Dokument: Electron acceleration in the Bubble Regime

Titel:	Electron acceleration in the Bubble Regime
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=28288
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20140206-092833-6
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Jansen, Oliver [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 24,20 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 04.02.2014 / geändert 04.02.2014
Beitragende:	Prof. Dr. Pukhov, Alexander [Gutachter] Univ.-Prof. Dr. Dr. Müller, Carsten [Gutachter]
Stichwörter:	Bubble-Regime, Laser wakefield acceleration, electron acceleration
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 530 Physik
Beschreibungen:	The bubble regime of laser-wakefield acceleration has been studied over the recent years as an important alternative to classical accelerators. Several models and theories have been published, in particular a theory which provides scaling laws for acceleration parameters such as energy gain and acceleration length. This thesis deals with numerical simulations within the bubble regime, their comparison to these scaling laws and data obtained from experiments, as well as some specific phenomenona. With a comparison of the scaling laws with numerical results a parameter scan was able to show a large parameter space in which simulation and theory agree. An investigation of the limits of this parameter space revealed boundaries to other regimes, especially at very high (a > 100) and very low laser amplitudes (a < 4). Comparing simulation data with data from experiments concerning laser pulse development and electron energies, it was found that experimental results can be adequately reproduced using the Virtual-Laser-Plasma-Laboratory code. In collaboration with the Institut für Optik und Quantenelektronik at the Friedrich-Schiller University Jena synchrotron radiation emitted from the inside of the bubble was investigated. A simulation of the movement of the electrons inside the bubble together with time dependent histograms of the emitted radiation helped to prove that the majority of radiation created during a bubble acceleration originates from the inside of the bubble. This radiation can be used to diagnose the amplitude of oscillation of the trapped electrons. During a further study it was proven that the polarisation of synchrotron radiation from a bubble contains information about the exact oscillation direction. This oscillation was successfully controlled by using either a laser pulse with a tilted pulse front or an asymmetric laser pulse. First results of ongoing studies concerning injecting electrons into an existing bubble and a scheme called 'staging' are presented. The staging scheme utilises the results from injecting electrons by transferring electrons from a bubble acceleration into another bubble. In this manner electrons can be accelerated beyond the usual limitations on the acceleration length of the bubble regime. Das Bubble Regime der Laser-Kielwellenbeschleunigung wird seit Jahren untersucht auf sein Potential, als Alternative zu klassischen Teilchenbeschleuniger zu dienen. Verschiedene Modelle für das Bubble Regime wurden veröffentlicht, im Besonderen eine Theorie, welche Skalierungsgesetze für Beschleunigungsgrößen beinhalten, wie zum Beispiel der gewonnenen Energie oder der Beschleunigungslänge. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit numerischen Simulationen bezüglich des Bubble Regimes, dem Vergleich der Simulationen mit besagten Skalierungsgesetzen und Experimenten, ebenso wie ausgewählten Phänomenen. Eine Untersuchung der Skalierungsgesetze mithilfe numerischer Simulationen ergab einen ausgedehnten Parameterraum, in welchem Simulation und Theorie übereinstimmen. Die Grenzen dieses Parameterraums werden durch Übergánge in andere Regimes definiert, speziell für sehr hohe (a > 100) oder sehr niedrige (a_0 < 4) Laser-Amplituden. Ein Vergleich von Simulationsergebnissen mit Daten von experimentellen Messungen mit Bezug auf die Entwicklung des Laserpulses und auf Elektronenenergien zeigte, dass experimentelle Resultate mit dem Virtual-Laser-Plasma-Laboratory-Code (VLPL) adäquat reproduziert werden können. Eine Zusammenarbeit mit dem Institut für Optik und Quantenelektronik der Friedrich-Schiller Universität Jena beschäftigte sich mit der Untersuchung von Synchrotronstrahlung, welche vom Inneren der Bubble emittiert wird. Simulationen der Bewegung der Elektronen innerhalb der Bubble zusammen mit Histogrammen der emittierten Strahlung halfen zu beweisen, dass der Großteil der Strahlung, welche bei einer Bubble Beschleunigung entsteht, aus dem Inneren der Bubble emittiert wird. Diese Strahlung kann zur Diagnose der Schwingungsamplitude der gefangenen Elektronen genutzt werden. In einer weiteren Untersuchung konnte gezeigt werden, dass die Polarisationsrichtung der Strahlung mit der Oszillationsrichtung der Elektronen stark korreliert ist. Diese Oszillationsrichtung wurde erfolgreich beinflusst mithilfe von asymmetrischen Laserpulsen und Pulsen mit gekippten Pulsfronten. Des Weiteren werden erste Ergebnisse einer Studie über Elektroneninjektion in existierende Bubbles und das Staging-Verfahren vorgestellt. Beim Staging werden die Ergebnisse der Elektroneninjektion genutzt, um Elektronen aus einer Bubblebeschleunigung in eine neue Bubble zu injizieren. Das Ziel dieses Verfahren ist es, Elektronen jenseits der üblichen Beschleunigungslängen des Bubble Regimes zu beschleunigen.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Physik » Theoretische Physik
Dokument erstellt am:	06.02.2014
Dateien geändert am:	06.02.2014
Promotionsantrag am:	09.01.2014
Datum der Promotion:	03.02.2014