Helikonwellenphysik für die Entwicklung einer Helikon-Plasmazelle für teilchengetriebene Wakefield-Beschleuniger

• Antragsteller: Dr. Alf Köhn-Seemann; Professor Peter Manz, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 517709182

Lineare Teilchenbeschleuniger beschleunigen Teilchen durch Gradienten im elektrischen Feld. Plasma-Wakefield-Beschleuniger erzeugen Gradienten, die um mehrere Größenordnungen höher sind als bei konventionellen linearen Teilchenbeschleunigern, was die erforderliche Größe erheblich verringert und somit erschwingliche und kompakte Beschleuniger für verschiedene Anwendungen ermöglicht. Die hohen elektrischen Felder erfordern eine hohe Plasmadichte. Helikon-Entladungen sind dafür bekannt, dass sie die höchsten Dichten linearer Geometrien liefern. Das in Greifswald entwickelte Prototyp-Experiment PROMETHEUS-A hat die erforderliche hohe Dichte bereits erzeugt. Die Physik von Helikon-Entladungen bei dieser hohen Dichte unterscheidet sich von derjenigen konventioneller Helikon-Entladungen. Basierend auf Code-Entwicklungen in Stuttgart werden wir einen Code entwickeln, um die Wellenausbreitung und -dämpfung, das Zusammenspiel mit den Gradienten und die Auswirkungen des Plasmarands zu verstehen. Zunächst wird der Code mit Hilfe von Vergleichen mit Experimenten bei konventionellen Plasmadichten (die VINETA-Anlage in Greifswald) entwickelt, später mit Experimenten bei hohen Dichten (PROMETHEUS-A jetzt am CERN). Schließlich kann der Code zur Optimierung von Helikon-Entladungen im Hinblick auf die Plasmadichteanforderungen von teilchengetriebenen Wakefield-Beschleunigern verwendet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: USA
• Mitverantwortliche: Dr. Nils Fahrenkamp; Professor Dr. Olaf Grulke; Dr. Stefan Knauer; Professor Dr. Günter Tovar
• Kooperationspartner: Professor Dr. Oliver Schmitz