Dokument: Entwicklung neuer experimenteller Methoden zur Injektion dichter Elektronenpulse in hybride Plasmabeschleuniger
| Titel: | Entwicklung neuer experimenteller Methoden zur Injektion dichter Elektronenpulse in hybride Plasmabeschleuniger | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=49384 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20190417-111013-6 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Deutsch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | M.Sc. Montag, Severin [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. Pretzler, Georg [Gutachter] Prof. Dr. Görlitz, Axel [Gutachter] | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 530 Physik | |||||||
| Beschreibungen: | Gegenstand dieser Arbeit ist die Entwicklung und Untersuchung zweier voneinander unabhängigen experimentellen Methoden, welche einen Fortschritt auf dem Feld der relativistischen Beschleunigung von Elektronen versprechen. Zum einen wird die Entwicklung und Konstruktion eines Bandlaufwerks vorgestellt, welches die Eignung als Target relativistischer Laserpulse bis in den 10 Hz-Betrieb aufweist. Zum anderen wird die Entwicklung eines Axicon-Teleskops beschrieben. Dieses bietet im Rahmen
der Trojan Horse Beschleunigung einen deutlichen Mehrwert für die Elektronen-Injektion. Das Bandlaufwerk dient als kompaktes Target der Erzeugung von schwach relativistischen, gerichteten Elektronenpulsen. Diese sollen in eine zweite Beschleuniger-Stufe basierend auf dem Konzept der Laser Wakefield Acceleration injiziert werden. Es wird gezeigt, dass die Bandlage mit dem konstruierten Laufwerk lediglich innerhalb der Rayleighlänge der vorgesehenen Laserstrahlen fluktuiert. In Vorversuchen an der Laseranlage PHaser des hiesigen Instituts für Laser- und Plasmaphysik wird die Tauglichkeit für Experimente im Hochvakuum bestätigt. Die Entwicklung des Axicon-Teleskops resultiert aus der Notwendigkeit, Elektronen mittels Ionisation innerhalb der Kavität einer Plasmawelle nur dicht an der optischen Achse zu befreien. Der Konstruktion geht die numerische Lösung von sogenannten Beugungsintegralen zur Bestimmung der elektrischen Feldverteilung fokussierter Laserstrahlen voraus. Ihre Konsistenz wird mit den analytischen Lösungen des prominenten Gaußstrahls verifiziert. Im Experiment werden mittels Axicon-Teleskop und präzise definiertem Gaußstrahl Ringprofile diverser Durchmesser erzeugt. Die Feldverteilungen entsprechen den Simulationen in höchstem Maße. Mit numerischen Simulationen basierend auf der ADK-Theorie werden die Tunnelraten in verschiedenen Gase berechnet. Sie zeigen bezüglich der Trojan Horse Beschleunigung die überlegene Performance, die das Axicon-Teleskop ermöglicht. Dazu zählen ein kleinerer Brennpunkt als bei vergleichbaren Gaußstrahlen und eine quasi-stufenlose Anpassung des Ionisationsvolumens.The topic of this thesis is the creation of two independent experimental schemata which promise to be an improvement in the field of relativistic electron acceleration. On the one hand the developement and construction of a tape drive with the ability to function as a target in the regime of relativistic laser pulses and repetition rates of 10 Hz is presented. On the other, the developement of an Axicon Telescope is described. The latter offers a tangible added value regarding the electron injection within the Trojan Horse Acceleration design. As a compact target, the tape drive serves for the generation of pointed, weak relativistic electron bunches. These bunches are planned to be injected in a second acceleration stage based on the so-called Laser Wakefield Acceleration scheme. It is shown that the tape position only fluctuates within the Rayleigh length of provided laser beam. Pretests at the PHaser facility in Düsseldorf operated by the Institut für Laser- und Plasmaphysik prove the tape target’s capability in high vacuum laser experiments. The developement of the Axicon Telescope results from the need to ionize neutral atoms close to the optical axis within the blowout of an electron bunch driven plasma wave. Numerical simulations of electric fields along focused laser beams precede the creation of the Axicon Telescope’s design. The simulations’ consistence is verified by analytical solutions of the well known gaussian beam. In experiments donut laser profiles of different diameter are generated by the Axicon Telescope and a precisely defined gaussian beam. Simulated spatial distributions of the electric field are in accordance with experimental results to the highest degree. Numerical simulations based on the ADK theory are implemented to calculate the tunneling rates in different gases. The results prove the important advantages of the Axicon Telescope’s application in the matter of Trojan Horse Acceleration. These include smaller focal points than those of comparable gaussian beams and a quasi-continuously adjustable ionization volume. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Physik » Laser- und Plasmaphysik | |||||||
| Dokument erstellt am: | 17.04.2019 | |||||||
| Dateien geändert am: | 17.04.2019 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 07.02.2019 | |||||||
| Datum der Promotion: | 28.03.2019 |
