ions – -Translation – Keybot Dictionary

Show text Show cached source Open source URL	Like wind in a sail propelling a boat, the laser light pushes a nanometer-thin layer of electrons and ions forward. (Illustration: Andreas Henig)
Compare text pages Compare HTM pages Open source URL Open target URL Define map.uni-muenchen.de as primary domain	Wie der Wind im Segel ein Schiff voran trägt, drückt das Laserlicht Elektronen und Ionen in seiner Bugwelle vorwärts. (Grafik: Andreas Henig)

Attosecond Electron Cat...

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.

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.

The group of Munich physicists is the first to experimentally demonstrate an acceleration process which allows all ions to fly with the same velocity. By changing the laser polarization from linear to circular and reducing the diamond-like carbon foil to only a few nanometers in thickness, an uncontrolled heating of the particles and subsequent foil expansion was avoided.

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Die Münchner Physiker haben nun erstmals einen Beschleunigungsprozess experimentell demonstriert, der alle Ionen mit gleicher Geschwindigkeit fliegen lässt. Sie haben die Polarisation des Lasers von linear auf zirkular geändert und die Dicke der laserbestrahlten diamantartigen Kohlenstoff-Folien auf wenige Nanometer reduziert – das vermeidet ein unkontrolliertes Aufheizen der Teilchen. Stattdessen drückt das Laserlicht die Elektronen nun kollektiv in einer Nanometer-dünnen Schicht nach vorne und zieht die Kohlenstoff-Ionen mit sich. Die komplette Folie wird wie ein Segel durch den Lichtdruck des Lasers angetrieben, ein Mechanismus, der von Theoretikern bereits lange vorhergesagt wurde.

The power of two millio...

The main application of the CALA laser is the acceleration of charged particles (electrons and ions) by the extremely strong electric fields generated by the irradiation of plasma with intense laser light.

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Die in CALA verfolgte Hauptanwendung des Lasers ist die Beschleunigung geladener Teilchen (Elektronen und Ionen) durch die extrem starken elektrischen Felder, die sich durch die Bestrahlung eines Plasmas mit intensiven Laserlicht erzeugen lassen. Im Gegensatz zu konventionellen Teilchenbeschleunigern sind diese Felder je nach Situation um einen Faktor zehntausend bis zehn Millionen mal stärker, wodurch sich die Beschleunigungsstrecken entsprechend stark verkürzen lassen. Zudem konzentrieren die starken Felder die Teilchenpakete auf ein viel kleineres Quellenvolumen, wodurch entsprechend „dichte“ und damit intensive Strahlenpakete möglich werden. Auf diese Weise sind sehr kompakte Beschleuniger möglich, wie sie unter anderem in der modernen Strahlenmedizin gefragt sind.

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In addition, the nanotube coating focuses the light pulse onto a very small area of the target. These two effects together enhance the energy of the carbon ions ejected from the foil to around 200 MeV (mega electron volts) – significantly higher than was previously attainable.

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Im MAP-Service-Centre wurden nun die diamantartigen Kohlenstofffolien, die Grundlage für die ersten Studien zur Strahlungsdruckbeschleunigung vor fünf Jahren waren, mit einer Mikrometer dünnen Schicht aus Nanoröhrchen bedampft. Diese Röhrchen liegen ungeordnet auf der Folie, wie etwa Stroh in einem Heuhaufen. Die Röhrchen haben zur Folge, dass die Leistung des auftreffenden Laserpulses beim Durchgang so gebündelt wird, dass ihre Kraft augenblicklich auf die dahinter liegende Kohlenstofffolie wirkt und sich nicht erst langsam aufbaut. Zudem fokussieren die Nanoröhrchen die Lichtpulse stark auf einen „Brennpunkt“ auf der Folie. Beide Effekte haben zur Folge, dass die aus der Kohlenstofffolie herausgelösten Ionen über eine deutlich höhere Energie verfügen als bisher (rund 200 Megaelektronenvolt, MeV). Die Experimente wurden im Rahmen des Laserlab-Europe-Programms am ASTRA-Gemini Laser des Rutherford Appleton Laboratory’s durchgeführt. In der Kollaboration arbeiteten Forscher aus Deutschland, Großbritannien, Spanien und China.

