High-intensity laser generated neutrons
Beschreibung
vor 21 Jahren
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.
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.
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