Plasma Elektronenbeschleunigung mit kHz Lasern

• Antragsteller: Professor Dr. Markus Büscher
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 445858811

Teilchenbeschleunigung mittels Laser-Plasma Wechselwirkungen ist eine zukunftsträchtige Methode zur Erzeugung hochenergetischer Elektronenstrahlen. In den meisten Fällen kommen hierbei 100-TeraWatt bis PetaWatt Lasersysteme zum Einsatz, welche nur bei niedrigen Repetitionsraten (Hz oder weniger) betrieben werden können. Viele Anwendungen benötigen allerdings höhere Repetitionsraten bis in den (Multi-)kHz-Bereich. Erst kürzlich konnten erste Proof-of-Principle-Versuche nachweisen, dass Elektronen bis zu MeV-Energien bei kHz-Raten erzeugt werden können. Obwohl dies sehr ermutigende Ergebnisse sind, eignen sich die produzierten Strahlen noch nicht für Anwendungen, da es ihnen an Reproduzierbarkeit und Stabilität mangelt. Das beantragte Projekt HighRep zielt darauf ab, die kHz-Laser-Plasma-Beschleunigung in diese Richtung weiter zu entwickeln. Hierzu wollen wir innovative Targets entwickeln, bei denen die Injektion in die beschleunigenden Plasmawellen besser unter Kontrolle ist, welches wiederum die Stabilität dieser Elektronenquellen verbessern wird. Die Targetentwicklungen sollen entlang zweier Hauptforschungslinien erfolgen: (i) Mikro-Düsen zur Erzeugung maßgeschneiderter Gas-Jet Dichteverteilungen im Mikrometerbereich, (ii) Nano-Cluster mit Mikrometer-genauer Positionierung einzelner Cluster. In Kombination erwarten wir eine kontrollierte Injektion und somit Elektronenenergien jenseits von 10 MeV. Laser-Plasma-Beschleuniger können unter Anderem zur Produktion von intensiven Femtosekunden Röngtenpulsen mittels des Betatron-Mechanismus genutzt werden. Im Rahmen von HighRep wollen wir erste Messungen des emittierten X-UV-Lichts bei kHz Repetitionsraten durchführen. Das Projekt basiert auf der Komplementarität der französischen und deutschen Arbeitsgruppen. Insbesondere erlaubt die Zusammenarbeit die kohärente Nutzung zweier 1-TW Lasersysteme mit deutlich unterschiedlichen Betriebsparametern. Dies wird uns letztendlich erlauben, den vielversprechendsten Weg zur kHz-Elektronenbeschleunigung zu ebnen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartner: Dr. Jerome Faure