BROADCASTS.com

b'Am Max-Planck-Institut f\\xfcr Quantenoptik steht das 10 Hz Lasersystem ATLAS zur Verf\\xfcgung, dessen Pulse bei einer Dauer von 160 fs Energien bis zu 800 mJ erreichen und auf Intensit\\xe4ten bis zu 1019 W/cm2 fokussiert werden k\\xf6nnen. Bei Bestrahlung d\\xfcnner Festk\\xf6rper-Folien (Targets) mit solchen Intensit\\xe4ten werden zuerst Elektronen auf relativistische Geschwindigkeiten \\uf062 \\uf0e0 1 beschleunigt. Diese Elektronen durchdringen das Target und verlassen es r\\xfcckseitig in Richtung des Laserstrahles bei ponderomotiver Beschleunigung oder entlang der Targetnormalen bei\\nBeschleunigung durch Resonanz-Absorption. Mit konventionellen Magnetfeld-Spektrometern kann nur die Energieverteilung derartiger Elektronenstr\\xf6me bis in den MeV-Bereich bestimmt werden. Da die Elektronen nach dem Target im Vakuum eine Wegstrecke von einigen cm zur\\xfccklegen m\\xfcssen, unterliegen diese Str\\xf6me allerdings der Alfven-Grenze IA = 17,5 \\uf062\\uf020\\uf067\\uf020 kA. Ab dieser Stromst\\xe4rke werden die Elektronen von ihrem eigenen Magnetfeld auf Kreisbahnen gezwungen, so da\\xdf der Teilchenflu\\xdf zusammenbricht bis der Alfven-Wert unterschritten ist. Bei Laser-Plasma-Experimenten k\\xf6nnen nun Stromst\\xe4rken deutlich gr\\xf6\\xdfer als 1 MegaAmpere auftreten, so da\\xdf man gezwungen ist, die Elektronen-Diagnostik unmittelbar mit dem Beschleunigungsbereich des Laser-Targets zu verbinden, wie dies bei der Messung von R\\xf6ntgenstrahlung oder der \\xdcbergangsstrahlung m\\xf6glich ist. Da der Energiebereich der R\\xf6ntgendiagnostik um die 10 keV und optische Abbildungen wegen der kleinen Wellenl\\xe4nge auf wenige M\\xf6glichkeiten eingeschr\\xe4nkt sind, k\\xf6nnen nur begrenzt Aussagen \\xfcber die Auswirkungen von relativistischen Elektronen bei der Wechselwirkung mit Plasmen gemacht werden. Die \\xdcbergangsstrahlung ist sensitiv f\\xfcr den gesamten Energiebereich und deswegen eine Unterscheidung der Elektronen in Energie und dazugeh\\xf6riger r\\xe4umlicher Verteilung schwierig.\\nMit dem Cerenkov-Effekt steht in dieser Arbeit eine Diagnostik zur Verf\\xfcgung, die auf Elektronenstr\\xf6me aus der Laser-Plasma-Wechselwirkung bei relativistischen Intenstit\\xe4ten >1018 W/cm2 anwendbar ist. Der Brechungsindex eines optisch transparenten Cerenkov-Mediums legt zusammen mit der optischen Abbildung des Cerenkov-Lichts (im sichtbaren Spektralbereich) den Energiebereich zwischen 180 keV und 230 keV - bei Trajektorien parallel zur Targetnormalen - fest. Mit sehr d\\xfcnnen Cerenkov-Medien (z.B. 50 \\xb5m Tesafilm, direkt auf die Targetr\\xfcckseite aufgeklebt) und einer schnell geschalteten CCD kann eine \\xf6rtliche Aufl\\xf6sung bis zu 4 \\xb5m genutzt werden, um die Stromprofile und die Anzahl der Elektronen zu messen.