Dokument: Optimierte lasergetriebene Elektroneninjektion in einen Plasma-Wakefield-Beschleuniger
| Titel: | Optimierte lasergetriebene Elektroneninjektion in einen Plasma-Wakefield-Beschleuniger | |||||||
| Weiterer Titel: | Optimized laser-induced electron injection into a Plasma Wakefield Accelerator | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=60012 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20220628-105025-7 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Deutsch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Stumpf, Michael [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. Pretzler, Georg [Gutachter] Prof. Dr. Gilch, Peter [Gutachter] | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 530 Physik | |||||||
| Beschreibung: | Die Trojan Horse Injection stößt seit der erstmaligen Publikation der Methode im Jahr 2012 in der Forschung rund um die Plasma Wakefield Acceleration auf großes Interesse. Dabei handelt es sich um eine Methode zur Beschleunigung von Elektronen mit Hilfe einer Plasmawelle. Innerhalb einer Plasmablase sollen dabei mittels Laserionisation Elektronen aus den Hintergrundatomen bzw. -ionen freigesetzt werden, die dann in den elektrischen Feldern, die einige zehn GV/m erreichen können, auf kürzester Strecke auf relativistische Geschwindigkeiten beschleunigt werden.
Die Freisetzung der Elektronen muss dabei exakt kontrolliert werden. Dazu wurde in dieser Arbeit ein optischer Aufbau aus Axiconspiegeln entworfen, der AMBER (kurz für Axicon Mirror Beam ExpandeR) genannt wurde. Der Aufbau erzeugt ein Ring- bzw. Donutstrahlprofil, welches in der Mitte feldfrei ist und als Injektionslaser genutzt werden kann. Zur kollinearen Justage dieses Lasers mit dem Wakefield-treibenden Elektronenstrahl kann daher ein Spiegel mit einem zentralen Loch genutzt werden ohne den Laser zu beeinflussen. Neben dieser Justagemöglichkeit bietet das Donutprofil einen weiteren Vorteil, der durch Simulationen des Laserfokus und der entsprechenden Ionisation in dieser Arbeit gezeigt wird: Die transversale Größe des erzeugten Elektronenvolumens liegt im Bereich eines Mikrometers, so dass eine ultrakleine Quellgröße für den neuen Elektronenstrahl erreicht wird. Die Simulationen erlauben außerdem eine präzise Voraussage des erzeugten Elektronenvolumens und der Ladungsmenge sowie eine Abschätzung der transversalen Impulse nach der Freisetzung, was für die Ergebnisse der Trojan Horse Injection von besonderer Bedeutung ist. Zusätzlich können die Simulationen ohne größeren Aufwand an veränderte experimentelle Parameter wie Gas- bzw. Plasmadichten und auch die Gaszusammensetzung angepasst werden. Die Genauigkeit der Simulationen wurde anhand experimenteller Ergebnisse unter Verwendung des Instituts-Lasersystems PHASER bestätigt. Neben der Freisetzung der Elektronen innerhalb der Plasmablase mit den geforderten Parametern ist auch der Zeitpunkt der Freisetzung entscheidend. Daher wird ebenso eine neue Diagnostik zur Vermessung des zeitlichen Zusammenhangs von Injektionslaser und Elektronenstrahl präsentiert. Dabei handelt es sich um eine optische Streak-Kamera, die bei richtigem Einsatz eine Messung des zeitlichen Zusammentreffens zweier Lichtpulse bis in den sub-10-fs Bereich ermöglicht. Dazu wird der optische Kerr-Effekt genutzt, bei dem ein intensiver, linearpolarisierter Lichtpuls eine Doppelbrechung in einem Medium induziert. Für beide vorgeschlagenen Experimente wird im Anschluss jeweils eine Möglichkeit präsentiert, wie diese an einem Elektronenbeschleuniger realisiert werden können. Dabei wird vor allem Rücksicht auf die schwierigen Arbeitsverhältnisse dort genommen und die Anzahl der Vakuumkomponenten daher minimiert. Eine Umsetzung der kollinearen Trojan Horse Injection auf Basis der in dieser Arbeit entstandenen Ergebnisse rückt nun in greifbare Nähe. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Physik » Laser- und Plasmaphysik | |||||||
| Dokument erstellt am: | 28.06.2022 | |||||||
| Dateien geändert am: | 28.06.2022 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 19.04.2022 | |||||||
| Datum der Promotion: | 20.06.2022 |
