Energieverlust

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.

Neue Projekte

Goldhohlraum zur Konvertierung von Laserstrahlung in intensive Röntgenstrahlung. Dabei wird der PHELIX Laser in die obere Konverterkugel geschossen. Dort bildet sich ein Goldplasma, das im Röntgenbereich leuchtet. Die Röntgenstrahlung dringt in den Zylinderhohlraum und heizt dort ein Kohlenstoff Plasma, dass mit dem Ionenstrahl geprobt wird.
Goldhohlraum zur Konvertierung von Laserstrahlung in intensive Röntgenstrahlung. Dabei wird der PHELIX Laser in die obere Konverterkugel geschossen. Dort bildet sich ein Goldplasma, das im Röntgenbereich leuchtet. Die Röntgenstrahlung dringt in den Zylinderhohlraum und heizt dort ein Kohlenstoff Plasma, dass mit dem Ionenstrahl geprobt wird.

Dieses neue Projekt ist eng verzahnt mit unserer LIGHT Kollaboration. Statt der vom Beschleuniger gelieferten Ionen wollen wir nun auch untersuchen, wie sich der Energieverlust von laserbeschleunigten Ionen in dichten Plasmen verhält. Durch die kürzeres Ionenpulse, die der Laser erzeugen kann und die höheren Teilchenzahlen wird die Genauigkeit der Experimente deutlich gesteigert.

Die bei uns gewonnenen Daten haben direkten Einfluss auf astrophysikalische Modellrechnungen, aber auch zum Beispiel auf die Frage des Energietransports durch Ionen bei der Nutzung der Kernfusion. Hier spielt der Energieverlust nicht nur eine Rolle bei der Zündung und dem Brennen der Fusion (Bootstrap Reaction) sondern auch für das Konzept der sogenannten schellen Zündung der Fusion (Fast Ignition).

Besonders für die durch Laserionen induzierte Zündung (Fast Ignition Approach) in der Trägheitsfusion ist dies ein sehr wichtiger Beitrag. Bei diesem Ansatz wird in einem, durch Laserstrahlung auf ein 1000-faches der Festkörperdichte komprimiertes Wasserstofftarget, mit einem intensiven Ionenpuls die Fusion gezündet.

 

Offene Stellen in diesem Forschungsbereich

Zurzeit keine Einträge.

 

Laufende Arbeiten im Bereich Energieverlust

  • 01.09.2018

    Stopping Power Experiments with LIGHT

    Promotion

    Die LIGHT (Laser Ion Generation, Handling and Transport) Kollaboration wurde gegründet, um das Zusammenspiel von lasererzeugten Ionen mit konventionellen Beschleunigerelementen zu untersuchen und dessen zukünftigen Anwendungen zu erforschen. In den letzten Jahren wurde eine entsprechende Teststrahlführung an der GSI aufgebaut mit der bereits einige sehr erfolgreiche Experimente zur Analysierung der Strahlformung durchgeführt wurden. Das Ziel dieser Doktorarbeit ist es nun, diese Teststrahlführung für Energieverlustmessungen von Ionen in dichten Plasmen zu verwenden. Dies ist eine großartige Gelegenheit, um die Wechselwirkung von Ionen mit dichten Plasmen zu untersuchen und außerdem die Vorteile der LIGHT Strahlführung im Gegensatz zu konventionellen Beschleunigern zu veranschaulichen. weiter

    Bearbeiter/in: Martin Metternich M. Sc.

    Betreuer/in: Prof. Dr. Markus Roth