Verbundprojekt 05P2021 (ErUM-FSP T05) - Aufbau von APPA bei FAIR; Thema: Diagnostik: "I-BEAT 2: Ultraschall-basierte Messung der Energie- und Winkelverteilung einzelner Ionenpakete"

Abstract

Im Rahmen von APPA R&D (Phase 0) wird das Diagnostik-Verfahren „Ion-Bunch Energy Acoustic Tracing (I-BEAT)“ auf die Rekonstruktion der kinetischen Energieverteilung einzelner, intensiver Ionenpakete aus in geeigneten Materialien erzeugten akustischen Signalen erweitert. Dies gibt Auskunft über Energie- und Winkelverteilung, so dass I-BEAT-2 als Online-Diagnostik mit direktem Feedback passive, zeitaufwendige und kostenintensive Detektoren, vor allem im Bereich der Laser-Plasma Beschleunigung ergänzen wird. Wir haben die von uns etablierte Methodik signifikant weiterentwickelt und können nun auch Protonenpakete mit breiter Energieverteilung diagnostizieren. Solche Protonen werden typischerweise mit hochintensiven Laserimpulsen in Plasmen beschleunigt. Die Protonen werden in einem Wasserreservoir abgebremst. Dieses ist mit dünnen Bleifolien in regelmäßigen Abständen bestückt. Die Energie-Dichte-Spitzen in den Blei-Folien regen diese zum Schwingen mit einer wohldefinierten Frequenz an, so dass jede Folie Ursprung eines Schallimpulses ist. Diese Impulse werden am Ultraschallwandler gemessen und aus der Signalform lässt sich die Stärke der Schwingung jeder einzelnen Folie, also die ursprünglich deponierte Energiedichte bestimmen. Die Methode wurde erstmalig am PHELIX experimentell getestet und zeigt im Rahmen der gängigen experimentellen Unsicherheiten in der Plasmabeschleunigung gute Übereinstimmung mit den Dosisverteilungen die mittels herkömmlicher RCF-Detektor-Stapeln bestimmt wurden. Die Ergebnisse untermauern die Hypothese, das I-BEAT aufwendige und erst nach langer Zeit zugängliche Detektionsmethoden ergänzen und vielleicht sogar ablösen könnte, zeigen aber auch neue Herausforderungen auf, die noch weiterer Forschung bedürfen