Abgeschlossene Arbeiten

Abgeschlossene Arbeiten

In unsere Gruppe wurden folgende Arbeiten erfolgreich abgeschlossen

  • 10.07.2018

    Target- und Diagnostikentwicklung im Rahmen der LIGHT Kollaboration für FAIR

    Experimentelle Arbeit in Zusammenarbeit mit GSI

    Promotion

    Bearbeiter/in: Johannes Ding

  • 01.05.2018

    Development of a new method for 3D-structuring of microtargets for experiments with ultra intense laser pulse

    Promotion

    Bearbeiter/in: Robert Jäger

  • 01.05.2018

    Entwicklung neuartige Lasertargets für die Fusionsforschung

    2-Photonen-Polymerisation zur Erzeugung mikrostrukturierter Targets für die Fusionsforschung

    Promotion

    Bearbeiter/in: Torsten Abel

    Ausschreibung als PDF

  • 01.05.2018

    Oberflächenstrukturierung mit Kurzpulslasern zur Verbesserung der Lichtabsorption

    Promotion

    Bearbeiter/in: Nico Neumann

  • 20.04.2018

    Untersuchung von Transporteigenschaften von Permanent-Quadrupolen und deren Anwendung auf lasererzeugte Ionenstrahlen

    Masterarbeit

    Bearbeiter/in: Inken Semmler B.Sc.

    Ausschreibung als PDF

  • 20.12.2017

    Zur Verbesserung des Laserpulsvermessungsgeräts "EICHEL" soll eine mehrstufige Photomultiplier-Ansteuerung programmiert, kalibriert und getestet werden

    Bachelorarbeit

    Bearbeiter/in: Dustin Posor

  • 01.12.2017

    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.

  • 01.12.2017

    Entwicklung von Wasserstoffkryotargets für Laserteilchenbeschleunigung und Energieverlustexperimente

    Promotion

    Bearbeiter/in: Stefan Bedacht

  • 14.11.2017

    Weiterentwicklung und zeitaufgelöste Charakterisierung von kryogenen Wasserstofftargets zur Laserionenbeschleunigung

    Promotion

    Bearbeiter/in: Alexandra Tebartz

  • 10.07.2017

    Entwicklung eines FROG zur zeitaufgelösten Charakterisierung von relativistischen Laser-Plasma Wechselwirkungen

    Masterarbeit

    Bearbeiter/in: Johannes Hornung

  • 20.06.2017

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

    Masterarbeit

    Bearbeiter/in: Jan Hauke Hanten

  • 16.05.2017

    Entwicklung eines Detektors für laserbeschleunigte Neutronen

    Promotion

    Bearbeiter/in: Annika Kleinschmidt

    Ausschreibung als PDF

  • 30.04.2017

    Homogene Oberflächenstrukturierung von Silizium durch ultrakurze Laserpulse

    Masterarbeit

    Im Bereich der Laserionenbeschleunigung soll der Energieübertrag zwischen Laser und Target verbessert werden. Eine Möglichkeit dafür bietet die Mikrostrukturierung der Targetoberfläche. Die Verwendung von ultrakurzen Laserpulsen erlaubt eine Vielzahl an Variationen bezüglich Form und Größe der Mikrostrukturen. Im Zuge dieser Arbeit soll der Einfluss von verschiedenen Laserparametern und Umgebungseinflüssen auf die Bildung der Mikrostrukturen untersucht werden. Außerdem soll die Eignung solcher Targets für Laserionenbeschleunigungsexperimente geprüft werden. weiter

    Bearbeiter/in: Tina Ebert B.Sc.

  • 20.02.2017

    Auswertung von Thomson-Parabel-Daten zum BOA-Mechanismus und Bau einer hochdispersiven Thomson-Parabel

    Masterarbeit

    Bearbeiter/in: Nils Schroeter

  • 19.02.2017

    Entwicklung eines Second-order auto-correlator

    Bachelorarbeit

    Bearbeiter/in: Patrick Fiala

  • 14.11.2016

    Erzeugung und Untersuchung von WDM-Zuständen mit Röntgenthomson Streuung

    Experimente an GSI und internationalen Laserlaboren

    Promotion

    Bearbeiter/in: Jan Helfrich

  • 01.11.2016

    Erhöhung der Repetitionsrate bei Experimenten zur Laserionenbeschleunigung mit kryogenen Gastargets

