Einfluss statischer und quasistatischer Magnetfelder auf ...
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Zusammenfassung<br />
In der Arbeitsgruppe Plasmaphysik an der Gesellschaft für Schwerionenforschung<br />
(GSI) mbH in Darmstadt werden unter anderem Energieverlustexperimente von<br />
Ionen in vom Hochenergielasersystem nhelix erzeugten Plasmen durchgeführt.<br />
Die Expansion von lasererzeugten Plasmen erfolgt dabei in alle drei Raumrichtungen.<br />
Das bedeutet, dass die Masse des Plasmas <strong>auf</strong> der Wegstrecke der Ionen<br />
durch die Expansion verringert wird. Für die Experimente wäre es aber von Vorteil,<br />
wenn der Betrag der Masse des Plasmas über den Zeitraum, in dem der Ionenstrahl<br />
durch das Plasma propagiert, konstant bliebe. Eine Kollimation des Plasmas durch<br />
ein Magnetfeld, das parallel zur Propagationsrichtung der Ionen orientiert ist, würde<br />
den Betrag dieser Masse durch die eindimensionale Expansion konstant halten.<br />
Ziel dieser Arbeit ist den <strong>Einfluss</strong> von <strong>Magnetfelder</strong>n <strong>auf</strong> lasererzeugte Aluminiumplasmen<br />
zu untersuchen. Dazu wurden zunächst die <strong>Magnetfelder</strong> von Neodym-<br />
Eisen-Bor-Magneten vermessen <strong>und</strong> simuliert. Aus den Ergebnissen der Messungen<br />
<strong>und</strong> Simulationen wurde dann ein Experiment<strong>auf</strong>bau erstellt, der neben der Erzeugung<br />
eines magnetisierten Laserplasmas auch dessen Diagnose erlaubt. Um den<br />
<strong>Einfluss</strong> stärkerer <strong>Magnetfelder</strong> <strong>auf</strong> ein Plasma zu untersuchen, wurde ein Elektromagnet<br />
konstruiert, der durch einen Starkstrompuls ein dynamisches Magnetfeld erzeugte.<br />
Innerhalb der Lebensdauer der betrachteten Laserplasmen ist die Änderung<br />
dieses dynamischen Magnetfelds vernachlässigbar klein, so dass man ein quasistatisches<br />
Magnetfeld annehmen kann.<br />
Für den Experiment<strong>auf</strong>bau des quasistatischen Magnetfeldes war es nötig, die<br />
Infrastruktur des nhelix zu verändern, indem eine nicht mehr benutzte Kondensatorbank<br />
wieder in Betrieb genommen wurde.<br />
Mit Hilfe eines Wollaston-Interferometers wurde orts<strong>auf</strong>gelöst ein Vergleich<br />
der Elektronendichtegradienten zwischen magnetisierten <strong>und</strong> unmagnetisierten Plasmen<br />
durchgeführt. Zusätzlich zur Elektronendichtebestimmung wurde mit einer optischen<br />
Schmierbildkamera die Dynamik des Plasmas untersucht.<br />
Aus den Ergebnissen der Messungen werden Einflüsse des Magnetfelds <strong>auf</strong> die<br />
lasererzeugten Plasmen deutlich. Bei einem transversal zur Ausbreitungsrichtung<br />
orientierten Magnetfeld, erfolgt eine Aufheizung des gesamten Plasmas gegenüber<br />
einem unmagnetisierten Plasma. Bei einer Laserintensität von 17 GW/cm2 ist das<br />
Plasmaleuchten 10 ns länger beobachtbar. Außerdem werden die Elektronendichten<br />
<strong>und</strong> deren Gradienten im expandierenden magnetisierten Laserplasma durch das<br />
Magnetfeld erhöht. Das lasererzeugte Aluminiumplasma erfährt in einem transversalen<br />
Magnetfeld von B = 0,34 T <strong>und</strong> einer Intensität des Lasers von 51 GW/cm2 8 km<br />
eine Verzögerung von a = 4, 7 · 10 s2 . Außerdem kann bei einer Veränderung des<br />
transversalen Strahlprofils ein Plasmajet durch die Wechselwirkung des Plasmas mit<br />
dem Magnetfeld erzeugt werden.