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.

Professor Ferenc Krausz...

However, from the very beginning it was a deep wish of Professor Krausz to use the new technologies for medical applications. As a consequence, he initiated the Centre for Advanced Laser Applications (CALA) which is going to be constructed on the research site Garching in the next years.

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Von Anfang an war es aber ein Anliegen von Ferenc Krausz, die Laserentwicklung auch in den Dienst der Medizin zu stellen. Zu diesem Zweck initiierte er das Centre for Advanced Laser Applications (CALA), das in den kommenden Jahren auf dem Forschungscampus Garching errichtet werden soll. Die hier entwickelten Kurzpuls-Laser werden die Basis von neuen Röntgenquellen bilden, die höchstauflösende Bildgebung und damit besonders frühe Erkennung von Tumoren ermöglichen. Ferner sollen bei CALA – ebenfalls mit Hilfe von Kurzpuls-Lasern – kompakte kliniktaugliche Quellen für Protonen- und Kohlenstoff-Ionenstrahlen gebaut werden, die sich aufgrund ihrer spezifischen Dosis-Wirkungskurven besonders gut für die Therapie tiefer gelegener Krebsgeschwüre eignen.

Brave new World: Insigh...

The modern research lasers are strong enough to generate and accelerate particles such as ions and electrons. This is the second main area of the MAP Service Centre: As the only team in the world they produce razor-thin carbon foils of atoms in a diamond-like structure.

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Die modernen Laser in der Forschung sind stark genug, um Teilchen wie Ionen und Elektronen zu erzeugen und zu beschleunigen. Das ist der zweite Schwerpunkt des Servicecentres: Als weltweit einziges Team stellt es hauchdünne Kohlenstofffolien her, in denen die Atome in einer diamantartigen Struktur vorliegen. Trifft ein starker gepulster Laserstrahl auf eine solche Folie, so trennt er die Atome in schnellere Elektronen und schwerere und damit langsamere Ionen. Die Teilchen werden durch den Lichtdruck vorangetrieben und ordnen sich von selbst in einzelnen Pulsen an. Für diese beiden Schwerpunkte erhielt das Servicecentre die Auszeichnung als einer der diesjährigen Orte im Land der Ideen.

The scientists generate the high energy ions by irradiating diamond-like carbon foils with intense laser pulses. Atoms located within the foil are split into electrons and ions by the strong electric field of the laser focus, a plasma is generated.

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Die energiereichen Ionen erzeugen die Forscher, indem sie diamantartige Kohlenstoff-Folien mit hochintensiven Laserpulsen bestrahlen. Das starke elektrische Feld im Laserfokus trennt die Atome der Folie in Elektronen und Ionen und erzeugt dadurch ein Plasma. Die enorme Laserintensität (etwa 100 Trillionen mal stärker als die durchschnittliche Strahlungsintensität der Sonne) heizt die leichteren Elektronen stark auf und trennt sie in einer expandierenden Wolke von den trägeren, weil deutlich schwereren Ionen. Ein Ladungstrennungsfeld enormer Stärke entsteht und beschleunigt die Ionen bis auf etwa ein Zehntel der Lichtgeschwindigkeit. Allerdings zeigten die so erzeugten Ionenstrahlen bisher ein breites Energiespektrum, eine medizinische Anwendung dagegen erfordert eine genau definierte Teilchenenergie, um Eindringtiefe und Dosisverteilung präzise zu regeln.