    Masterarbeit

    Bearbeiter/in: Markus Hesse

  • 20.09.2016

    Untersuchung von warmer dichter Materie mit Röntgenstreuung

    Röntgenthomson Streuung, WDM, FAIR

    Promotion

    Bearbeiter/in: Simon Frydrych

  • 20.09.2016

    Experimente und Simulation zur Beseitigung von Weltraumschrott durch High-Velocity Impacts

    Masterarbeit

    Bearbeiter/in: Steffen Sander

  • 30.03.2016

    Particle beam transport in intense electric and magnetic fields - simulations and applications

    Masterarbeit

    Bearbeiter/in: Michael Ehret

  • 20.03.2016

    Entwicklung und Aufbau eines Dritte-Ordnung-Autokorrelators mit 2ns Verzögerungsbereich zur vollständigen Pulsvermessung am PHELIX

    Masterarbeit

    Bearbeiter/in: Victor Schanz

  • 12.01.2016

    Optimierung und Strahlcharakterisierung des NHELIX Lasersystems an der GSI

    Bachelorarbeit

    Bearbeiter/in: Yannik Zobus

    Ausschreibung als PDF

  • 11.12.2015

    Entwicklung von schnellen Diamantdetektoren für die Messung zeitlicher Profile von kurzen, intensiven Ionenpulsen

    Development of fast diamond detectors for temporal profile measurements of short, intense ion bunches

    Masterarbeit

    Bearbeiter/in: Diana Jahn

  • 09.10.2015

    Weiterentwicklung einer Nuclearaktivierungsdiagnostik mittels Simulationen.

    Masterarbeit

    Bearbeiter/in: Philippe Poth

  • 27.05.2015

    Absolute Kalibrierung von Bildplatten auf Gammastrahlung

    Bachelorarbeit

    Bearbeiter/in: Edwin Barasa

  • 18.05.2015

    Herstellung und Charakterisierung von deuterierten Kunststofftargets zur Neutronenerzeugung mit Kurzpulslasern

    Bachelorarbeit

    Bearbeiter/in: Johannes Hornung

    Ausschreibung als PDF

  • 14.04.2015

    Energieverlust in dichten warmen Plasmen

    Doppelhohlraum zum indirekten heizen eines Kohlenstoff Plasmas
    Doppelhohlraum zum indirekten heizen eines Kohlenstoff Plasmas

    Erzeugung dichter Plasmen durch indirektes heizen mit Hohlräumen

    Promotion

    Die Wechselwirkung in dichten, nicht idealen, also nicht voll ionisierten sowie gekoppelten Plasmen, ist essentiell für die Astrophysik und Fusionsforschung.

    Ziel dieser Arbeit ist es Doppelhohlräume zu entwerfen und zu bauen mit deren Hilfe Laserlicht in weiche Röntgenstrahlung kovertiert werden kann. Diese sehr homogene Hohlraumstrahlung wird dann dazu genutzt um ein vergleichsweise kaltes und nur teilionisiertes aber sehr dichtes Kohlenstoffplasma zu erzeugen. In dieses Plasma werden dann schwere Ionen geschossen und deren Wechselwirkung mit dem Plasma untersucht. weiter

    Bearbeiter/in: Alex Ortner Dipl. Phys.

  • 14.07.2014

    Kontrolle des zeitlichen Kontrastes am Lasersystem PHELIX

    Arbeit im Bereich Laserentwicklung und Laser-Teilchenbeschleunigung

    Promotion

    Bearbeiter/in: Florian Wagner

  • 27.05.2014

    Einfluss von Femtosekunden-Laser-Desorption auf die Laserbeschleunigung von Ionen

    Promotion

    Bearbeiter/in: Gabi Hoffmeister

  • 04.05.2014

    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. weiter

    Ausschreibung als PDF

  • 08.04.2014

    Entwicklung eines hochauflösenden Ionenspektrometers mit hohem Akzeptanzwinkel

    Diagnostik für die Laser Ionenbeschleunigung

    Masterarbeit

    Bearbeiter/in: Katrin Philipp B.Sc.

  • 22.02.2014

    Charakterisierung einer Laser getriebenen Neutronenquelle

    Auswertung der ersten Experimentellen Ergebnisse zur Laserinduzierten Neutronenerzeugung

    Masterarbeit

    Bearbeiter/in: Annika Kleinschmidt B.Sc.

  • 15.02.2014

    Entwicklung eines wiedervewendbaren Strahlprofildetektors für laserbeschleunigte Protonenstrahlen

    Development of a reusable beam profile analyzer for laser accelerated proton beams

    Masterarbeit

    Bearbeiter/in: Simon Frydrych B.Sc.