\\nBei Aluminium- und Polypropylen-Targets mit einer Dicke bis zu 10 \\xb5m werden filamentierte Elektronenstr\\xf6me gro\\xdfer Dichte gemessen, die von dem Laserpuls in einem ausgedehnten Vorplasma beschleunigt werden. Mit zunehmender Targetdicke verschwindet die Filamentierung und geht in zwei breite Gau\\xdf-f\\xf6rmige Lichtverteilungen \\xfcber. Entsprechend den experimentellen Verh\\xe4ltnissen werden diese beiden Elektronenstr\\xf6me den Beschleunigungsmechanismen der Resonanz-Absorption und der ponderomotiven Kraft zugeordnet. Auch im Fall der Filamentierung wird nachgewiesen, da\\xdf die Elektronen ponderomotiv beschleunigt werden. Dazu l\\xe4\\xdft sich die Anzahl der gemessenen Elektronen (proportional zur Anzahl der Cerenkov Photonen und zur Dicke des Cerenkov Mediums) als Funktion der Laser-Intensit\\xe4t auswerten. \\nDar\\xfcber hinaus zeigen Experimente unter Einsatz einer weiteren Pockelszelle nach dem Regenerativen Verst\\xe4rker, mit dem sich der ASE-Vorpuls (amplified spontaneous emission) mit einer Dauer zwischen 0,5 und 5 ns kontrollieren l\\xe4\\xdft, da\\xdf das Vorplasma einen wesentlichen Einflu\\xdf auf die Elektronenbeschleunigung hat. Die ASE-Intensit\\xe4t und -Energie ist gro\\xdf genug (1012 W/cm2), um ein Vorplasma mit unterkritischer Dichte ( ) zu z\\xfcnden, in dem die L\\xe4nge des Dichtegradienten von der Gr\\xf6\\xdfenordnung (100 \\xb5m) der Ringdurchmesser der filamentierten Strukturen ist. Der Durchmesser eines einzelnen Stromfilaments von mehr als 10 \\xb5m wird vor allem durch die Hintergrundplasmadichte eingestellt, in dem durch die Ladungstrennung starke R\\xfcckstr\\xf6me aufgebaut werden. In dieser Situation der sich begegnenden Str\\xf6me k\\xf6nnen die Magnetfelder zumindest teilweise kompensiert werden, so da\\xdf die Vorw\\xe4rtsstr\\xf6me die Alfven-Grenze f\\xfcr die Stromst\\xe4rke um viele Gr\\xf6\\xdfenordnungen \\xfcbersteigen k\\xf6nnen.\\nBei diesen Verh\\xe4ltnissen bilden sich \\xfcber die Weibel-Instabilti\\xe4t die filamentierten Ringstrukturen, die bereits in entsprechenden 2D- und 3D-PIC-Simulationen (Particle-In-Cell) untersucht wurden. In diesem Zusammenhang wurde auch das sog. Anomale Stoppen vorhergesagt, das zu einem Energie\\xfcbertrag der Elektronen an das Hintergrundplasma f\\xfchrt, der deutlich gr\\xf6\\xdfer ist als bei klassischen Coulomb-St\\xf6\\xdfen. Das Anomale Stoppen geht zur\\xfcck auf die Koaleszenz ("merging") benachbarter Filamente, die jeweils ein Vielfaches der Alfven-Stromst\\xe4rke transportieren k\\xf6nnen. Die dabei aufgebauten starken elektrischen und magnetischen Felder (1010 V/cm, Mega-Gauss) beziehen ihren Energieinhalt aus der kinetischen Energie der Elektronen und \\xdcbertragen diesen in einer lokalen, r\\xe4umlichen Expansion an die Plasma-Ionen. Durch Messung der Elektronenzahl in Abh\\xe4ngigkeit von der Target-Dicke kann die deutliche Abnahme der Stromst\\xe4rke nach wenigen \\xb5m Festk\\xf6rperdicke nachgewiesen werden. Anhand eines einfachen Modells wird der Energie\\xfcbertrag numerisch simuliert und mit klassischen Verlustmechanismen verglichen.'