Masterarbeit
Neben Linearbeschleunigern kann für die Beschleunigung von Ionen z.B. auch der TNSA-Mechanismus genutzt werden, bei welchem MeV Ionen mithilfe eines Petawatt-Lasersystems aus einem μm dicken Target beschleunigt werden.
Für die Laser-Ionen-Beschleunigung bei hohen Repetitionsraten werden Targetsysteme benötigt, welche neue Targets mit einer entsprechenden Rate zur Verfügung stellen können. Ein vielversprechender Ansatz ist hierbei die in situ Produktion des Targets, z.B. bei einem sogenannten Fluidblatt. Dieses kann durch die kontrollierte Kollision zweier einzelner Flüssigkeitsjets erzeugt werden.
Da die Energie der beschleunigten Ionen unter anderem von der Dicke des Targets am Fokuspunkt des Lasers abhängt, ist deren Kenntnis entscheidend für die Interpretation der Ionenspektren. Im Rahmen dieser Arbeit soll ein gepulstes Interferometer in die Shadowgraphie des Interferometers integriert werden. Dieses soll die bisherigen Möglichkeiten zur Dickenmessung durch die Option ergänzen die gesamte Dickenverteilung des Leafs zwischen einzelnen Laserschüssen zu vermessen und mittels einer Verschiebung des Delays auch die Einflüsse der Laser-Target-Wechselwirkung zu studieren.
Die Daten dieser Messungen zur Dickenverteilung im Betrieb sollen anschließend genutzt werden, um als Kriterium der Stabilität des Targetsystems zu fungieren.
Im Rahmen dieser Arbeit soll zuerst das Interferometer modelliert und die Komponenten hierfür ausgewählt werden. Der Aufbau kann dann zuerst im Labor getestet und optimiert werden. Anschließend kann das Interferometer bei einer Strahlzeit im realen Betrieb getestet werden.
Haben wir ihr Interesse geweckt? Dann schreiben Sie bitte eine Mail an markus.roth@physik.tu-… und gschaumann@ikp.tu-….
Masterarbeit
At a time when climate change is becoming more and more visible and energy crises are shaking society, the call for a clean, renewable energy source is getting louder and louder. While solar and wind power contribute their share to the energy transition, their contribution is subject to strong fluctuations. Therefore, we need a CO2-neutral alternative that is permanently ready to perform. Nuclear fusion is seen as the Holy Grail of the energy industry but has so far been seen as far from an actual application. This changed last year when a burning fusion plasma was ignited for the first time at the National Ignition Facility (NIF) in Livermore using laser-based inertial fusion. Now the race for enabling fusion as a power source is on. The company Focused Energy uses laser-driven inertial confinement fusion similar to what happened at NIF but utilizes an approach, that is projected to be more energy efficient, called Proton Fast Ignition (PFI). In PFI a fuel target is first compressed to high densities (hundreds of g/cc) by ablating the outer target shell using a set of high-energy lasers. This compressed fuel is then rapidly heated by an ion beam generated using short-pulsed lasers. However, during compression the influence of processes called Laser Plasma Instabilities (LPI) can diminish laser-to-fuel coupling and lead to fuel preheating, which is detrimental to fuel compression. Reducing the influence of these LPI is therefore beneficial to achieving energy efficient compression. In order to study these phenomena and possible mitigation techniques, Focused Energy conducts experiments at high energy laser facilities. Since the created plasma, in this regime of approximately nanosecond scale time dynamics and micrometer scale lengths, behaves close to a radiating fluid radiation-hydrodynamic simulations can be consulted. These simulations help to understand the scaling of experimental campaigns.
During the proposal, radiation-hydrodynamic simulations for an experimental campaign on LPI should be set up, run, and analyzed. The simulations will be run with a code called FLASH. The master thesis will be conducted together with Focused Energy, of which your supervisor Prof. Markus Roth is a founding member. Since radiation-hydrodynamics simulations are a versatile tool, we have two different projects to choose from, for the Master Thesis itself. The first project would model ablation plasma scale lengths for a different upcoming experimental campaign and could include supporting experiment design by using different plasma shaping methods. The second project consists of writing an initialization routine for FLASH to load complex multi-material target structures into simulations and analyze the influence of certain structures on shock propagation and potential instability seeding.
Useful skills to bring or develop:
- Programming, plotting, and evaluating data with Python
- Writing small Fortran routines
- Motivation to learn the physics of radiation-hydrodynamics
If you are interested in working with us on this project, please contact markus.roth@physik.tu-… and mbroenner@ikp.tu-….