  • 13.02.2014

    Entwicklung von ultradünnen Polymerfolien zur Laser-Ionenbeschleunigung

    Targetentwicklung für den BOA-Laserbeschleunigungsmechanismus

    Masterarbeit

    Bearbeiter/in: Alexandra Tebartz B.Sc.

  • 07.02.2014

    Aufbau eines Teststandes zur Untersuchung der Injektion lasererzeugter Ionenstrahlen in Beschleunigerkomponenten

    Mitarbeit am LIGHT Projekt – Durchführung der LIGHT Experimente mit den Kollaborationspartnern

    Promotion

    Bearbeiter/in: Simon Busold

  • 03.01.2014

    Charakterisierung von laserbeschleunigten Protonen mittels ortsaufgelöster nuklearer Aktivierungsdiagnostik

    Experimentelle Arbeit am PHELIX Lasersystem

    Masterarbeit

    Um laserbeschleunigte Protonen für unterschiedliche Anwendungen kontrollieren zu können, ist es notwendig, die Strahleigenschaften sowie das Energiespektrum und die energieabhängige räumliche Verteilung der Protonen zu kennen. Zur vollständigen Protonenstrahlrekonstruktion wird derzeit eine auf radiochromatischen Filmen basierende Methode eingesetzt (Radiochromic Imaging Spectroscopy RIS). Die nächste Generation an Hochleistungslasern und die Optimierung von Targets stellen besondere Anforderungen an einen Detektor, der den resultierenden Protonenstrahl charakterisieren soll. Damit verbunden sind höhere Teilchenzahlen (>10^13) und Protonenenergien (>50 MeV), die einen aus Plastik bestehenden radiochromatischen Filmdetektor sättigen oder zerstören können. Daher ist es nötig, geeignete Detektorsysteme zu entwickeln.

    Im Rahmen der Masterarbeit soll ein auf nuklearer Aktivierung von Kupferfolien basierendes Detektionsverfahren weiterentwickelt werden. Hierbei werden energie- und ortsabhängig, gestapelte und wiederverwendbare Kupferfolien, über protoneninduzierte Kernreaktionen aktiviert. Mittels einer autoradiographischen Methode wird die Zerfallsstrahlung der aktivierten Kerne über Bildspeicherplatten nach der Protonenbestrahlung pro Kupferfolie detektiert, um die spektrale und die räumliche Verteilung der Protonenstrahlen über ein geeignetes Analyseverfahren zu rekonstruieren. Die Aufgabe besteht zum einen darin, die Diagnostik zu optimieren und das Detektorsystem zu kalibrieren. Zum anderen soll ein Analyseverfahren weiterentwickelt werden, mit dem Ziel der spektralen und räumlichen Charakterisierung laserbeschleunigter Protonenstrahlen.

    Die entsprechenden Experimente sollen am Hochenergielasersystem PHELIX des GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH durchgeführt werden. weiter

    Bearbeiter/in: Annika Kleinschmidt

  • 31.12.2013

    Interferometrische Bestimmung der Geschwindigkeit von Schockwellen und expandierenden dichten Plasmen

    VISAR Bild einer Schockwelle
    VISAR Bild einer Schockwelle

    Aufbau eines VISAR Systems und Durchführung von zwei Experimenten zur Messung von Expansionsgeschwindigkeiten

    Bachelorarbeit

    Im Rahmen dieser Masterarbeit soll ein interferometrisches VISAR Messsystem am Z6-Messplatz an der GSI in Betrieb genommen und dazu zwei Experimente durchgeführt werden. Im Ersten soll die Expansionsgeschwindigkeit eines warmen dichten Plasma gemessen werden im Zweiten die Schockgeschwindigekeit einer laserinduzierten Schockwelle.

    Im Regime von heißen dichten Plasmen ist es sehr schwer die Plasmaparameter (Dichte, Temperatur, Ionisationsgrad) experimentell zu bestimmen. Die Messung der Expansionsgeschwindigkeit mit Hilfe eines VISAR Interferometers bietet eine zuverlässige Möglichkeit Hydrosimulationen mit experimentellen Daten zu vergleichen und damit Rückschlüsse auf die Zustandsgleichungen zu ziehen.