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Show text Show cached source Open source URL	Helium atoms flowing from a small nozzle are ionized by a laser pulse. Thereby a plasma channel forms from helium ions and free electrons. In this channel the flash of light accelerates a small portion of the electrons almost to the speed of light.
Compare text pages Compare HTM pages Open source URL Open target URL Define map.uni-muenchen.de as primary domain	Aus einer kleinen Düse strömen Heliumatome, die von einem Laserpuls ionisiert werden. Dabei entsteht aus Heliumionen und freien Elektronen ein Plasmakanal. In diesem Kanal wird ein Teil der Elektronen bis auf Lichtgeschwindigkeit von dem Lichtblitz beschleunigt. (Foto: Thorsten Naeser)

Playing Billiards with ...

Laser-driven acceleration of protons opens up a new route to the construction of compact particle accelerators. Hitherto, the laser shot has generally been directed at a thin metal foil, generating and accelerating a plasma of free electrons and positively charged ions.

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Eine neue Entwicklung in der Beschleunigertechnologie sind lasergetriebene Plasmabeschleuniger. Dabei werden Elektronen oder Protonen mit Hilfe starker Laser auf nahezu Lichtgeschwindigkeit gebracht. Die lasergetriebene Beschleunigung von Protonen eröffnet neue Wege kompakte Beschleuniger zu bauen. Als Quelle für die Protonen dient in der Regel eine dünne Folie, die mit einem starken Laserpuls beschossen wird. Dabei werden Ionen beschleunigt. Physiker der LMU München haben nun diese Folie durch schwebende Plastikkügelchen ersetzt. Der Durchmesser dieser Kugeln beträgt nur einen Millionstel Meter. Die Mikrokugeln sind so klein, dass man sie weder aufhängen noch aufspießen kann. Die Forscher ließen die Kugeln mit hoher Präzision schweben. Die dazu benötigte Apparatur wurde am Lehrstuhl für Medizinphysik, an der LMU entwickelt.

The higher energies now available make it possible, for the first time, to carry out experiments on cells with beams of carbon ions. However, because the radiation must pass through healthy tissue before it reaches a tumor, energies of at least one GeV (gigaelectronvolt) will be required for clinically relevant applications, about five times higher than that attained in the latest experiments.

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Mit der verbesserten, lichtgetriebenen Ionenstrahlung werden nun erstmals Experimente mit Kohlenstoff-Ionen an Zellen möglich. Um lichtgetriebene Ionenstrahlung zur Bekämpfung von Tumoren im menschlichen Körper einzusetzen, werden jedoch Energien von mindestens einem GeV (Gigaelektronenvolt) benötigt, also rund fünfmal so viel wie aktuell möglich ist. Denn die Strahlung muss erst gesundes Gewebe durchdringen bis sie einen Tumor erreicht. Dieses Ziel ist nicht utopisch: Auf den Grundlagen des Forschungsverbunds des Munich-Centres for Advanced Photonics entsteht auf dem Forschungscampus in Garching das Centre for Advanced Laser Applications (CALA). Das Laserforschungszentrum wird ein neues Kurzpulslasersystem, den ATLAS 3000, beherbergen. Mit ihm werden erstmals Laserpulse erzeugt, die über eine Leistung von drei Petawatt verfügen. Die daraus erzeugten Laserpulse in Kombination mit der verbesserten Nanoröhrchen-Kohlenstofffolien-Technologie lassen einen medizinischen Einsatz von lichtgetriebener Ionenstrahlung näher rücken.

Brave new World: Insigh...

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A New Gateway to the Mi...

Such pulses are sufficiently energetic to excite helium ions, which would allow the frequency of the associated emission to be precisely determined with the frequency-comb technique, for which Prof. Theodor Hänsch won a Nobel Prize in Physics in 2005.

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Und auch in der Erkundung elementarster Naturphänomene könnte die neue Lasertechnologie eingesetzt werden. So wird der Laser künftig Lichtblitze generieren, die sich im extremen ultravioletten Bereich des Lichts (60 Nanometer Wellenlänge) befinden. Damit könnte man erstmals zum Beispiel Helium-Ionen anregen und deren Schwingungen pro Sekunde mit der von Prof. Theodor Hänsch entwickelten, mit dem Nobelpreis ausgezeichneten Frequenzkammtechnik, exakt bestimmen. Solche Laserspektroskopie-Experimente dienen etwa dazu, Naturkonstanten zu überprüfen.

