Dokument: Elektronen Injektion und Beschleunigung im Bubble Regime
| Titel: | Elektronen Injektion und Beschleunigung im Bubble Regime | |||||||
| Weiterer Titel: | Electron injection and acceleration in the bubble regime | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=35129 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20150825-082753-5 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Deutsch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Thomas, Johannes [Autor] | |||||||
| Dateien: |
| |||||||
| Stichwörter: | Theoretische Physik | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 530 Physik | |||||||
| Beschreibungen: | Einige der grundlegendsten Fragen der Physik lassen sich heute nur noch mit Hilfe
von Experimenten an Teilchenbeschleunigern beantworten (weitere Informationen sind z.B. unter http://www .weltmaschine.de/cern_und_lhc/cern/ erhältlich). Dabei werden immer höhere Stoßenergien und immer hochwertigere Teilchenstrahlen benötigt. Um die Energie der beschleunigten Teilchen zu erhöhen, müssen herkömmliche Beschleunigersysteme wie Linear- und Zirkularbeschleuniger immer weiter ausgebaut und vergrößert werden. Eine Verstärkung der beschleunigenden elektromagnetischen Felder ist auf Grund sonst auftretender Materialschäden nicht möglich. Ein anderer Ansatz, der diese Schwäche nicht hat, ist die Beschleunigung von Elektronen in Plasmen. Hierbei wird ein Laserpuls, oder ein kurzer hoch energetischer Elektronenstrahl in ein Plasma geschossen um dort freie Elektronen direkt durch den Laser, oder durch eine vom Laserpuls getriebene Plasmawelle zu beschleunigen. Plasmawellen, die durch kurze hoch-intensive Laserpulse angeregt werden, beherbergen in ihrem Inneren elektromagnetische Felder, die um viele Größenordnungen höher als in herkömmlichen Beschleunigern sind. Ist die Breite des Laserpulses kürzer als eine halbe Plasmawellenlänge, werden Plasmawellen angeregt, die nach einer halben Periode brechen. Eine Besonderheit dieser gebrochenen Wellen ist, dass sie ein Volumen im Plasma bilden, aus dem alle Elektronen entrückt sind, und das sich mit annähernd Lichtgeschwindigkeit durch das Plasma bewegt. Auf Grund seiner Form wird ein solches Volumen auch als Bubble bezeichnet. Elektronen, die in der beschleunigenden Phase der Bubble gefangen werden, formen einen dichten Elektronenstrahl und können innerhalb von wenigen cm auf Energien von einigen GeV beschleunigt werden. In dieser Arbeit werden verschiedene analytische Bubble Modelle vorgestellt, die individuelle Problemstellungen behandeln. Zuerst wird dabei eine neue Injektionsmethode vorgestellt, bei der ein kurzer Teilchenstrahl seitlich in die Bubble geschossen wird. Dadurch wird die Breite der Energieverteilung des Elektronenstrahls minimiert. Anschließend wird berücksichtigt, dass hoch energetische Elektronen in elektromagnetischen Feldern viel Energie durch Strahlung verlieren. Zum Schluss wird ein neues Model eingeführt, das das Hintergrundplasmadichteprofil für gegebene Felder bestimmbar macht.Some of today’s most basic questions in physics can only be answered with experiments at particle accelerators (further information is available at http://www.welt- maschine. de/cern_und_lhc/cern/). In order to access new research fields the particle energy and the beam quality have to be increased continuously. In order to achieve this, conventional accelerators, like linear and circular accelerators, have to be extended and enlarged since amplification of the accelerating electromagnetic fields is not possible because too large field strengths may cause material damages. Another method that does not suffer from this disadvantage is the acceleration of electrons in plasmas. Here, a laser pulse or a short electron bunch is directed into a plasma such that ambient electrons are accelerated directly by the laser pulse (DLA) or by the laser driven plasma wake field (PWFA). Plasma waves that are driven by high intense and short pulses may break and build up field strengths that are many orders of magnitude larger than in conventional accelerators. If the laser pulse duration is shorter than half a plasma wave length, the plasma wave breaks after its first oscillation and a highly non-linear broken wave regime is reached. In this regime the laser pulse excites a plasma cavity without any electrons left. The shape of this cavity is spherical so the corresponding acceleration technique is also known as the bubble acceleration and the wake field is called the bubble. Electrons that are trapped in the bubble form a dense bunch that is accelerated to high energies (GeV and more) on a cm scale. This thesis presents various analytical bubble models that treat individual problems. The first point is to present a new injection technique that describes the lateral injection of short electron bunches into the bubble. This method is suited to minimize the energy spread of the electron bunches. Secondly, radiation reaction for ultra-high electron energies in the GeV regime and above is included into the theory for the new injection method. The last point of this theses is to introduce a new model that calculates the background plasma density profile for given fields. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät | |||||||
| Dokument erstellt am: | 25.08.2015 | |||||||
| Dateien geändert am: | 25.08.2015 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 08.12.2014 | |||||||
| Datum der Promotion: | 04.02.2015 |
