Diploma Thesis

GSI-2017-00934

http://join2-wiki.gsi.de/foswiki/pub/Main/Artwork/join2_logo100x88.png Bestimmung der Elektronendichte in lasererzeugten Plasmen mittels Laserinterferometrie

Pelka, A.

2005

Abstract: An der Gesellschaft fuer Schwerionenforschung in Darmstadt (GSI) wird in der Arbeitsgruppe Plasmaphysik die Wechselwirkung zwischen hochenergetischen Ionenstrahlen und dichten Plasmen untersucht. Als Plasma bezeichnet man ein Gas, in welchem ein Großteil der Elektronen nicht mehr an die Atomkerne gebunden ist und in dem Quasineutralitaet herrscht. Dabei zeigen die Teilchensorten ein kollektives Verhalten, das gegenueber Einzelteilcheneffekten dominiert. Viele Eigenschaften eines Plasmas aendern sich auf Zeitskalen im Nanosekundenbereich, so dass die charakteristischen Parameter Temperatur und Elektronendichte nicht ueber einfache Methoden zu bestimmen sind.Um die Wechselwirkung im Plasma beschreiben zu koennen, ist es aber notwendig, diese Parameter sehr genau zu kennen. Deshalb wurde im Rahmen dieser Arbeit ein Wollaston Interferometer aufgebaut, das es gestattet, die Elektronendichte ortsaufgeloest zu bestimmen. Anhand von Simulationsrechnungen konnten bereits im Vorfeld die benoetigten experimentellen Bedingungen ermittelt werden. So ließ sich der fuer die Fragestellungen optimale Aufbau bestimmen und planen. Dabei wurde insbesondere Wert auf eine gute Zeitschaerfe gelegt, um sicherzustellen, dass auch kurzlebige Effekte gemessen werden koennen. Ferner wurde ein Programm entwickelt, das eine automatische Auswertung der Messung und damit eine direkte Variation der experimentellen Parameter im Hinblick auf die Ergebnisse ermoeglicht.Fuer die Experimente wurde das Lasersystem nhelix verwendet, das im Rahmen dieser Arbeit erweitert und an die veraenderten Bedingungen angepasst wurde. So wurde ein zusaetzlicher Laseroszillator aufgebaut und in die Strahlfuehrung integriert. Des Weiteren wurden diverse Elemente zur Verbesserung des Strahlprofils implementiert. Das so modifizierte System liefert einen Laserpuls zur Plasmaerzeugung mit einer Ausgangsenergie von bis zu 100 J bei einer Pulsdauer von 14ns (FWHM) und einen weiteren Laserpuls mit 130 mJ und einer Pulslaenge von 500 ps, der fuer die Interferometrie eingesetzt wurde. In diesen Experimenten konnten Elektronendichten von bis zu 4 × 1019cm−3 aufgeloest werden. Durch eine variable Einstellung der Verzoegerung zwischen Interferometrielaserpuls und plasmaerzeugendem Laserpuls wurde die raeumliche Verteilung der Elektronendichte zu verschiedenen Zeitpunkten der Plasmaexpansion gemessen. Dies ermoeglicht eine Analyse die zeitliche Entwicklung vor dem Hintergrund bekannter Plasmaexpansionsmodelle.

Note: TU Darmstadt, Diplomarbeit, 2005

---

Contributing Institute(s):

1. Plasmaphysik / PHELIX (PPH)

Research Program(s):

1. 899 - ohne Topic (POF3-899) (POF3-899)

---