ERC Consolidator Grant ...

Katia Parodi’s research centers on the advancement of high-precision image-guided radiation therapy with photons, protons, and heavy ions. The development of new radiation sources and imaging modalities promises to enhance the efficacy of cancer therapy.

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Katia Parodis Forschungsschwerpunkt ist die bildgeführte Hochpräzisions-Strahlentherapie mit Photonen, Protonen und schweren Ionen. Die Entwicklung neuer Strahlquellen und bildgebender Verfahren soll die Behandlung von Krebs verbessern. In ihrem ERC-Projekt „SIRMIO“ wird sie einen Prototyp entwickeln, mit dem sich die Wirkung von Protonenstrahlung im Tiermodell effektiver untersuchen lässt. Dadurch wird sich besser erforschen lassen, welche Auswirkung die Protonen auf das Gewebe haben und wie sie sich von der bisher üblichen Methode der Photonenbestrahlung unterscheiden.

A team of scientists including Ferenc Krausz and his employees Laszlo Veisz and Alexander Buck of the Laboratory of Attosecond Physics (LAP) at the Max-Planck-Institut für Quantenoptik (MPQ) and the Ludwig-Maximilians-Universität (LMU Munich), in cooperation with colleagues from the Friedrich Schiller University Jena, succeeded in the first observation of laser-accelerated fast electron swarms in conjunction with a plasma wave consisting of positively charged helium ions and slow background electrons.

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Schwarmverhalten gibt es nicht nur bei Vögeln, Insekten oder Fischen, auch der Mikrokosmos hat ähnliche Phänomene zu bieten. Einem Team um Ferenc Krausz und seinen Mitarbeitern Laszlo Veisz und Alexander Buck vom Labor für Attosekundenphysik (LAP) am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (MPQ) und an der Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) ist es jetzt in Zusammenarbeit mit Kollegen der Universität Jena erstmals gelungen, laserbeschleunigte Schwärme von Elektronen im Zusammenspiel mit einer Plasmawelle, die aus positiv geladenen Heliumionen und weiteren Elektronen besteht, zu beobachten.

When short laser pulses irradiate e.g. helium atoms their structure is heavily disturbed. If the light is strong enough, electrons are pulled out of the atoms and the helium atoms become ions. This mixture of electrons and ions is called plasma which may support wave structures –the so called electron plasma waves– when exposed to strong light.

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Wenn kurze Laserpulse zum Beispiel auf Heliumatome treffen, wird deren Struktur gehörig durcheinander gewirbelt. Ist das Licht stark genug, schlägt es aus den Atomen Elektronen heraus, die Heliumatome werden zu Ionen. Die Mischung aus Elektronen und Ionen nennt man Plasma, das unter starkem Lichteinfluss Wellenstrukturen annehmen kann. In der Laserphysik nützt man diesen Prozess unter speziellen Bedingungen um einen kleinen Teil der Elektronen rasant bis nahe der Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen und zu kontrollieren.

Instantaneous response:...

With the aid of a newly developed method, an international team of physicists has now determined the absolute duration of the interval between the absorption of an energetic photon and the emission of the photoelectron. The researchers pre-pared tungsten crystals with single iodine ions on its surface, and irradiated them with ultrashort X-ray pulses to trigger the photoelectric effect.

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Das internationale Physikerteam hat nun eine neue Messmethode entwickelt, die es erlaubt, die Zeit zwischen der Absorption eines Photons und der Emission eines Elektrons zu bestimmen. Dazu „klebten“ die Physiker einzelne Iod-Atome auf einen Wolfram-Kristall und bestrahlten ihn mit Röntgenblitzen, die den Photoeffekt starteten. Da die Iod-Atome extrem schnell auf einfallendes Röntgenlicht reagieren, kann man sie als Licht- und Elektronen-Stoppuhren benutzen. Um die Präzision der Messung zu erhöhen, wurden diese Stoppuhren dann in einem weiteren Experiment mithilfe einer erst kürzlich entwickelten absoluten Referenz (Nature Physics, 7. Nov. 2016), geeicht. Dies ermöglicht, die Photoemission aus einem Kristall mit einer Genauigkeit von wenigen Attosekunden (eine Attosekunde ist ein Milliardstel einer milliardstel Sekunde) zu stoppen.

