Arbeitsgruppe Markus Roth
Laser- und Plasmaphysik

Wechselwirkung schwerer Ionen mit dichten Laserplasmen

Energieverlust – Laser-Plasma-Physik – Hohlraumtargets

Leuchten eines Laserplasmas, das durch beidseitiges Heizen einer Kohlenstofffolie mit den Hochenergielasern PHELIX und NHELIX erzeugt wurde.
Leuchten eines Laserplasmas, das durch beidseitiges Heizen einer Kohlenstofffolie mit den Hochenergielasern PHELIX und NHELIX erzeugt wurde.

Ein Schwerpunkt der Forschungsarbeiten unserer Arbeitsgruppe in Zusammenarbeit mit der Abteilung Plasmaphysik an der GSI ist die Untersuchung der Wechselwirkung von schweren Ionen mit Plasmen.

Um die Wechselwirkung zu untersuchen, wird zuerst ein Plasma erzeugt, welches von einem Ionenstrahl geprobt wird. Wenn die Ionen mit dem Plasma wechselwirken, verlieren sie Energie und ihr Ladungszustand ändert sich. Dieser Energieverlust und die Veränderung der Ladungszustände werden gemessen und erlauben Rückschlüsse auf die physikalischen Prozesse, die im Plasma stattgefunden haben.

Unsere Arbeitsgruppe war maßgeblich an der Entwicklung des Hochleistungslasers NHELIX und PHELIX an der GSI für die Erzeugung von Laserplasmen beteiligt. NHELIX ist ein gepulstes 100 J Nd:YAG/Nd:Glas-Lasersystem mit einer Pulslänge von 6-15 ns. Mit Hilfe dieses Lasers können Plasmen höherer Dichte als bei Gasentladungen (bis zur kritischen Elektronendichte der Laserstrahlung von 1021 cm-3) und höherer Temperaturen (>100 eV) erzeugt werden. Von 2000 bis 2010 wurde der wesentlich größere Laser PHELIX gebaut. Dieser ermöglicht es bis zu 200 J in nur 1 ns auf ein Target zu fokussieren. Mit einem indirekten Heizverfahren können hierbei Elektronendichten bis zu 1022 cm-3, also Plasmen nahe der Festkörperdichte, erzeugt werden.

Am Z6 Messplatz an der GSI können beide Hochenergielaser sowie der Ionenstrahl im Vakuum zusammen auf ein Target geführt werden.Dadurch und durch andere Experimente konnten wir maßgeblich zur Weiterentwicklung theoretischer Modelle beitragen.

Durch Variation der Heizverfahren (einseitig, zweiseitig, indirekt in Konverterhohlräumen) können verschiedene Plasmaparameter erzeugt werden (verschiedene Temperaturen, Dichten und Ionisationsgrade). Unterschiedliche Ionensorten und die Variation ihrer Energie ermöglichen es, ein breites Spektrum von Wechselwirkungsregimen zu untersuchen, von idealen Plasmen bis zu teilionisierten nicht idealen Plasmen mit starker Ionenstrahl-Plasma Kopplung.