    In dieser Masterarbeit soll zunächste das VISAR Messsystem für den Messplatz Z6 in Betrieb genommen und mit dem NHELIX Laser getesten werden. Läuft dies zuverlässig, ist eine Strahlzeit mit dem PHELIX Laser geplant, in dem Daten für die Masterarbeit gemessen werden sollen.

    Der Student sollte Interesse am experimentellen Arbeiten haben und mehrere Tage pro Woche Vollzeit an der GSI in Wixhausen arbeiten können. Erste Erfahrungen mit Laserphysik und optischen Systemen sind vorteilhaft weiter

    Bearbeiter/in: Bogdan Okhrimenko

    Ausschreibung als PDF

  • 02.12.2013

    Untersuchung vom Energieverlust von Ionen in kalten, dichten Wasserstoffplasmen

    Energieverlust im Bragg Peak Regime

    Promotion

    Bearbeiter/in: Witold Cayzac

  • 25.11.2013

    Entwicklung von Diamantdetektoren für Energieverlustexperimente

    A pCVD diamond detector for a decelerated ion beam in high energy laser environment

    Masterarbeit

    Bearbeiter/in: Alexander Knetsch B.Sc.

  • 04.11.2013

    Update und Charakterisierung des NHELIX Hochenergielasersystems

    Miniforschung im Bereich experimentelle Laserphysik

    Miniforschung

    Ab Mitte März suchen wir einen motivierten Studenten für ein experimentell-technisch orientiertes Miniforschungsprojekt

    Projektbeschreibung:

    Verbesserung und Charakterisierung der Plasmainterferomentrie am Hochenergielasersystem NHELIX an der GSI.

    Dabei soll direkt am Laseroszillator in der Beamline und am Interferometer selbst gearbeitet werden. Des Weiteren soll ein einfaches Labview Programm zur Datenauslese entwickelt werden. Schließlich sollen die neuen Interferometereigenschaften in Messungen charakterisiert werden.

    Je nach persönlichen Zielsetzung und Absprache, kann auch nur ein Teil dieses Projekts als Miniforschung gemacht werden.

    Studentenprofil:

    Es sollte Interesse am Schrauben und Experimentieren bestehen. Für interessierte bietet sich die Möglichkeit viel über das Arbeiten an großen Lasersystemen zu lernen.

    Grundlagen der Optik und Laserphysik sind von Vorteil. Außerdem sollte der Student mindestens einen ganzen Tag pro Woche an der GSI anwesend sein, damit die Arbeit gut betreut werden kann. weiter

  • 04.10.2013

    Entwicklung röntgendiagnostischer Methoden zur Untersuchung von dichten Plasmen

    Promotion

    Bearbeiter/in: Anke Otten

  • 31.08.2013

    Mikrotargets für die laserinduzierte Ionenbeschleunigung

    Aufbau einer Steuuerung für die 2-Photonenpolymerisation

    Masterarbeit

    Bearbeiter/in: Denis Marc Windisch

  • 31.05.2013

    Topographie von Mikrostrukturen: Aufbau und Charakterisierung eines chromatischen Sensors

    Experimentelle Arbeit im Targetlabor der TU Darmstadt

    Masterarbeit

    Der chromatische Sensor ist ein mächtiges Werkzeug mit dem die Form und Oberflächenbeschaffenheit von Bauteilen untersucht werden kann. Sein Messprinzip vereint die konfokale Mikroskopie mit der spektralen Analyse des vom Objekt zurück gestreuten Lichtes und erlaubt damit eine Abstandsmessung ganz ohne bewegte Teile mit einer Auflösung im Nanometerbereich. Im Rahmen dieser Masterarbeit sollen Targets für Experimente bei höchsten Energiedichten vermessen werden, deren charakteristische Strukturgrößen im Bereich weniger Mikrometer liegen. Ihre Masterarbeit gründet auf einer Bachelorarbeit in der bereits das optische Layout eines chromatischen Sensors erstellt und erste Experimente durchgeführt wurden. Die Aufgabenstellung beinhaltet den Aufbau Ihres eigenen Sensors im Detektor- & Targetlabor des Instituts für Kernphysik und den Vergleich mit einem vorhandenen kommerziellen System. weiter

    Bearbeiter/in: Frank Mertins

  • 16.10.2012

    Charakterisierung von Phasenübergängen in flüssigem Kohlenstoff mit Röntgenthomsenstreuung

    Mit Experimenten an der GSI und weiteren Internationalen Laserlaboren wie dem RAL

