Diploma Thesis

GSI-2017-00945

http://join2-wiki.gsi.de/foswiki/pub/Main/Artwork/join2_logo100x88.png Untersuchung schmalbandiger Linienstrahlung lasererzeugter dichter Plasmen für Röntgenstreudiagnostik an Materie

Schollmeier, M. (Corresponding author)

2004

Abstract: Die Arbeitsgruppe Plasmaphysik der Gesellschaft für Schwerionenforschung mbH in Darmstadt erforscht die Wechselwirkung intensiver Schwerionenstrahlen mit dichter Materie. Am Hochtemperaturmessplatz HHT werden dazu Festkörper durch Schwerionenbeschuss in dichte Plasmen überführt. Mit diesen Experimenten können die Eigenschaften von Materie unter gleichzeitig hohem Druck und hoher Temperatur im Hinblick auf ihre Zustandsgleichung untersucht werden.Der interessanteste Zustand der Materie liegt dann vor, wenn das Material durch die Wechselwirkung mit dem Schwerionenstrahl aufgeheizt ist, aber noch nicht angefangen hat zu expandieren. Eine Messung der thermodynamischen Eigenschaften dieses Zustands hoher Energiedichte in Materie stellt eine hohe Herausforderung an die dafür notwendigen Diagnostiken dar. Eine Möglichkeit zur Messung der Dichte und Temperatur bietet die Streuung von Röntgenstrahlung. Die für diese Experimente benötigte sehr hohe Intensität der Röntgenstrahlung kann mit einem lasererzeugten Plasma bereitgestellt werden. Es muss jedoch sichergestellt sein, dass dieses Plasma eine hohe Anzahl von Röntgenphotonen in einer kurzen Zeit und einem schmalen Wellenlängenbereich emittiert. Die Untersuchung dieser Bedingungen ist die Motivation hinter dieser Diplomarbeit.Mit dem an der Gesellschaft für Schwerionenforschung installierten Nd:Glas-Lasersystem nhelix wurden Chlorplasmen durch Bestrahlung von NaCl- und PVC-Proben erzeugt. Zur Untersuchung der emittierten Linienstrahlung wurde ein Spektrometer mit einem flachen, hochreflektierenden Mosaikkristall konstruiert und charakterisiert. Hierbei wurde auch auf die besonderen Eigenschaften von hochorientiertem pyrolytischem Graphit wie der Möglichkeit der Mosaikfokussierung eingegangen. Die Interpretation der gemessenen Spektren konnte mit einer hierfür entwickelten Spektralliniensimulation mit approximativer Temperaturdiagnostik durchgeführt werden. Ein während der Experimente simultan verwendetes fokussierendes Spektrometer mit Ortsauflösung wurde zur genauen Analyse der emittierten Strahlung verwendet. Der sphärisch gebogene Röntgenbeugungskristall des Spektrometers erlaubt eine hohe spektrale Auflösung (λ/Δλ = 5000) sowie gleichzeitig eine hohe eindimensionale Ortsauflösung (Δx = 10 μm). Die Analyse der Spektren ergab Temperaturen der freien Elektronen des Plasmas zwischen drei und fünf Millionen Kelvin. Die Anzahl der in einen kleinen, für künftige Röntgenstreuexperimente notwendigen Wellenlängenbereich emittierten Photonen wurde zu 1013 ermittelt. Eine durchgeführte Abschätzung zeigt, dass diese Anzahl der Photonen nicht ausreicht, um damit Röntgenstreuexperimente durchzuführen. Des weiteren ist die auf diese Art und Weise erzeugte Strahlung nicht schmalbandig genug, um damit Information aus einem gestreuten Signal zu gewinnen. Jedoch ist es prinzipiell möglich, durch eine Steigerung der Energie des Lasers beide Parameter zu verbessern. Dies wird durch den zur Zeit im Bau befindlichen PHELIX-Laser erfolgen, mit dem dann spektral aufgelöste Röntgenstreuexperimente an Materie hoher Energiedichte durchgeführt werden können.

Note: TU Darmstadt, Diplomarbeit, 2004

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Contributing Institute(s):

1. Plasmaphysik / PHELIX (PPH)

Research Program(s):

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

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