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A quadrillionth of a se...

Show text Show cached source Open source URL	“Prior to our experiment, you could observe either which part of the exciting light was absorbed by the sample over time or measure what kind of and how many ions were created in the process,” explains Bernhardt.
Compare text pages Compare HTM pages Open source URL Open target URL Define map.uni-muenchen.de as primary domain	Mit der Kombination der beiden Messtechniken können die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nicht nur ultraschnelle Ionisierungsprozesse aufzeichnen. Durch die Variation der Intensität des zweiten, abfragenden Laserpulses können sie erstmals auch die Ionisierungsdynamik gezielt kontrollieren und auf diese Weise beeinflussen.

Attoseconds break into ...

By using what is known as an ion microscope to detect these ions, the scientists were able, for the first time, to observe the interaction of two photons confined in an attosecond pulse with electrons in the inner orbital shells of an 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.

Show text Show cached source Open source URL	A laser beam (red, coming from the left) shines on an ultrathin diamond-like carbon foil coated on one side with a layer of nanotubes. The impact of the laser beam ejects high-energy ions from the uncoated side of the carbon foil.
Compare text pages Compare HTM pages Open source URL Open target URL Define map.uni-muenchen.de as primary domain	Ein Laserstrahl (rot, von links kommend) trifft auf eine Schicht aus Nanoröhrchen. Die Nanoröhrchen fokussieren das Licht auf die dahinter liegende Kohlenstofffolie. Aus ihr werden so Ionen herausgelöst. Die Nanoröhrchen verbessern die Qualität der lichtgetriebenen Ionenstrahlung enorm. Illustration: Isabella Cortrie

DLC (Diamond-like Carbo...

For the investigation of nuclear reactions isotopically enriched targets of stable or radioactive isotopes are required. These targets are mostly thin films of the specific isotope, either self supporting or on a suitable backing foil.

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Für die Erforschung von Kernreaktionen benötigen einige MAP-Wissenschaftler stabile oder radioaktive isotopenreine Targets. Diese bestehen entweder aus einer metallischen Folie des gewünschten Isotops oder aus einer dünnen Schicht des Isotops auf einem geeigneten Trägermaterial. Die Targets werden mit beschleunigten Ionen bestrahlt; dabei entstehen durch Kernreaktionen und radioaktiven Zerfall verschiedene Strahlen (?-, ?- und ?-Strahlung), die so Auskunft über den Reaktionsmechanismus oder die Struktur der Kerne geben. Besonders interessant sind für Kernphysiker künstlich erzeugte radioaktive Nuklide wie beispielsweise 229Th, das als Produkt des radioaktiven Alphazerfalls von 233U entsteht.

Explosive preparation l...

Show text Show cached source Open source URL	The Texas Petawatt laser pulse (red) is focused onto a levitating microsphere target. The immense laser-intensity causes the fierce explosion of the microsphere, thereby generating potentially useful energetic ions from an ultra-small source (blue).
Compare text pages Compare HTM pages Open source URL Open target URL Define map.uni-muenchen.de as primary domain	Der Texas Petawatt Laser Puls (rot) wird auf eine schwebende Mikrokugel fokussiert. Die enorme Lichtintensität verursacht die Explosion der Mikrokugel wodurch potentiell vielseitig nutzbare energetische Ionen (blau) aus einer sehr kleinen Quelle erzeugt werden können. Bild: Tobias Ostermayr

Cluster of Excellence o...

Show text Show cached source Open source URL	Virtual tour through the kingdom of ions
Compare text pages Compare HTM pages Open source URL Open target URL Define map.uni-muenchen.de as primary domain	Virtueller Rundgang im Reich der Ionen