    Promotion

    Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der experimentellen Erzeugung und Untersuchung von warmer dichter Materie, d. h. dem Übergangsbereich zwischen Festkörpern und dichten Plasmen. Dieser stellt für theoretische Modelle eine große Herausforderung dar und ist gleichzeitig experimentell schwer zugänglich. Die Physik warmer dichter Materie ist von entscheidender Bedeutung für die Trägheitsfusion und die Beschreibung des Inneren von großen Planeten. Um verschiedene theoretische Modellierungen dieses Gebietes zu testen, sind experimentelle Daten zwingend erforderlich. Im Rahmen dieser Arbeit wurde das Verhalten von Kohlenstoff bei einem Druck um 100 GPa und einer Temperatur um 8000 K untersucht. Theoretische Modelle vermuten in diesem Bereich einen fest-flüssig Phasenübergang. Dieser konnte durch die in dieser Arbeit beschriebenen Experimente erstmals im Labor charakterisiert werden. Der zu vermessende Materiezustand wurde durch lasergetriebene Schockkompression von Graphit der Ausgangsdichte 1.84 g/cm³ erzeugt. Dazu wurde das Lasersystem nhelix am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung verwendet. Über Messung von Schock- und Teilchengeschwindigkeit konnten Dichte und Druck innerhalb der Schockwelle bestimmt werden. Die Kohlenstoffproben wurden auf 3.9+/-0.2 g/cm³, d.h. etwa das Zweifache der ursprünglichen Dichte, komprimiert und Drücke von 80 GPa bis 170 GPa erzeugt. Dies ist in sehr guter Übereinstimmung mit ein- bzw. zweidimensionalen Hydrodynamik-Simulationen, die mit den Paketen HELIOS bzw. MULTI2D durchgeführt wurden. Für die Untersuchung der mikroskopischen Struktur der verdichteten Kohlenstoffproben wurde intensive gepulste Röntgenstrahlung eingesetzt, die mit dem Lasersystem PHELIX durch das Bestrahlen von Titanfolien erzeugt wurde. Der verwendete Titan-Helium-alpha Übergang, der in eine emittierte Photonenenergie von 4.75 keV resultiert, konnte mit hoher Effizienz angeregt werden. Ein Anteil der Laserenergie von ~0.5% wurde in Röntgenstrahlung dieses Übergangs konvertiert. Die spektral aufgelöste Messung der gestreuten Strahlung ermöglicht die Bestimmung der Korrelationen der Kohlenstoffatome über den Strukturfaktor. Bei den speziell ausgesuchten Streuwinkeln 105° und 126° ändert sich der Strukturfaktor und damit auch der Streuwirkungsquerschnitt innerhalb des Phasenübergangs um einen Faktor zwei. Diese Änderung konnte im Rahmen dieser Arbeit experimentell nachgewiesen werden. Absolute Werte für den Strukturfaktor wurden durch die Bestimmung der Verhältnisse der Intensitäten von elastisch und inelastisch gestreuter Röntgenstrahlung ermittelt. Für eine Dichte von 3.9+/-0.2 g/cm³ und einen Druck von 145+/-17 GPa wurde in der Schockwelle die Existenz einer flüssigen Phase experimentell nachgewiesen. Bei einem niedrigeren Druck von 86+/-11 GPa und ebenfalls einer Dichte von 3.9+/-0.2 g/cm3 wurde ein Zustand sehr nahe der Schmelzlinie erzeugt, der gerade noch flüssig ist. Dies ist in sehr guter Übereinstimmung mit ab-initio-Simulationen, mit denen Strukturfaktoren für diese Parameter berechnet wurden. Somit wurde im Rahmen dieser Arbeit ein experimenteller Weg aufgezeigt, Phasenübergänge in warmer dichter Materie zu charakterisieren und erstmals die Erzeugung von flüssigem Kohlenstoff durch Schockkomprimierung von Graphit direkt beobachtet. weiter

    Bearbeiter/in: Dr. Dominik Kraus

  • 20.08.2012

    Kalibrierung von Bildspeicherplatten und Graphitkristallen

    Kalibrationsmessungen und Datenauswertung

    Bachelorarbeit

    Plasmen hoher Dichte spielen ein wichtige Rolle für die Astrophysik und die Fusionsforschung. Durch die Fortschritte der Hochenergielasertechnik lassen sie sich auch im Labor erzeugen und untersuchen. Die Streuung von Röntgenstrahlung ist eine sehr erfolgreiche Methode, die Eigenschaften solcher dichten Plasmen zu bestimmen. Die gestreute Strahlung wird an Graphitkristallen spektral aufgespalten und mit wiederverwendbaren Bildspeicherplatten detektiert. Um die Zahl der gestreuten Photonen absolut zu bestimmen, müssen die Reflektivität des Graphitkristalls und die Empfindlichkeit des Detektors genau bekannt sein. Im Rahmen der Arbeit sollen die Bildspeicherplatten und der Kristall kalibriert werden. weiter

