Gitter angeordnet haben. Unter dem Einfluss der kalten Atome kommt auch das einzelne Molekülion nahezu zum Stillstand und ersetzt eines der atomaren Ionen im Kristallgitter. Während sich jedoch die atomaren Ionen durch Fluoreszenzlicht zu erkennen geben, bleibt der Gitterplatz mit dem Molekül dunkel. Die Position des Moleküls kann jetzt durch Interpolation aus der Position seiner beiden leuchtenden Nachbarn auf weniger als ein Mikrometer genau abgeleitet werden.

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Tumors under fire: MAP

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Oncologists have a dream: they want to use highly energetic ion beams in good quality and accurately defined dose for a pin-sharp and cost-effective radiation treatment of tumors. Modern techniques based on intense laser pulses may play an important role in the future and replace expensive conventional particle accelerators.

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Hochenergetische Ionenstrahlen in guter Qualität und definierter Dosis für die punktgenaue und dennoch kostengünstige Bestrahlung von Tumoren nutzen zu können, steht schon lange auf der Wunschliste der Onkologen. Moderne Lasertechnik könnte künftig eine bedeutende Rolle hierfür spielen und teure Teilchenbeschleuniger ablösen. Einem Team um Prof. Dr. Dietrich Habs von der Ludwig-Maximilians-Universität München ist es nun im Rahmen des Exzellenzclusters „Munich-Centre for Advanced Photonics“ (MAP) in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern des Max-Born-Instituts in Berlin gelungen, einen bereits lange vorhergesagten Mechanismus der laserbasierten Strahlenerzeugung erstmals experimentell zu bestätigen. Die bahnbrechenden Ergebnisse wurden soeben von der Fachzeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht.

A live image during tum...

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Tumors under fire: MAP

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Indeed, in recent years major advances have been achieved in the generation of highly energetic ion beams based on compact lasers instead of large-scale accelerator facilities. “The new technique allows an acceleration distance smaller than the diameter of a human hair,” Habs explains.

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Ionenstrahlen lassen sich jedoch auch mittels kompakter Lasersysteme erzeugen, was gegenüber bisher notwendigen Großanlagen sehr vorteilhaft ist. „Mit der neuen Technik ist der eigentliche Beschleuniger kleiner als die Dicke eines Haares“, verdeutlicht Habs. Derart kurze Distanzen sind ausreichend, um Ionen mit hochintensiven Laserpulsen auf hohe Energien zu beschleunigen. Auch die Strahlführung zum Patienten wird wesentlich verkleinert, die tonnenschweren Magnete durch filigrane Spiegel ersetzt. Bisher ist es jedoch nicht gelungen, eine effiziente Methode zu entwickeln um auf alle Ionen die gleiche Energie zu übertragen. Hier setzt die Arbeitsgruppe um Prof. Habs an. Andreas Henig führte zusammen mit Berliner Physikern die ersten erfolgreichen Experimente durch: „Mit den neuesten Messungen haben wir es geschafft, sowohl in der Effizienz der Ionenstrahlerzeugung als auch in der Energieverteilung der beschleunigten Teilchen einen experimentellen Durchbruch zu erzielen.“

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Tumors under fire: MAP

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Brave new World: Insigh...

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CALA is based on the research results of the Cluster of Excellence „Munich-Centre for Advanced Photonics“ (MAP), but will further develop the laser driven brilliant sources for X-ray and particle beams and research on their possible use in biomedical applications.

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CALA baut auf den Forschungsergebnissen des Exzellenzclusters „Munich-Centre for Advanced Photonics“ (MAP) auf, wird aber die laserbasierten brillanten Quellen für Röntgen- und Teilchenstrahlen weiterentwickeln und deren Möglichkeiten für die Biomedizin erforschen. Im Vordergrund steht die biomedizinische Bildgebung mit Röntgenstrahlen zur Krebs-Früherkennung und, darauf abgestimmt, die lokale Tumortherapie mit lasererzeugten Protonen- und Kohlenstoffionenstrahlen. Ein weiterer Forschungsschwerpunkt ist die ultraschnelle Strahlenbiologie mit dem Ziel, die primären Prozesse bei der Therapie mit Ionenstrahlen besser zu verstehen und zu optimieren.

With single laser pulse...

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The experiment described here is a demonstration of the feasibility and the potential of the new technique which for the first time combines ion traps with classical pump-probe set-ups. The use of X-rays instead of UV-pulses will make it possible to apply the technique to biomolecules which in nature often show up as charged articles.

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Bei den hier beschriebenen Experimenten wurde Laserpulse im UV-Bereich verwendet, um die Machbarkeit der Methode zu demonstrieren. Mit Röntgenpulsen ließe sie sich auch auf Biomoleküle anwenden, die in der Natur häufig in geladener Form vorkommen und die mit standardisierten Verfahren erzeugt werden können. Die hohe Intensität und die kurze Dauer der Röntgen-Laserpulse sollten es dann erlauben, nützliche Informationen über die Struktur des einzelnen Moleküls zu erhalten, bevor es aufgrund der Strahlen geschädigt ist. Das Experiment könnte der Schlüssel werden, um in Zukunft einzelne komplex aufgebaute Moleküle mit der erforderlichen Genauigkeit und Effizienz zu untersuchen. (Text: Olivia Meyer-Streng)

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He is supporting the cluster of excellence “Munich-Centre for Advanced Photonics” especially by his theoretical works for the innovative approaches to generate highly energetic beams for medical applications.

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Prof. Toshiki Tajima ist seit Herbst 2008 Gastprofessor in der Fakultät für Physik der Ludwig-Maximilians-Universität München. Er unterstützt den Exzellenzcluster „Munich-Centre for Advanced Photonics“ vor allem durch seine theoretischen Arbeiten in den hochinnovativen Ansätzen zur Erzeugung energiereicher Strahlen für die Medizin. Die Physiker des Münchener Zentrums erforschen, wie sich Elektronen- und Ionenstrahlen für Diagnostik und Therapie von Krebserkrankungen mittels Laserlicht herstellen lassen.

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Carbon as a razor-thin transparent foil is one of the innovations presented by the "Munich-Centre of Advanced Photonics" (MAP) at the "LASER – World of Photonics" on May 23-26 in Munich. High-power lasers knock out pulsed ion beams out of these foils, which will be used as a low-cost and gentle alternative for cancer therapy in a few years.

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Kohlenstoff als eine hauchdünne transparente Folie ist eine der Neuheiten, die das „Munich-Centre for Advanced Photonics (MAP)“ auf der „LASER – World of Photonics“ vom 23.-26. Mai 2011 in München zeigt. Aus diesen Folien schlagen leistungsstarke Laser gepulste Ionenstrahlen heraus, die in einigen Jahren als preiswerte und schonende Alternative für die Tumortherapie dienen werden. Auf dem Gemeinschaftsstand der Bayerischen Hochschulen (B2.407) präsentiert neben dem „Munich-Centre for Advanced Photonics (MAP)“ das zukünftige „Centre for Advanced Laser Applications (CALA)“, wie mit den neuen Lasern Diagnostik und Therapie von Tumorerkrankungen revolutioniert werden können.

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ion – Traduction – Dictionnaire Keybot