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Construction and characterization of a laser-driven proton beamline at GSI

Busold, Simon :
Construction and characterization of a laser-driven proton beamline at GSI.
Technische Universität, Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2014)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Construction and characterization of a laser-driven proton beamline at GSI
Language: English
Abstract:

The thesis includes the first experiments with the new 100 TW laser beamline of the PHELIX laser facility at GSI Darmstadt to drive a TNSA (Target Normal Sheath Acceleration) proton source at GSI's Z6 experimental area. At consecutive stages a pulsed solenoid has been applied for beam transport and energy selection via chromatic focusing, as well as a radiofrequency cavity for energy compression of the bunch. This novel laser-driven proton beamline, representing a central experiment of the German national LIGHT collaboration (Laser Ion Generation, Handling and Transport), has been used to create collimated, intense proton bunches at 10 MeV with 2.7% energy spread from the laser-driven source. Also, the feasibility of phase focusing experiments with this setup has been shown and simulations predict peak currents of 10^10 protons/ns at this energy level. Furthermore, first quantitative measurements on the spectral properties of the also present co-moving electrons from such a proton source could be performed and their influence on the protons within the solenoid observed. Finally, permanent magnetic quadrupoles as an alternative first ion collimation system have been investigated experimentally.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Die Arbeit behandelt die ersten Experimente mit der neuen 100 TW Laserstrahlführung des PHELIX Lasers (GSI Darmstadt) zur Erzeugung einer TNSA (Target Normal Sheath Acceleration) Protonenquelle am Experimentierplatz Z6 am GSI Forschungszentrum. In darauffolgenden Schritten wurde ein gepulster Solenoid für Strahltransport und Energieselektion mittels chromatischer Fokussierung installiert, sowie eine Radiofrequenz-Kavität zur Erhöhung der Energieschärfe des Protonenpulses. Diese neuartige lasergetriebene Protonenstrahlführung repräsentiert ein Kernprojekt der nationalen LIGHT Kollaboration (Laser Ion Generation, Handling and Transport). Mit ihr war es möglich, kollimierte intensive Protonenpulse bei einer Energie von 10 MeV und Energieunschärfe von 2.7% zu erzeugen und experimentell nachzuweisen. Zudem bietet das vorhandene Setup die Möglichkeit, eine Phasenfokussierung des Pulses durchzuführen. Simulationen sagen hierfür kurzzeitige Maximalströme im Bereich von 10^10 Protonen/ns in diesem Energielevel vorraus. Desweiteren beinhaltet die Arbeit erste quantitative Untersuchungen der spektralen Verteilung der mitbewegten Elektronen, welche bei einer solchen lasergetriebenen Quelle ebenfalls im Strahl vorhanden sind. Bei der Propagation durch den Solenoiden konnte ihr Einfluss beobachtet werden. Abschließend sind experimentelle Untersuchungen mit Permanentmagnet-Quadrupolen als alternative erste Ionenoptik zur Strahlkollimation durchgeführt worden.German
Place of Publication: Darmstadt
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik
Divisions: 05 Department of Physics
Date Deposited: 16 May 2014 12:47
Last Modified: 16 May 2014 12:47
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-39325
Referees: Roth, Prof. Dr. Markus and Boine-Frankenheim, Prof. Dr. Oliver
Refereed: 16 April 2014
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/3932
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