Betatron radiation from a laser-plasma accelerator

Die vorliegende Arbeit beschreibt die Erzeugung hochenergetischer Röntgenstrahlung, der sogenannten „Betatronstrahlung“, bei der relativistischen Laser-Plasma Wechselwirkung. Neben experimentellen Techniken zur Charakterisierung Laser-Plasma-erzeugter Betatronstrahlung werden hier Experimente vorgestellt, die es erstmals erlauben Details der Elektronenbewegung innerhalb des Plasmas zu studieren. Diese Erkenntnisse sind nicht nur von fundamentaler Bedeutung für die Grundlagenwissenschaft sondern geben auch die Richtung für zukünftige Entwicklungen von kompakten Laborquellen die polarisierte, ultrakurze, breitbandige sowie hochenergetische Röntgenstrahlung emittieren, vor. Erst die vollständige Charakterisierung der Betatronstrahlung und anderer wichtiger Parameter für jeden Laserschuss eröffnet die Möglichkeit zur nichtinvasiven Untersuchung der auf einer Mikrometerskala stattfindenden Elektronenoszillation innerhalb des Plasmas. So wird erstmals der vorhergesagte Zusammenhang zwischen der Oszillationsamplitude der Elektronen und der Strahlungscharakteristik experimentell verifiziert. Für eine zweite Serie von Experimenten wurde ein kompaktes Röntgenpolarimeter aufgebaut, mit dem erstmals der Polarisationszustand der Laser-Plasma-erzeugten Betatronstrahlung im Einzelschuss-Betrieb vermessen werden konnte. Dies war ein wichtiger Schritt um in einem nachfolgenden Experiment die Schwingungsrichtung der Elektronen und den Polarisationszustand der damit erzeugten Röntgenstrahlung zu kontrollieren. Die hier vorgestellte Kontrolle ist nicht nur von großem Interesse für Röntgenpolarimetrie oder –spektroskopie, sondern auch für zukünftige Anwendungen von Laser-Plasma-basierten Elektronenbeschleunigern. Insbesondere für deren Einsatz in Kombination mit konventionellen Beschleunigern oder in einer speziellen Anordnung von Dipolmagneten (Undulator) zur Erzeugung von sekundärer Strahlung, ist die Kontrolle der Schwingungsrichtung der Elektronen aus dem Plasma von größter Wichtigkeit.