Ein transienter Röntgenlaser zur Laserspektroskopie an Lithium-ähnlichen Ionen

Laserspektroskopie ist eine wichtige Quelle für Daten zu Grundzustandseigenschaften der Atomkerne. Die Kombination der Beschleunigeranlage der Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI) mit einem "Röntgenlaser" zu einem Röntgenspektrometer bietet die Möglichkeit, diese Messungen auf einfache atomare Systeme, bei denen die Elektronenverteilung mit hoher Genauigkeit berechnet werden kann, auszudehnen. Aufbauend auf diesem Experimentvorschlag wurde in der vorliegenden Arbeit das Potenzial Röntgenlaser-induzierter Fluoreszenzspektroskopie an Lithium-ähnlichen Ionen untersucht. Gleichzeitig wurde an der GSI ein neuer transient gepumpter Röntgenlaser aufgebaut. In einer ersten Strahlzeit mit Zirkon als Targetmaterial wurde stabile, reproduzierbare Lasertätigkeit bei einer Wellenlänge von 22,02 nm mit nur 2,4 J Pumplaserenergie erreicht. Die am Experimentierplatz erreichten Ionenstrahlparameter stellen strenge Anforderungen an die Strahlqualität des Lasers. In einem Experiment in internationaler Kollaboration an einem Röntgenlaser an der Ecole Polytechnique (Palaiseau, Frankreich) wurden Quellgröße und Divergenz in Abhängigkeit verschiedener Parameter untersucht. Mit diesen Ergebnissen kann die Kollimierbarkeit des Röntgenlasers berechnet und damit seine Eignung für das Röntgenspektrometer an der GSI gezeigt werden.

Laser spectroscopy is an important tool to obtain data of ground state properties of atomic nuclei. The combination of the accelerator facility at the Gesellschaft fuer Schwerionenforschung (GSI) with a x-ray laser offers the possibility to extend these measurements to simple atomic systems where the electron distribution can be calculated with high precision. Within the frame of this work the potential of x-ray laser induced fluorescence spectroscopy on lithium-like ions has been investigated. A new transient collisionally excited x-ray laser has been set up at GSI. Using zirconium as target material in a first beam time stable and reproducible lasing has been obtained at a wavelength of 22.02 nm with only 2.4 J of pump laser energy. The ion beam parameters at the experimental location impose strong requirements to the beam quality of the laser. In an experiment within an international collaboration on a x-ray laser at the Ecole Polytechnique (Palaiseau, France) the source size and divergence were measured varying various parameters. With these results the possibility to collimate the x-ray laser output could be estimated and thus its potential as an excitation source for the proposed experiment could be shown.