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Bachelor-/Masterarbeit: Erzeugung hochenergetischer Protonen in laserinduzierten Plasmen

Ausschreibendes Institut: PGI-6 - Elektronische Eigenschaften
Kennziffer: D123/2013, Physik, Physikalische Technik

Hintergrund

Bei der Wechselwirkung von extrem intensivem Laserlicht (I > 1019 W/cm2) mit einem Target, wie Folien oder Gasjets, kann ein signifikanter Anteil der Laserenergie zur Beschleunigung hochenergetischer Teilchen genutzt werden. Durch geeignete Wahl der Targetmaterialien und -geometrien wurden so bereits gebündelte Protonenstrahlen mit Energien von einigen 10 MeV hergestellt. Solche Protonenstrahlen versprechen viele wissenschaftliche, technische und medizinische Anwendungen. Zu ihrer Herstellung mittels "konventioneller" Beschleunigertechnik werden derzeit z.B. Zyklotrons mit einem Gewicht von mehreren 100 Tonnen verwendet. Aufgrund der extrem hohen elektrischen Feldstärken (~1013 V/m) in den lasererzeugten Plasmen können in diesen vergleichbare Protonenenergien auf Beschleunigungsstrecken von deutlich unter einem Millimeter erzielt werden.

Obwohl der Nachweis der prinzipiellen Machbarkeit von laserinduzierter Protonenbeschleunigung bereits erbracht wurde, verbleiben noch viele grundlegende und technologische Hürden bis zu den erhofften Anwendungen. Einige dieser Fragestellungen sollen im Rahmen der hier ausgeschriebenen Arbeit(en) geklärt werden.

Aufgabenstellung

Die Arbeit kann einen der folgenden Themenbereiche abdecken:

  • Optimierung der Targetmaterialien und -geometrie. Vorbereitung von Kryotargets, die z.B. die Verwendung von festem Wasserstoff erlauben.
  • Messung der Winkel- und Energieverteilungen sowie des Polarisationsgrads der beschleunigten Protonen und Ionen.
  • Durchführung von Monte-Carlo-Simulationsrechnungen zur Optimierung der Detektorsysteme.

Die Arbeit wird am Peter-Grünberg-Institut des Forschungszentrums Jülich betreut und durchgeführt. Die Messungen finden am 200-TW Laser des Instituts für Laser- und Plasmaphysik der Universität Düsseldorf statt.
 Für die Simulationsrechnungen werden die Supercomputer des Forschungszentrums genutzt.

Anforderungen

Es sind vor allem Kandidaten/innen aus den Bereichen Physik und physikalische Technik angesprochen. Das Thema der Arbeit kann dem Ausbildungsstand und den Interessen angepasst werden. Voraussetzungen für diese Arbeit sind eine selbstständige und analytische Arbeitsweise sowie überdurchschnittliche Noten. Vorteilhaft sind Vorkenntnisse in: Betriebssysteme und Programmiersprachen (Linux, C++, AutoCAD), Laserphysik, Plasmaphysik oder Teilchenphysik.

Kontakt und weitere Informationen:

Prof. Dr. M. Büscher
Peter-Grünberg-Institut
 (PGI-6)
Forschungszentrum Jülich
52425 Jülich

Tel.: +49 (0) 2461 61-5603
Fax: +49 (0) 2461 61-3930
E-Mail: m.buescher@fz-juelich.de


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