Die vorliegende Dissertation behandelt die Erzeugung, Handhabung und den Transport von laser-beschleunigten Schwerionenstrahlen. Die dargestellte Forschungsarbeit wurde innerhalb der Laser- und Plasmaphysikgruppe am Institut für Kernphysik der Technischen Universität Darmstadt erbracht. Die Experimentkampagnen, die zu den Erkenntnissen dieser Arbeit beitragen, wurden am GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung mit der Unterstützung der dortigen Abteilung für Plasmaphysik durchgeführt.

Die lasergetriebene Ionenbeschleunigung mittels der sogennanten Target Normal Sheath Acceleration (TNSA) ermöglicht die kompakte Erzeugung von intensiven Ionenstrahlen, deren kinetische Energie im Bereich von einigen 10 MeV liegt. Die laserbeschleunigten Ionen weisen einzigartige Eigenschaften auf, wie eine sehr kleine transversale und longitudinale Emittanz, sehr hohe Ionenzahlen pro Paket, aber auch ein sehr breites und exponentiell zu höheren Energien abfallendes Energiespektrum und eine große Divergenz. Die Zusammensetzung der Ionensorten im Strahl hängt von der Atomzusammensetzung der Quellregion ab und ist aufgrund der Natur des Beschleungigungsmechanismus im Allgemeinen von Protonen dominiert, die aus Kohlenwasserstoffverunreinigungen der Oberfläche stammen. Viele vorraus- sichtliche Anwendungen der lasergetriebenen Ionenstrahlen sind auf die effiziente Beschleuni- gung von Schwerionen angewiesen und auch darauf, dass die Divergenz und die Energievertei- lung der ursprünglichen TNSA-Strahlen beeinflusst werden können.

In der vorliegenden Arbeit konnte die effiziente Beschleunigung von Fluor- und Kohlenstoff- ionenstrahlen durch den TNSA-Mechanismus gezeigt werden. Die Kohlenwasserstoffver- unreinigungen auf der Oberfläche der beschichteten Targets wurden durch Joule'sche Heizung entfernt. Dadurch konnten mithilfe der 100 TW Strahlführung des PHELIX Lasersystems an der GSI vierfach positiv geladene Kohlenstoffionen C4+ mit kinetischen Energien bis zu 68,5 MeV und siebenfach geladene Fluorionen F7+ mit bis zu 180 MeV erzeugt werden.

Der Einsatz eines gepulsten Hochfeld-Solenoidmagneten vom Helmholtzzentrum Dresden- Rossendorf innerhalb der Prototyp-Strahlführung der LIGHT (Laser Ion Generation, Handling and Transport) Kollaboration bot die Möglichkeit, die lasergetriebenen Fluor- und Kohlenstoff- ionenstrahlen effizient zu kollimieren und zu transportieren. Aufgrund der chromatischen Fokussierung konnte ein Teil des Ionenspektrums ausgewählt werden. In einem Abstand von mehr als 6,0 m von der Ionenquelle konnten 0,99 Milliarden C4+ Ionen mit einer durchschnittlichen Energie von 14,9 MeV nachgewiesen werden, indem radiochromatische Filme mit Thomson Parabeln kombiniert wurden.

Neben der Identifizierung herausfordernder Problemstellungen im Bezug auf die zeitliche Komprimierung von Schwerionenpaketen wurden auch gangbare Lösungen für diese Probleme aufgezeigt und bereits in die LIGHT-Strahlführung implementiert. Eine erste erfolgreiche Demonstration der effizienten zeitlichen Komprimierung von laserbeschleunigten F7+ Ionenstrahlen resultierte in 1,3 ns (FWHM) kurzen Ionenpaketen.

Die erfolgreiche effiziente Erzeugung, Handhabung und der Transport von lasergetriebenen Schwerionenstrahlen rückt eine lasergetriebene Ionenstrahlführung für beispielsweise die Untersuchung des Bremsvermögens von dichten Plasmen im Bezug auf Ionen in greifbare Nähe.