Dokument: Erzeugung von Röntgenstrahlung durch intensive Laserpulse

Titel:	Erzeugung von Röntgenstrahlung durch intensive Laserpulse
Weiterer Titel:	X-ray generation by high intensity laser pulses
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=44814
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20180206-101909-9
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Deutsch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Medientyp:	Text
Autor:	Brauckmann, Stephanie [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 14,26 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 05.02.2018 / geändert 05.02.2018
Beitragende:	Prof. Dr. Willi, Oswald [Gutachter] Prof. Dr. Pukhov, Alexander [Gutachter]
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 530 Physik
Beschreibungen:	Die Interaktion von ultra-intensiven Laserpulsen mit Materie umfasst die Erzeugung heißer Plasmen. Darüber hinaus wird es von einer Vielzahl von Prozessen begleitet, die zur Emission von Strahlung im Röntgenbereich und zur Teilchenbeschleunigung führen. Das Ziel dieser Arbeit ist es, verschiedene Arten von Röntgenstrahlquellen zu untersuchen, die auf der Interaktion eines Targets mit zwei Laserpulsen basieren. Eine Option ist die Streuung von Photonen an sich schnell bewegenden Elektronen (Thomson Streuung), die in zwei verschiedenen Konfigurationen untersucht wurde. Im ersten Setup wurden Elektronen mit Energien im Bereich 50 − 100 MeV aus einem Gasjet beschleunigt. Der Rest des Laserpulses wurde zurückreflektiert, um an den beschleunigten Elektronen gestreut zu werden. Röntgenstrahlen mit einer geringen Divergenz (20 − 50 mrad) und einer Photonenanzahl von 1.6 × 104 ph/keV pro 0.1% BW bei einer Energie von 100 keV wurden entlang der Elektronenstrahlachse detektiert. Um die Frequenzverschiebung eines Laserpulses zu beobachten, der auf Elektronen trifft, die zuvor aus einer dünnen Folie beschleunigt wurden, wurde eine Aufbau mit zwei gegenläufigen Strahlen implementiert. Trotz der großen Herausforderung der räumlichen und zeitlichen Überlappung von Elektronen und Laserpuls, konnten Indizien für die Frequenzverschiebung des 2ω Laserpulses in einem Bereich von knapp 1 keV gefunden werden. Um die Röntgenstrahlung, die direkt aus heißen und dichten Plasmen emittiert wird zu untersuchen, wurden spektroskopische Messungen durchgeführt. Dabei wurde vor allem die Strahlung untersucht, die bei dem Übergang eines angeregten Ions in seinen Grundzustand freigesetzt wird. Die Ergebnisse zeigten, dass die Linienintensität um den Faktor fünf ansteigt, wenn eine Doppelstrahlgeometrie verwendet wird. Die Strahlungsdynamik während der Interaktion mit einem intensiven Laserpuls wurde optimiert, durch kontrollierte Manipulation der Folieneigenschaften mit einem Heiz-Laserpuls. Hydrodynamische Simulationen und Berechnungen mit einem atomaren Code für die erwartete Linienintensität unterstützen diese Ergebnisse. Durch Untersuchung des Verhältnissen der Linienintensität von zwei verschieden dicken Folien, wurde die Plasmaelektronentemperatur bestimmt, die im Bereich von 1500−1900 eV liegt. Es wurde gezeigt, dass spektroskopische Untersuchungen ein wichtiges Werkzeug für die Diagnose von heißem dichtem Plasma sein können. The interaction of ultra intense laser pulses with matter comprises the instant creation of hot dense plasma. Moreover it is accompanied by a large variety of mechanisms and processes leading to the emission of electromagnetic radiation in the XUV and X-ray regime, and the acceleration of particles. The work presented in this thesis aims to investigate different kinds of X-ray sources based on this interaction, applying two independent high intense laser pulses. One option for the production of X-rays is the usage of a secondary process, namely scattering of photons on fast moving electrons. The experimental investigations of Thomson scattering on laser accelerated electrons in two different setups was studied. In a first setup, a high energetic electron beam was accelerated from a gas jet. The remainder of the laser pulse was reflected back by a glass plate in order to be scattered on these electrons. The properties of the X-ray beam, generated during this process depend on the electron characteristics and the laser wavelength. A low divergent (20−50 mrad) X-ray beam with a number of photons in the range of 1.6 × 104 ph/keV per 0.1% BW at 100 keV was detected along the electron beam axis. A counter-propagating beam geometry was implemented in order to investigate the frequency upshift of a laser pulse on electrons accelerated from thin solid foils. PIC simulations showed the generation of dense electron sheath using a target thickness in the range of tens of nm. Despite the challenge of spatial and temporal overlap, indication for a frequency upshift of the scattering 2ω laser pulse in the range of 500 − 1000 eV were found. To investigate the X-ray emission coming from the hot dense plasma directly, spectroscopic measurements were carried out. Particularly, the radiation emitted during the transition of an excited state of an ion into its ground state was studied. The results showed, that the line emission intensity can be enhanced by a factor of 5, using a double beam geometry. Due to the controlled manipulation of the target condition with a heater beam, the radiation dynamics resulting from the interaction with the second beam were optimised. Hydrodynamic simulations and calculations with an atomic code for the expected line intensity supported this enhancement. Studying the line intensity ratio of two different thick targets, the plasma electron temperature was determined to be in the range of 1500 − 1900 eV. Showing, that spectroscopic investigations can be a powerful tool for the diagnosis of hot dense plasmas.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Physik » Laser- und Plasmaphysik
Dokument erstellt am:	06.02.2018
Dateien geändert am:	06.02.2018
Promotionsantrag am:	06.12.2017
Datum der Promotion:	26.01.2018