TU Darmstadt / ULB / tuprints

Highly charged ion jets from medium flux laser plasmas

Rodriguez Prieto, Gonzalo :
Highly charged ion jets from medium flux laser plasmas.
[Online-Edition]
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2006)

[img]
Preview
PDF
Gonzalo-Phd.pdf
Available under Simple publication rights for ULB.

Download (3757Kb) | Preview
Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Highly charged ion jets from medium flux laser plasmas
Language: English
Abstract:

The plasma physics group at the Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) studies the interaction of accelerated heavy ions with dense laser created plasmas with special focus on the energy loss of the ions. Thus experimental characterization of the laser plasmas becomes important, and despite the increased quantity of analytical models and simulations, it still is an active area of research. In experiments made at GSI and other laboratories, the presence of ions with MeV kinetic energies has been found from laser created plasmas with medium laser fluxes of 1011-1012 W/cm2. They were found through measurement of the doppler shift of spectral lines in the X ray range. Experiments performed to establish the conditions of this ion generation are presented here. Large jets of highly charged ions have been produced with the nhelix laser system, while their measured kinetic energies were not larger than 9 keV. The jet length has been measured and resulted to be 4 mm, detected with X ray pinhole cameras and spatially resolved X ray spectrometers. Expansion properties of the quasi-static plasma during the laser pulse and the laser expansion have been compared. The comparison has been made with light emission recorded with a visible spectral range streak camera and an ultraviolet spectrometer from the expanding plasma and the X ray emission from the quasi-static state. The observed jet structure is created when the laser focus is at distances of 0.5 to 1.0 mm in front of the target surface. There is a laser flux threshold for jet generation in the order of 1012 W/cm2, independently of other parameters. Changes in the laser beam angle incidence from normal to non normal lead to an increment of jet length. It is possible to extend these results to the targets suitable for ion beam-laser interaction experiments. The laser absorption in the planar laser-plasma interaction takes place near the critical density in a sheath of nanometers, while the targets have micrometers thickness. The creation of the highly charged ion jets will increase the interaction volume of the ion beam-laser created plasma thus providing a better tool for studying the ions` energy loss.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Die Arbeitsgruppe Plasmaphysik an der Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) untersucht die Wechselwirkung von beschleunigten Schwerionen mit lasererzeugten, dichten Plasmen. Hierfür ist die experimentelle Charakterisierung der Laserplasmen wichtig, die trotz der steigenden Anzahl von analytischen Modellen und Simulationen ein aktives Feld wissenschaftlicher Untersuchungen bleibt. Durch Messung der Dopplerverschiebung von Spektrallinien im Röntgenbereich wurde in Experimenten bei der GSI sowie in anderen Laboratorien mit lasererzeugten Plasmen bei mittleren Laserintensitäten von 1011-1012 W/cm2 die Präsenz von Ionen mit kinetischen Energien im MeV-Bereich nachgewiesen. In dieser Arbeit werden Experimente präsentiert, die die Bedingungen zur Erzeugung dieser Ionen erfüllen. Das Lasersystem nhelix wurde eingesetzt, um lange Jets hochgeladener Ionen mit gemessenen kinetischen Energien unterhalb 9 keV zu charakterisieren. Messungen mit Röntgenlochkameras und ortsauflösenden Röntgenspektrometern zeigen eine Länge der Jets von mehr als 4 mm. Die Expansionseigenschaften eines während der Laserpulsdauer quasistatischen Plasmas sowie des später expandierenden Plasmas wurden miteinander verglichen. Für diesen Vergleich wurden an dem expandierenden Plasma Messungen mit einer Schmierbildkamera (Lichtemission im sichtbaren Spektrum), einem UV-Spektrometer, sowie Messungen der Röntgenemission im quasistatischen Bereich durchgeführt. Die beobachtete Jetstruktur wird erzeugt, wenn der Laserfokus in einem Abstand von 0.5 bis 1.0 mm vor der Targetoberfläche liegt. Zur Erzeugung der Jets muss, unabhängig von den anderen Parametern, der Laserfluss oberhalb der Schwelle von 1012 W/cm2 liegen. Eine Abweichung der Laser-Einfallsrichtung von der Normalen führt zu einer Steigerung der Jetlänge. Es ist möglich, diese Resultate auf Targets, die bei Experimenten zur Wechselwirkung von Schwerionenstrahlen und Laserplasmen eingesetzt werden, zu erweitern. Die Laser-Plasma Wechselwirkung findet in einer wenige nm dicken Schicht statt, während die verwendeten Targets eine Dicke von einigen Mikrometern haben. Die Erzeugung von Jets hochgeladener Ionen führt zu einem größeren Wechselwirkungsvolumen der Schwerionen im lasererzeugten Plasma und stellt somit eine Verbesserung der Möglichkeiten zur Untersuchung von Schwerionenstrahl-Plasma Wechselwirkungen dar.German
Divisions: Fachbereich Physik
Date Deposited: 17 Oct 2008 09:22
Last Modified: 07 Dec 2012 11:52
Official URL: http://elib.tu-darmstadt.de/diss/000753
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-7530
License: Simple publication rights for ULB
Referees: Hoffmann, Prof. Dr. Dieter H. H. and Roth, Prof. Dr. Markus
Advisors: Hoffmann, Prof. Dr. Dieter H. H.
Refereed: 30 October 2006
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/753
Export:

Actions (login required)

View Item View Item