    Bearbeiter/in: Katrin Philipp

  • 08.02.2012

    Entwicklung eines Hitzeschildes für die Herstellung kryogener Targets

    Technische Arbeit im Targetlabor der TU Darmstadt

    Bachelorarbeit

    In Zusammenarbeit mit dem Detektor- und Targetlabor existiert am Institut für Kernphysik (IKP) ein Projekt zur Herstellung kryogener Targets für Laser- und Teilchenstrahlen. Ein Ziel dieses Projekts ist die Herstellung dünner Targets für die Laser-getriebene Beschleunigung von Protonen. Um dieses Ziel zu erreichen, ist es notwendig den Zuchtprozess der Targets exakt steuern und überwachen zu können. Gerade die Temperatur, die sich während des Zuchtprozesses im Bereich von 10K bis 30K bewegt, kommt hierbei eine besondere Bedeutung zu.

    Im Rahmen einer Bachelor- oder Master-Arbeit soll für dieses Projekt ein sog. „Hitzeschild“ entwickelt werden, das eine konstante Temperatur des Targets bzw. eine Regelung der Temperatur ermöglichen soll. Die Arbeit bietet somit die Möglichkeit sich in die Themengebiete Vakuum- und Tieftemperaturtechnik einzuarbeiten. Für die Entwicklung des Hitzeschilds stehen geeignete Simulationswerkzeuge zur Verfügung. weiter

    Bearbeiter/in: Alexandra Tebartz

  • 01.12.2011

    Untersuchung laserinduzierter Hohlraumstrahlung und Energieverlust von Schwerionen in indirekt geheizten Plasmen.

    Hohlraum zur Konvertierung von Laserstrahlung in weiche Röntgenstrahlung um damit dichte Kohlenstoffplasmen zu erzeugen
    Hohlraum zur Konvertierung von Laserstrahlung in weiche Röntgenstrahlung um damit dichte Kohlenstoffplasmen zu erzeugen

    Kombinierte Experimente mit UNILAC Beschleuniger und PHELIX Laser

    Promotion

    In dieser Dissertation wird die Heizung von Hohlräumen mittels intensiver Laserstrahlung untersucht. Desweiteren werden mit der so erzeugten Hohlraumstrahlung Kohlenstofffolien geheizt und der Energieverlust von Schwerionen in diesen Plasmen gemessen. weiter

