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Forschungsthemen

 

Atomphysik in starken Feldern

Fortschritte in der Erzeugung ultrakurzer Laserpulse erlauben es, mit Licht elektrische Feldstärken zu erzeugen, die die atomare Feldstärke kurzzeitig erreichen und überschreiten. Atome in starken Laserfeldern zeigen neuartige Eigenschaften wie z.B. die „Above Threshold Ionisation" (ATI). Bei der Ionisation von Atomen weisen die Photoelektronen im Kontinuum oberhalb der Ionisationsschwelle ein ausgedehntes Energiespektrum auf, das aus vielen Photonenordnungen bestehen kann und mit der Intensität des Lichtes skaliert. Im Rahmen der Quantenmechanik handelt es sich um Multiphotonenprozesse hoher Ordnung. Auf der Grundlage der zeitabhängigen Schrödingergleichung untersuchen wir Ionisation, Rekombination und Streuung in starken Feldern. Von besonderem Interesse ist die Erzeugung schneller Elektronen, die in Plasmen zur Auslösung sekundärer Prozesse, wie z.B. der Innerschalenionisation und der Röntgenemission, führen können.

 

Nanoplasmen

Bei der Wechselwirkung von Atomclustern mit intensiven Laserpulsen werden die Atome innerhalb weniger Lichtperioden ionisiert. Das Modell eines Nanoplasmas erweist sich als hilfreich, um die Eigenschaften solcher Cluster zu beschreiben. Im Rahmen von Teilchensimulationen werden in unserer Gruppe die Absorption des Laserlichtes, die resultierenden Energieverteilungen der Elektronen und Ionen, sowie die Ionisations- und Rekombinationsdynamik untersucht. Absorptionsmechanismen sind z.B. die inverse Bremsstrahlungsabsorption durch Elektron-Ion-Stöße, die Resonanzabsorption durch die Anregung von Plasmaschwingungen und die Absorption durch äußere Ionisation, bei der die aus dem Clustervolumen austretenden Elektronen durch das Laserfeld beschleunigt werden. Die spezifische  Wechselwirkung von Atomclustern mit intensiver Laserstrahlung  bietet  Möglichkeiten zur Erzeugung energiereicher Licht und Teilchenstrahlen.

 

Relativistische Plasmen und Teilchenstrahlen

Oberhalb einer Intensität von etwa 1018 W/cm2 werden die Elektronen im Laserfeld relativistisch. Der Laserstrahl wird in einem relativistischen Plasma selbstfokussiert. In engen Plasmakanälen treten hohe Elektronenstöme und starke quasistatische Magnetfelder auf. Von besonderem Interesse sind Fragen der Strahlausbreitung, der Elektronen- und Ionenbeschleunigung und des Energietransports in relativistischen Plasmen. Die meisten Untersuchungen basieren auf Plasmasimulationen im Rahmen der Particle-in-Cell Methode. Eine wichtige Anwendung ist das Konzept der schnellen Zündung in der Kernfusionsforschung. In unserer Gruppe wurde das Energiespektrum der beschleunigten Elektronen mit Testteilchensimulationen berechnet und die Emission von gebündelter Röntgenstrahlung in Kanalrichtung theoretisch vorhergesagt. Der Effekt wurde inzwischen experimentell bestätigt.

   Author:  kull@ilt-extern.fraunhofer.de     |    Datum:  26.05.04  |Physik  |         Zugriffszähler