Massenspezifische Analyse der fs-Laserdesorption mittels Quadrupolmassenspektroskopie

Massenspezifische Analyse der fs-Laserdesorption mittels Quadrupolmassenspektroskopie

Untersuchung des Einflusses der fs-Laserdesorption auf die Laser-Teilchenbeschleunigung

Bachelorarbeit

Die sog. Target Normal Sheath Acceleration (TNSA) stellt einen Mechanismus dar, bei dem Ionen durch Wechselwirkung eines hochintensiven Laserpulses (I > 1018 W/cm2) mit einem Metalltarget auf Energien im zweistelligen MeV-Bereich beschleunigt werden können. Durch die Wechselwirkung des Lasers mit dem Target werden freie Elektronen des erzeugten Vorplasmas durch das Targetmaterial hindurch beschleunigt, treten auf der Targetrückseite aus und erzeugen dort ein quasistatisches elektrisches Feld. Dieses ionisiert die Atome auf der Targetrückseite und beschleunigt sie senkrecht zur Targetnormalen. Der Ionisationsgrad und die erreichbaren Maximalenergien der Ionen hängen neben den Laserpulsparametern und dem Elektronentransport durch das Target maßgeblich von der Oberflächencharakteristik der Targetrückseite ab (d.h. welche Atome sind in welcher Schichttiefe eingelagert).

Durch die sukzessive Bestrahlung von Targetoberflächen mittels ultrakurzen Laserpulsen im fs – Bereich können Oberflächenadsorbate nicht-thermisch, d.h. ohne schadhaften Wärmeeintrag in die Gitterstruktur des Materials, abgetragen werden. Diese sog. fs-Laserdesorption ermöglicht eine direkte Modifikation der Targetoberfläche kurz vor dem Auftreffen des hochintensiven Hauptlaserpulses, welcher die Laser-Teilchenbeschleunigung zündet. Somit kann durch ein sukzessives Abtragen von Oberflächenatomen das resultierende Ionenspektrum d.h. die beschleunigte Ionensorte, der Ladungszustand der Ionen sowie deren Maximalenergien beeinflusst werden. Zudem können aus den Parametern der Ionenspektren wichtige Informationen über das beschleunigende elektrische TNSA-Feld gewonnen werden.

Ziel dieser Bachelor-Arbeit ist es, die im Rahmen einer Strahlzeit gewonnenen Daten zur fs- Laserdesorption im Hinblick auf die einzelnen abgetragenen Atommassen und deren Ionenflüsse zu untersuchen. In dieser Strahlzeit wurden Gold-, Kupfer- und Aluminiumfolien mit fs-Laserpulsen variabler Intensität in einer Ultrahochvakuum(UHV)-Kammer bestrahlt und die desorbierten Oberflächenatome wurden in einem Quadrupolmassenspektrometer (QMS) gemessen. Zentrale Fragestellungen hierbei sind:- Welche Atommassen wurden bevorzugt abgetragen?- Wie verändert sich die Desorptionsrate der einzelnen Atommassen mit der Desorptionszeit? Treten Sättigungseffekte (konstant niedriger Ionenfluss) auf, entsprechend einer Reinigung der Targetoberfläche, und wann treten diese ein?- Welchen Einfluss haben die Laserintensität und das Targetmaterial auf die Desorptionsrate und auf Reinigungseffekte?- Welche Rückschlüsse lassen sich anhand der integrierten Ionenflüsse auf die Zusammensetzung der Targetoberfläche ziehen?Grundkenntnisse in der Programmiersprache C und in LINUX sowie in der Bildverarbeitung sind von Vorteil, aber nicht zwingend Vorraussetzung.

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