    Bearbeiter/in: Dennis Schumacher

  • 01.10.2011

    Energieverlust und Umladung von schweren Ionen in lasererzeugten Plasmen

    Plasmaexpansion

    Kombinierte Experimente an der GSI mit PHELIX und UNILAC

    Promotion

    Die Wechselwirkung schwerer Ionen mit Plasmen bildet einen der zentralen Forschungsschwerpunkte der Arbeitsgruppe Laser- und Plasmaphysik der TU Darmstadt, die ihre Experimente am GSI Helmholtz- Zentrum für Schwerionenforschung GmbH durchführt. Diese Experimente werden zum einen durch grundlegende atomphysikalische Fragestellungen motiviert, zum anderen durch die schwerioneninduzierte Trägheitsfusion. Dem zweiten Punkt folgend bietet die Erzeugung von Plasmen durch Laser den Vorteil, dass mit ihnen sowohl hohe Dichten als auch hohe Temperaturen erzeugt werden können. Die in dieser Arbeit erzeugten Plasmen werden mit Hilfe der direkten Bestrahlung einer dünnen Kohlenstofffolie von 0,5 µm Dicke durch die beiden Hochenergielasersysteme Phelix und nhelix erzeugt. Mit diesem Verfahren werden Plasmatemperaturen von T=140-200 eV erreicht, gleichzeitig beträgt die Dichte des Targets bis zu drei Promille der Festkörperdichte. Dies hat zur Folge, dass die erzeugten Kohlenstoffplasmen bereits nach 7 ns in vollionisiertem Zustand vorliegen. Der experimentelle Aufbau wurde von der einseitigen Bestrahlung des Targets mit einem Hochenergielasersystem bei der Laserwellenlänge von 1,064µm zu einer gleichzeitigen Heizung des Targets von beiden Seiten mit Hilfe von Phelix und nhelix bei der doppelten Laserfrequenz modifizert. Diese Änderung führt dazu, wie anhand von 2D-Hydrodynamiksimulationen gezeigt wird, dass aufgrund des Anstiegs der kritischen Dichte der Anteil der durch Strahlung transportierten Wärme um einen Faktor drei ansteigt. Das hat eine globale Heizung des Targets zur Folge und reduziert den Einfluss von Inhomogenitäten im Laserfokusprofil auf den Plasmabildungsprozess deutlich. Diese Inhomogenitäten haben, wie im Rahmen der vorliegendem Arbeit gezeigt wird, einen signifikanten Einfluss auf die Qualität der Daten der Vermessung von Energieverlust und Umladung. Während der Laser-Plasma-Wechselwirkung bei Bestrahlung des Targets mit der Grundwellenlänge der Heizlaser wurde dort in vorangegangenen Experimenten ein zu Beginn dieser Arbeit physikalisch nicht verstandener Rückgang des Energieverlustes beobachtet. Mit dem neuen Versuchsaufbau konnte der Einfluss der Hydrodynamik des Targets auf die Energieverlust- und Ladungszustandsmessungen jedoch deutlich reduziert werden. Diese wirkt sich nur noch während der ersten 4 ns der Laser- Plasma-Wechselwirkung aus. Vorher war dies für die ersten 12 ns der Fall. Die Expansionseigenschaften des Plasmas konnten mit Hilfe eines neu-designten Multi-Frame-Interferometers charakterisiert werden. Dieses Interferometer erlaubt die Aufnahme von vier zweidimensionalen Elektronendichteverteilungen des Plasmas während einer Laser-Plasma-Wechselwirkung. Der zeitliche Abstand der Bilder untereinander beträgt dabei 2 ns. Dessen Ergebnisse wurden zur Optimierung von 2D-Hydrodynamiksimulationen genutzt. Diese sind notwendig, um sämtliche Plasmaparameter des Targets bestimmen zu können. Die Unterschiede in dem der Diagnostik zugänglichen Dichtebereich und den Simulationsrechnungen sind meist geringer als 20. Die Entwicklung eines auf polykristallinem Diamant basierenden Ladungsspektrometers erlaubt in dem durchgeführten Flugzeitexperiment sowohl die gleichzeitige Vermessung des Energieverlustes des Ionenstrahls im Plasma als auch seiner Ladungsverteilung nach Austritt aus dem Plasma. Es ermöglicht weiterhin die Bestimmung der Ladungsverteilung mit einer Genauigkeit von 6% pro Ladungszustand. In der genannten Konfiguration wurde für die Ladungsverteilung von Argonionen im Plasma ein Anstieg der hohen Ladungszustände bei gleichzeitiger Reduktion der Anteile niedriger Ladungszustände im Vergleich zum Festkörper gemessen. Im Vergleich zur kalten Folie steigt der mittlere Ladungszustand von 15,8 +- 0,1 auf 16,2 +- 0, 1. In Relation zu einem kalten Gas mit 15,1 ist dieser damit deutlich erhöht. Für den Energieverlust wird im direkten Vergleich zum Festkörper eine Erhöhung von bis zu 53% +- 4% im Plasma gemessen. Mit Hilfe dieser Diagnostik wurde eine Energieauflösung von \Delta E/E = 6 * 10^{-4} erreicht. Die oben erwähnte systematische Verbesserung des Experimentaufbaus im Rahmen dieser Arbeit erlaubte erstmals die Vermessung des Energieverlustes von schweren Ionen in einem lasererzeugten Kohlenstoffplasma ohne den bereits erwähnten