Synchrotron Radiation Sources driven by Laser-Plasma Accelaerators

Schlenvoigt, Hans-Peter

Diese Arbeit stellt ein neues Verfahren zur Erzeugung von Synchrotronstrahlung vor. Dabei werden die Elektronenpulse, die beim Durchgang durch einen Undulator Synchrotronstrahlung erzeugen, mit einem Laser-Plasma-Beschleuniger anstatt mit einem konventionellen Beschleuniger erzeugt. Laser-Plasma-Beschleuniger beruhen auf der Wechselwirkung von hochintensiven Laserpulsen mit Plasmen. Ein markanter Vorteil gegenüber den üblichen Hochfrequenzbeschleunigern ist die deutliche Verkürzung der Beschleunigungsstrecke auf typischerweise einige Millimeter. Allerdings ist die Wechselwirkung nichtlinear, wodurch die Eigenschaften der Elektronenpulse schwer zu kontrollieren sind. In Experimenten wurde der Prozess untersucht und deutlich verbessert. Insbesondere wurden ringförmige Magnetfelder von einigen Mega-Gauss, die die Elektronen begleiten, während der Beschleunigung detektiert. Dadurch gelang es zum ersten Mal, in den Beschleunigungsprozess sowohl mit hoher räumlicher als auch hoher zeitlicher Auflösung hineinzublicken. Weitere Diagnostiken gestatteten ein kontrolliertes Einstellen der Wechselwirkungsparameter. Dadurch gelang es, die zur Erzeugung von Synchrotronstrahlung nötigen hochenergetischen und gebündelten Elektronenstrahlen mit hoher Stabilität und Wiederholbarkeit zu erzeugen. Die vorgestellten Experimente beweisen zunächst das Prinzip der Methode, die erzeugten Wellenlängen waren im Wesentlichen durch die verfügbaren Elektronenenergien begrenzt. Jedoch gestatten gegenwärtige Entwicklungen im Gebiet der Laser-Teilchen-Beschleunigung die Erzeugung kurzwelliger Synchrotronstrahlung bis in den Röntgenbereich in naher Zukunft. Darüber hinaus scheinen die ultrakurzen Elektronenpulse für den FEL-Betrieb geeignet zu sein, und die inhärente Synchronisierung mit einem Kurzpuls-Lasersystem kann genaueste zeitaufgelöste Untersuchungen ermöglichen. Insofern stellt das präsentierte Verfahren die Grundlage für einen neuen Typ Laser-basierter Strahlungsquellen dar.

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Schlenvoigt, Hans-Peter: Synchrotron Radiation Sources driven by Laser-Plasma Accelaerators. 2009.

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