Dokument: Generation of dense plasmas and strong currents with intense, ultra-short laser pulses

Titel:	Generation of dense plasmas and strong currents with intense, ultra-short laser pulses
Weiterer Titel:	Erzeugung von dichten Plasmen und starken Strömen mit intensiven, ultra-kurzen Laserpulsen
URL für Lesezeichen:	https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=13353
URN (NBN):	urn:nbn:de:hbz:061-20100106-104109-7
Kollektion:	Dissertationen
Sprache:	Englisch
Dokumententyp:	Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Habilitation
Medientyp:	Text
Autor:	Priv.-Doz. Dr. Osterholz, Jens [Autor]
Dateien:	[Dateien anzeigen] Adobe PDF [Details] 5,56 MB in einer Datei [ZIP-Datei erzeugen] Dateien vom 08.11.2009 / geändert 08.11.2009
Stichwörter:	plasma physics, ultrashort laser pulses, isochoric heating, equation of state, XUV spectroscopy, laser driven x-ray sources, inertial confinement fusion, relativistic electron beams, cone guiding, laser particle acceleration, strongly coupled plasmas, warm dense matter, hydrodynamic computer simulation, particle in cell simulation
Dewey Dezimal-Klassifikation:	500 Naturwissenschaften und Mathematik » 530 Physik
Beschreibungen:	The physics of dense plasmas is an important field of research with relevance to applied and fundamental science. Due to the rapid progress in laser technology, novel experiments investigating the properties of dense plasmas in the laboratory have become possible in the recent years. Although these experiments have strongly contributed to our understanding of the physics of dense plasmas, there are still many open questions. In the first part of this work, radiative properties and the equation of state (EOS) of dense plasmas with relevance to astrophysics and fusion research are investigated. Thin layers of dense plasmas with temperatures of 200 eV are produced by isochoric heating of solids with high contrast, sub-10-fs laser pulses. The XUV emission from the plasmas generated from different target materials is analyzed in detail. Separate absorption measurements confirm a plasma scale length of the order of one nanometer during the interaction. The thickness of the plasma layer of about 10 nm is limited by the penetration depth of the laser into the solid target. For the production of thicker samples, a second method based on isochoric heating with laser driven proton beams is pursued. Dense plasmas with a temperature of 20 eV are produced. In the experiments, the expansion and the temperature of the plasma are measured with high temporal resolution. In this way, the EOS along the release isentrope is derived. In the second part of this work, the generation and the transport of strong currents of laser driven, relativistic electron beams, which are important in fusion research and ultra-fast x-ray science, are investigated over a wide range of experimental parameters. This includes experiments with very short laser pulses with a duration of only 40 fs and very intense pulses with a power in the petawatt regime. Depending on the experimental conditions, different acceleration mechanisms are identified. The effects of self-generated magnetic fields and instabilities are analyzed. Special attention is given to the optimization of the target design for the generation of high electron fluxes. Different types of cone targets are investigated. The potential of these targets for a controlled transport of the electron beams is demonstrated. Die Physik dichter Plasmen ist ein wichtiges Forschungsgebiet mit Relevanz für die angewandte Wissenschaft und die Grundlagenforschung. Aufgrund der großen Fortschritte in der Lasertechnologie sind in den vergangenen Jahren völlig neuartige Experimente zur Untersuchung dichter Plasmen im Labor möglich geworden. Obwohl solche Experimente stark zu unserem Verständnis dichter Plasmen beigetragen haben, sind viele Fragen noch nicht hinreichend beantwortet. Im ersten Teil dieser Arbeit werden die Emission von XUV Strahlung und die Zustandsgleichung dichter Plasmen, wie sie in der Astrophysik und in der Fusionsforschung von Bedeutung sind, untersucht. Dünne Schichten dichter Plasmen mit einer Temperatur von 200 eV werden durch isochores Heizen von Festkörpern mit sub-10-fs Laserpulsen mit einem hohen Kontrast erzeugt. Die XUV Emission dieser Plasmen wird im Detail analysiert. Separate Absorptionsmessungen bestätigen eine extrem kleine Skalenlänge in der Größenordnung von einem Nanometer während der Wechselwirkung. Zur Erzeugung dichter Plasmen mit größeren Schichtdicken und mit Temperaturen von bis zu 20 eV wird ein zweites Verfahren, basierend auf isochorem Heizen mit Laser-getriebenen Protonenstrahlen, angewandt. Die Expansion und die Temperatur werden mit hoher Zeitauflösung gemessen. Auf diese Weise wird die Zustandsgleichung entlang der Expansions-Isentropen ermittelt. Im zweiten Teil dieser Arbeit werden die Erzeugung und der Transport starker, Laser getriebener Ströme von relativistischen Elektronen, wie sie in der Fusionsforschung und bei der Entwicklung schneller Röntgenquellen von großer Bedeutung sind, über einen großen Bereich experimenteller Parameter untersucht. Dazu gehören Versuche mit sehr kurzen Laserpulsen mit einer Dauer von nur 40 fs und mit sehr intensiven Pulsen mit Leistungen im Petawatt Bereich. In Abhängigkeit von den experimentellen Bedingungen werden verschiedene Beschleunigungsmechanismen beobachtet. Der Einfluss von selbst-generierten magnetischen Feldern und Instabilitäten wird untersucht. Besondere Aufmerksamkeit wird der Optimierung der Targets für die Erzeugung starker Flussdichten von Elektronen gewidmet. Dazu werden verschiedene Arten von konischen Targets verwendet. Das Potenzial dieser Targets für einen kontrollierten Transport von hochenergetischen Elektronenstrahlen wird demonstriert.
Lizenz:	Urheberrechtsschutz
Bezug:	2002-2009
Fachbereich / Einrichtung:	Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät » WE Physik » Laser- und Plasmaphysik
Dokument erstellt am:	06.01.2010
Dateien geändert am:	08.11.2009