Rückgang des Energieverlustes zu Beginn der Laser-Plasma-Wechselwirkung unter den Energieverlust des Festkörpers. Des Weiteren wird im Rahmen dieser Arbeit eine mikroskopische theoretische Beschreibung sowohl der Ladungsverteilung als auch des Energieverlustes entwickelt. Die Berechnung der Ladungsverteilung schwerer Ionen im Plasma basiert auf den Berechnungsroutinen für die verschiedenen Ionisations-, Anregungs- und Rekombinationsprozesse des Codes ETACHA. Diese Berechnungsroutinen werden im Rahmen dieser Arbeit für den Fall von teil- und vollionisierten Kohlenstoffplasmen erweitert. Weiterhin werden die relevanten Wirkungsquerschnitte für die Wechselwirkung mit freien Elektronen hinzugefügt. Die Berechnung der sich einstellenden Ladungsverteilungen erfolgt mit Hilfe eines Monte-Carlo- Ansatzes. Im Plasma sinkt der Wirkungsquerschnitt für die direkte Rekombination, wohingegen der Wirkungsquerschnitt für die direkte Ionisation leicht ansteigt. Die alleinige Betrachtung dieserWirkungsquerschnitte ist jedoch nicht ausreichend. Da die theoretische Beschreibung sowohl die verschiedenen Schalen des Projektils als auch des Targets berücksichtigt, ist auch das Studium der Auswirkungen gekoppelter Effekte auf die sich einstellenden Ladungsverteilungen möglich. So wird im Rahmen dieser Arbeit gezeigt, dass im Fall des betrachteten Laserplasmas trotz des Anstiegs der Wirkungsquerschnitte für die direkte Ionisation aufgrund der Expansionseigenschaften des Targets die Ionisation über eine zuerst erfolgende Anregung stark gebundener Elektronen und anschließender Ionisation weitestgehend verschwindet. Dies hat eine Reduktion der Ionisationswahrscheinlichkeit des Projektils um einen Faktor zwei im Vergleich zum Festkörper zur Folge. Weiterhin ist aufgrund der geringeren Dichte des Plasmas im Vergleich zum Festkörper auch ein deutlicher Anstieg der Rekombinationswahrscheinlichkeiten aufgrund des effektiven Einfangs in höherenergetischere Schalen und anschließendem Zerfall des Niveaus in den Grundzustand zu verzeichnen. Erst ab Temperaturen von ca. 80 eV im Kohlenstoffplasma sinkt die sich tatsächlich einstellende Rekombinationsrate unter das Niveau des Festkörpers und die Veränderung der Wirkungsquerschnitte für die direkten Ionisations- und Rekombinationsprozesse bestimmen die sich einstellende Ladungsverteilung. Die theoretische Beschreibung der Ladungsverteilung wird anschließend mit dem differentiellen Energieverlust im Plasma verknüpft. Eine modifizierte Version des CasP-Codes erlaubt die Berechnung des Energieübertrags sowohl an gebunde Elektronen eines Ions als auch an ein freies Elektronengas. Beide Fälle werden im Rahmen eines Oszillatormodells beschrieben. Dabei wird sowohl die Abschirmung des Projektils für jeden sich einstellenden Ladungszustand durch gebundene Elektronen berücksichtigt als auch die Stoßparameterabhängigkeit des Energieverlustes. Es ist an keiner Stelle die Einführung einer nichtphysikalischen effektiven Ladung des Projektils notwendig. Die Verknüpfung mit dem tatsächlichen Ladungszustand des Ions erlaubt die mikroskopische Berechnung des Energieverlustes für jedes Teilchen an jeder Stelle in jedem Zustand im Target. Im Fall der im Experiment erzeugten Laserplasmen sagt die Theorie einen maximalen Anstieg des differentiellen Energieverlustes um einen Faktor zwei im Vergleich zum Festkörper voraus. Im Vergleich zu einem kalten Gas mit gleichen Parametern verursacht dabei der Anstieg des Ladungszustandes des Projektils im Target eine Erhöhung des Energieverlustes von etwa 12%. Der effektivere Energieübertrag an freie Elektronen aufgrund der geringeren Anregungsenergie des entsprechenden Oszillators macht mit 88% den sehr viel größeren Anteil aus. Der Vergleich zwischen den theoretisch berechneten Werten und den experimentellen Daten ergibt im Fall der Ladungsverteilungen eine gute, im Fall des Energieverlustes eine hervorragende Übereinstimmung. Im zweiten Fall beträgt die Standardabweichung zwischen experimentellen und theoretisch berechneten Werten im Plasma 0,2MeV, was je nach eingenommenem Energieverlustwert zwischen sechs und zehn Prozent Abweichung bedeutet. Dies entspricht den Fehlerbalken des Experiments. Demzufolge liefert die vorliegende Arbeit sehr präzise experimentelle Daten über den Energieverlust von Argonionen bei einer Energie von 4MeV/u in einem heißen Kohlenstoffplasma und bietet gleichzeitig eine mikroskopische theoretische Beschreibung der dem Experiment zugrunde liegenden physikalischen Prozesse. weiter

    Bearbeiter/in: Alexander Frank