WDM

Zustände wie im Uranus – Erzeugung warmer dichter Materie

Warm dense Matter – Röntgendiagnostik – Thomson Streuung – Laser-Röntgenquellen

Als Warme dichte Materie (WDM) wird der Übergangsbereich zwischen Festkörpern und dichten heißen Plasmen bezeichnet. Typische Parameter sind Dichten im Bereich der Festkörperdichte, Temperaturen von einigen tausend bis zu einigen hunderttausend Kelvin und daraus resultierenden Drücken von MPa bis zu GPa. Solche Zustände treten z.B. im Inneren von großen Planeten oder weißen Zwergen auf. Außerdem wird WDM bei vielen Laborprozessen, bei denen Festkörper sehr schnell aufgeheizt und in einen Plasmazustand überführt werden, als Übergangszustand erzeugt. Das prominenteste Beispiel für diesen Fall ist momentan die Trägheitsfusion, für dessen experimentelle Realisierung das Verständnis von WDM eine zentrale Rolle spielt. Interessante physikalische Eigenschaften von WDM sind partielle Entartung der Elektronen und starke Kopplung der Atome oder Ionen. Dies macht die theoretische Beschreibung von WDM sehr kompliziert. Gleichzeitig ist es schwierig, homogene und langlebige WDM-Proben im Labor zu erzeugen. Die extremen Parameter verlangen von Experimenten eine Zeitauflösung im Nanosekundenbereich oder darunter. Außerdem ist WDM generell opak für optisches Licht, sodass Röntgenstrahlen oder energetische Teilchenstrahlen für die genaue Untersuchung von WDM nötig sind. Bis vor Kurzem galt noch der Spruch: „If you can compute it – it’s not warm dense matter! – If you can measure it – it’s not warm dense matter!”.

Dies hat sich mittlerweile geändert und so führt auch unsere Gruppe Experimente an verschiedenen Lasersystemen weltweit durch, um die Eigenschaften von WDM genauer zu ergründen. Dabei arbeiten wir meist in groß angelegten Experimentkampagnen mit internationalen Kooperationspartnern. Unsere Experimente der letzten Jahre haben am PHELIX-Laser des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung in Darmstadt, am TRIDENT-Laser des Los Alamos National Laboratory, USA, am TITAN-Laser des Lawrence Livermore National Laboratory, USA und am VULCAN-Laser des Rutherford Appleton Laboratory, Vereinigtes Königreich, stattgefunden. Dabei wurde beispielsweise das Schmelzverhalten von Kohlenstoff bei Drücken von 0.1 bis 1.5 Millionen bar mit Hilfe von Röntgenstreuung untersucht. Dies sind ähnliche Zustände, wie man sie tief im Inneren von Neptun oder Uranus vorfindet.

Zukünftig wird die Erforschung von WDM den Schwerpunkt der Plasmaphysik bei dem sich momentan im Bau befindlichen FAIR-Beschleunigerzentrum ausmachen. Daher sind intensive Vorarbeiten für die dort geplanten Experimente nötig.

 

Offene Stellen in diesem Forschungsbereich

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Laufende Arbeiten im diesem Bereich

  • 01.11.2016

    Entwicklung und Charakterisierung einer Thompson-Parabel für NDCX-II

    Masterarbeit

    Für Experimente am NDCX-II soll eine Thompson-Parabel entwickelt werden, mithilfe derer es möglich ist den Energieverlust der beschleunigten Heliumionen im Targetmaterial zu bestimmen. Hierzu muss sowohl die Thompson-Parabel designed als auch eine Methode zur Feststellung der Ionenenergie vor dem Target entwickelt werden . Zusätzlich soll eine ähnliche Thompson-Parabel an Bella-i getestet und charakterisiert werden, einem Laser-Plasma-Beschleuniger. weiter

    Bearbeiter/in: Franziska Treffert B.Sc.

    Betreuer/in: Prof. Dr. Markus Roth

  • 25.04.2016

    Weiterentwicklung von laserbeschleunigten Flyer-Plates für High-Velocity-Impact Experimenten zur Weltraumschrottbeseitigung

    Masterarbeit

    Bearbeiter/in: Jan Hauke Hanten

    Betreuer/innen: Prof. Dr. Markus Roth, Steffen Sander, M. Sc.

  • 10.03.2016

    Messung von Materiezuständen in Siliziumcarbid in Schockexperimenten

    Masterarbeit

    Das geschockte Material erreicht einen Zustand, der als ,,warme dichte Materie'' (WDM) be\-zeich\-net wird. Dabei handelt es sich um einen Übergangsbereich zwischen Festkörpern und dichten heißen Plasmen. Während die Dichte im Bereich der Festkörperdichte liegt, steigt die Temperatur auf einige tausend bis einige hunderttausend Kelvin. Der vorliegende Druck im Material liegt zwischen $10^5$ und $10^{11}$ Pascal. Solche extremen Materiezustände treten z.\,B. im Inneren von großen Planeten oder weißen Zwergen auf. Auch ist dieser Zustand relevant für die erfolgreiche Durchführung der Trägheitsfusion.

    Interessierte Studierende sollten keine Scheu vor experimenteller Arbeit haben und auch nicht vor etwas Theorie zurückschrecken. Vorhandene Erfahrungen mit Lasern sind von Vorteil.

    Aufgaben im Rahmen dieser Arbeit:

    • Arbeiten mit dem VISAR-System und dem nhelix-Laser
    • Aufbau, Justage und Durchführung der Experimente in einem mehrköpfigen Team
    • Betreuung und Optimierung des VISAR-Systems vor und während der Experimente
    • Auswertung der aufgenommenen Daten und Vergleich mit Simulationen
    • Ableitung von möglichen Verbesserungen für Folgeexperimente
    weiter

    Betreuer/in: Prof. Dr. Markus Roth

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