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Dr. Toma Toncian
lead laser and laser-plasma scientist HIBEF
High Energy Density
t.toncianAthzdr.de
Phone: +49 40 8998 6869

HIBEF Laser Systeme

HIBEF Laser System Integration

Hochenergie- und Hochintensitätslaser arbeiten an der Front der Wissenschaft. Ihre jüngste Verfügbarkeit ermöglicht rasante Entwicklungen in den Grundlagenforschungsbereichen Laser-Plasma-Interaktion, Materie unter hoher Energiedichte, Metrologie, Biologie und Medizintechnik.

Das HIBEF Nutzer-Konsortium trägt an der HED-Station am Europäischem XFEL zwei hochleistungsfähige optische Laser bei. Durch die Bestrahlung von Materie durch diese Laser werden vorübergehende extreme Zustände von Dichte und Temperaturen erzeugt.


Der High Intensity Laser

Der Hochintensitäts- (HI) -Laser ist in der Lage, einfach durch den Druck des Lichts Elektronen nahe an der Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen und damit ein relativistisches Regime für die Elektronenbewegung zu erreichen.

Die extremen Bedingungen, die im Brennpunkt eines relativistischen Laserpulses erzeugt werden, können anhand eines Beispiels dargestellt werden. Wenn wir die Energiedichte (Energie in einem Volumen) in einem typischen Brennfleck berechnen, den wir im Labor erzeugen, so finden wir ähnliche Werte wie im thermonuklearen Kern unsere Sonne. Der Lichtdruck, der an sich vernachlässigbar ist, erreicht dabei Werte von Milliarden bar (1 bar ist der Umgebungsdruck auf Meereshöhe). Dies ist die Basis für das breite Anwendungspotenzial unseres sehr leistungsstarken Lasers.

Der HI-Laser ist ein handelsübliches 300 TW Titanium Sapphire Lasersystem mit einer Pulsdauer von nur 25 fs. Es ermöglicht in Kombination mit dem XFEL-Strahl neuartige Untersuchungen in Bereichen wie:

  • Eigenschaften von hoch-angeregten Festkörpern
  • Zustände hoher Energiedichte der Materie
  • Test von QED-Effekten
  • Ionisationsdynamik bei hohen Intensitäten
  • relativistische Laser-Plasma-Wechselwirkung
  • Ausbreitung energetischer Teilchen in Materie
  • Erzeugung von sekundären hochenergetischen Photonen- und Teilchenstrahlungsquellen
  • Anwendung lasergetriebener Strahlungsquellen für Material-, Bio- und Medizinwissenschaften

Das HI-Lasersystem wird im Q2 2018 vor Ort am XFEL von Amplitude Technologies ausgeliefert und installiert. Der optische Kompressor, Strahltransport und Lasersstrahldiagnostik werden derzeit als Beitrag des HZDR entworfen und gebaut. Wir planen nach einer Inbetriebnahme- und Integrationsphase der HED-Instrumente den Benutzerbetrieb ab Q1 2019.


Der Hochenergie Laser

Der Hochenergie (HE) Laser DIPOLE 100-X ist ein diodengepumter 100 J Neodym-Glas Laser, entwickelt von STFC CLF und der Universität Oxford als Teil des britischen HiBEF Konsortiums, welcher die Erzeugung von extremen Dichte- und Druckumgebungen, durch laserinduzierte Schock- und Rampenkompression, ermöglicht. Die hochenergetischen Laserpulse heizen die Oberfläche des Target-Festkörpermaterials auf und ionisieren diese, so dass sich ein schnell expandierendes Plasma bildet. Nach dem Raketenprinzip wird der Impuls auf das Target übertragen und treibt Kompressionswellen durch das verbleibende feste Targetmaterial.

Der dabei erzeugte stark komprimierte Zustand der Materie ist von großer Bedeutung für die terrestrische und planetare Physik, Geophysik und die Materialwissenschaften unter extrem Bedingungen.

Das zeitaufgelöste Abbilden dieser Prozesse mittels XFEL Röntgen Strahls gewährt Einsicht in die Gebiete der:

  • Sondierungs- und Randbedingungen ähnlich denen von jupiter- und neptunähnlichen Planetenkernen
  • Zustandsgleichungen und exotischen Phasenübergänge
  • neuartigen Materialien

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