Dokument: Optimierung lasererzeugter harter Röntgenstrahlung durch Anpassung des Plasmagradienten

Titel:	Optimierung lasererzeugter harter Röntgenstrahlung durch Anpassung des Plasmagradienten
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=20345
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20120125-115516-8
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Dipl. Phys. Gaußmann, Fabian [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 3,07 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 23.01.2012 / geändert 23.01.2012
Beitragende:	Prof. Dr. Pretzler, Georg [Betreuer/Doktorvater] Prof. Dr. Schiller, Stephan [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 530 Physik
Beschreibungen:	Die Wechselwirkung intensiver und ultrakurzer Lichtpulse mit Materie stellt eine faszinierende und zugleich neue Methode zur Erzeugung charakteristischer Röntgenstrahlung dar. Freie Elektronen an der Oberfläche eines Festkörpers werden durch das elektrische Feld des Lasers beschleunigt und dringen tief ins Material ein. Hier erzeugen sie Innerschalenionisationen, deren Zerfall mit der Emission charakteristischer Röntgenstrahlung einhergeht. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Erzeugung und vor allem mit der Optimierung charakteristischer Röntgenstrahlung. Die Emission wird für verschiedene Materialien in Abhängigkeit der Laserparameter genau untersucht. Durch den gezielten Einsatz eines Vorpulses wird die Beschaffenheit der Oberfläche entscheidend verändert. Der Vorpuls erzeugt ein expandierendes Plasma, wodurch sich das Dichteprofil der Elektronen an der Oberfläche zeitlich verändert. Der verzögert eintreffende Hauptpuls kann nun unter optimierten Bedingungen mit dem erzeugten Vorplasma wechselwirken. Die Emission der Röntgenstrahlung lässt sich so um ein Vielfaches steigern. In einem weiteren Experiment wird die Energieverteilung der durch den Laser beschleunigten Elektronen untersucht. Besonderes Augenmerk gilt dabei dem vergleichsweise kleinen Anteil an supra-thermischen Elektronen, der für die Entstehung der charakteristischen Röntgenstrahlung maßgeblich verantwortlich ist. Die Analyse dieser Elektronenspektren erlaubt ein besseres Verständnis der Röntgenerzeugung. Über verschiedene Simulationen wird der gesamte Entstehungsprozess charakteristischer Röntgenstrahlung nachvollzogen. Eine hydrodynamische Simulation erlaubt Rückschlüsse auf die Eigenschaften des Vorplasmas. Auf Basis dieser Werte werden mittels einer particle-in-cell-Simulation die Energieverteilungen der heißen Elektronen durch die Laser-Plasma-Wechselwirkung ermittelt. Eine dritte, Monte-Carlo-Simulation, ermöglicht Aussagen über die Emission charakteristischer Röntgenstrahlung hervorgerufen durch beliebige Elektronenspektren. In Kombination ergibt sich ein vollständiges Bild des Entstehungsprozesses. Zusätzlich erlauben diese Simulationen Aussagen über den zeitlichen Verlauf der emittierten Röntgenstrahlung. Die Kenntnis der Röntgenpulsdauer eröffnet faszinierende Anwendungsmöglichkeiten wie z.B. die zeitaufgelöste Analyse ultraschneller Prozesse auf atomarer Ebene. The interaction of intense and ultrashort light pulses with matter is an interesting new method to generate characteristic x-rays. On the surface free electrons are accelerated by the electric field of the laser and penetrate deeply into the material. Here the hot electrons induce inner-shell ionizations which lead to the emission of characteristic x-rays. This thesis provides detailed information on the generation of characteristic x-rays and in particular its optimization. The emission's dependency on the material and various laser parameters is analyzed. By using a defined pre-pulse, the surface quality changes decisively. The pre-pulse generates an expanding pre-plasma which creates a time-depending density profile on the surface. The main pulse is now able to interact with the plasma under optimized conditions. As a result the total x-ray emission can be enhanced drastically. In another experiment, the laser-generated hot electron population is directly measured by an electron spectrometer. The main focus is on the comparatively small amount of supra-thermal electrons which are essential for the generation of characteristic x-rays in the keV range. This measurement provides a better insight into the x-ray generation. Different types of numerical simulations were employed in order to understand the complete process of x-ray generation. A hydrodynamic simulation allows approximations of the pre-plasma parameters. Based on this, the laser-generated hot electron population is simulated by a particle-in-cell simulation. A Monte-Carlo code allows predictions of the x-ray emission based on arbitrary electron spectra. The combination of all three gives a full understanding of the process of x-ray generation. In addition, information on the x-ray flash's temporal profile can be gathered with the help of these simulations. The knowledge of the pulse duration gives access to fascinating applications like the time-resolved analysis of atomic structures.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät
Dokument erstellt am:	25.01.2012
Dateien geändert am:	25.01.2012
Promotionsantrag am:	02.12.2011
Datum der Promotion:	16.01.2012