Authors:	Aurand, Bastian
Title:	Untersuchungen zu Mechanismen der Laser-Teilchenbeschleunigung
Online publication date:	10-Jul-2012
Year of first publication:	2012
Language:	german
Abstract:	Auf dem Gebiet der Teilchenbeschleunigung mittels Hochintensitäts-Lasern wurden in der letzten Dekade viele erfolgreiche Entwicklungen hin zu immer höheren Energien und größeren Teilchenzahlen veröffentlicht. In den meisten Fällen wurde der sogenannte TNSA-Prozess (engl. Target-Normal-Sheath-Acceleration (TNSA)) untersucht. Bei diesem Prozess erfolgt die Beschleunigung in dem an der Oberfläche durch Ladungstrennung erzeugten Potential. Ein kaum vermeidbares Problem ist hierbei das resultierende breite Energie-Spektrum der beschleunigten Teilchen. Diese Situation konnte in den letzten Jahren zwar verbessert, aber nicht vollständig gelöst werden. Für Intensitäten größer 10^(20..21) W/cm^2 sagen theoretische Modellrechnungen eine auf dem Lichtdruck basierende Beschleunigung (engl. Radiation-Pressure-Acceleration (RPA)) mit deutlich eingegrenztem, fast monoenergetischem Spektrum voraus. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Experiment zur Untersuchung dieses Prozesses bei Intensitäten von einigen 10^19 W/cm^2 durchgeführt. Dazu wurden zunächst spezielle Targets entwickelt und als Patent angemeldet, welche den Experimentbedingungen angepasst sind. Durch die Auslegung des experimentellen Aufbaus und der Diagnostiken auf hohe Repetitionsraten, in Verbindung mit einem geeigneten Lasersystem, konnte auf Basis einer Statistik von mehreren Tausend Schüssen ein großer Parameterraum untersucht werden. Untersucht wurden unter anderem die Abhängigkeit von Targetmaterial und Dicke, Intensität, Laserpolarisation und Vorplasmabedingungen. Aus den gewonnenen Daten und Vergleichen mit 2-dimensionalen numerischen Simulationen konnte ein Modell des Beschleunigungsprozesses aufgestellt und durch Vergleich mit den experimentellen Ergebnissen geprüft werden. Dabei wurden klare Indizien für die Existenz eines neuen, nicht feldinduzierten, Beschleunigungsprozesses gefunden. Darüber hinaus wurde zur Polarisationsbeeinflussung ein optisches System entwickelt, das ausschließlich mit reflexiven Elementen arbeitet. Damit konnten viele Nachteile bestehender, auf Verzögerungsplatten beruhender Elemente vermieden, und die Anwendbarkeit bei hohen Laserenergien erreicht werden. Within the last decade, many developments towards higher energies and particle numbers paved the way of particle acceleration performed by high intensity laser systems. Up to now, the process of a field-induced acceleration process (Target-Normal-Sheath-Acceleration (TNSA)) is investigated the most. Acceleration occurs as a consequence of separation of charges on a surface potential. Here, the broad energy spectrum is a problem not yet overcome although many improvements were achieved. Calculations for intensities higher than 10^(20..21) W/cm^2 give hint that Radiation-Pressure-Acceleration (RPA) may lead to a sharper, monoenergetic energy spectrum. Within the framework of this thesis, the investigation of the acceleration mechanism is studied experimentally in the intensity range of 10^19 W/cm^2. Suitable targets were developed and applied for patent. A broad range of parameters was scanned by means of high repetition rates together with an adequate laser system to provide high statistics of several thousands of shots, and the dependence of target material, intensity, laser polarisation and pre plasma-conditions was verified. Comparisons with 2-d numeric simulations lead to a model of the acceleration process which was analyzed by several diagnostic methods, giving clear evidence for a new, not field-induced acceleration process. In addition, a system for a continuous variation of the polarization based on reflective optics was developed in order to overcome the disadvantages of retardation plates, and their practicability of high laser energies can be achieved.
DDC:	530 Physik 530 Physics
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 08 Physik, Mathematik u. Informatik
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-2060
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-31601
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent:	165 S.
Appears in collections:	JGU-Publikationen