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Karsch, Stefan (2002): High-intensity laser generated neutrons: A novel neutron source and new tool for plasma diagnostics. Dissertation, LMU München: Faculty of Physics
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Abstract

Hochintensitätslaser erzeugen im Fokus Lichtintensitäten, deren Feldstärke die rapide Beschleunigung vieler Elektronen und über die dadurch hervorgerufenen quasistatischen Felder die Beschleunigung von Ionen auslöst. Durch verschiedene Kernreaktionen (z.B. Fusion) dieser Ionen können Neutronen erzeugt werden. Ziel dieser Arbeit war es, einerseits die Neutronenausbeute im Hinblick auf Anwendungen als Neutronenquelle zu optimieren, und andererseits durch Spektroskopie der Neutronen Rückschlüsse auf die Verteilung der laserbeschleunigten Ionen zu ziehen. Diese wiederum können dann zum Verständnis der Beschleunigungsmechanismen und damit zur Optimierung der Ausbeute herangezogen werden. So gelang es im Laufe der Arbeit, die Erzeugung von bis zu 10^7 Neutronen pro Joule Laserenergie und die weitere Skalierbarkeit zu noch größeren Ausbeuten zu demonstrieren, so daß bei weiterer Entwicklung der duchschnittlichen Laserleistung in einigen Jahren mit einer Anwendung als Quelle für z.B. Neutronenradiographieanwendungen gerechnet werden kann. Andererseits gelang es, durch den Vergleich der experimentellen Neutronenspektren mit 3-dimensionalen PIC- und Monte-Carlo-Rechnungen die Beschleunigungsmechanismen in Laserfokus selbst und auf der Rückseite von dünnen Folientargets zu untersuchen und zu verstehen. So konnte erstmals ein direkter Vergleich dieser beiden Mechanismen angestellt werden, was dazu beitragen konnte, die seit längerem geführte Diskussion über die relative Stärke der beiden Mechanismen beizulegen. Schlußendlich war es zur Erzielung einer zur Spektroskopie ausreichenden Neutronenausbeute zunächst nötig, die dritte Verstärkerstufe des ATLAS-Lasers am Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Betrieb zu nehmen und mit adaptiver Optik auszurüsten. Dadurch konnte die Neutronenausbeute um zwei Größenordnungen gesteigert werden. Die adaptive Optik ist die erste ihrer Art zur gleichzeitigen Korrektur großer Wellenfrontabweichungen von Nah- und Fernfeld und funktioniert mittlerweile im Routinebetrieb.