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Ausgabe: 33-2021 | 16.08. - 22.08.
News
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Intense heavy ion beams - now together with powerful laser pulses!
Powerful x-ray pulses, emitted from plasmas driven by intense laser beams, have become a workhorse diagnostic tool in the field of high-energy density science to probe matter at extreme conditions. Over the past 2 years, the plasma physics department has constructed a 70m-long laser beamline to transport high-energy laser pulses from the PHELIX facility to the HHT experimental area. This provides the world-wide unique combination of intense heavy-ion pulses from the SIS-18 synchrotron, capable of generating extreme matter states, with laser-driven x-ray sources for state-of-the-art diagnostic techniques.
In June this year the beamline has now been successfully commissioned, delivering laser pulses with up to 100J of energy to the new vacuum target chamber at HHT. Synchronizing the PHELIX facility with the accelerator timing system allowed accurate co-timing of the laser pulses with heavy-ion pulses from SIS-18 to less than 10ns. Focusing the laser on target to a <50µm focal spot, intense x-ray generation was achieved, and together with an team of researchers from within the HED@FAIR collaboration several x-ray probing techniques were successfully demonstrated.
With the completion of the beamline we are now ready for first proof-of-principle experiments to use x-ray diagnostic techniques on samples heated by heavy-ion pulses from SIS-18. Such experiments are planned within FAIR Phase-0 activities by the HED@FAIR collaboration and will start in the next beamtime block. This is a stepping stone towards the APPA-cave, where heavy-ion pulses with 1-2 orders of magnitude higher particle numbers will be available from SIS-18 and SIS-100, and a newly developed laser-system will provide x-ray diagnostics capabilities for high-energy density experiments.
Intensive Schwerionenstrahlen – jetzt auch zusammen mit starken Laserpulsen!
Leistungsstarke Röntgenblitze aus Laser-erzeugten Plasmen sind ein unverzichtbares Werkzeug bei der Untersuchung von Materie bei extremen Bedingungen in Experimenten auf dem Gebiet der Plasmaphysik bei hoher Energiedichte. Über die letzten 2 Jahre hat die Abteilung für Plasmaphysik eine über 70m lange Strahlführung aufgebaut, um damit energetische Laserpulse vom PHELIX-Laser zum HHT Strahlplatz transportieren zu können. Damit entsteht nun die weltweit einzigartige Kombination von Schwerionen-Pulsen des SIS-18, intensiv genug um damit extreme Materiezustände zu erreichen, mit Laser-getriebenen Röntgenquellen für moderne Diagnostikmethoden.
Im Juni diesen Jahres wurde die neue Strahlführung nun erfolgreich in Betrieb genommen. Dabei wurden Laserpulse mit bis zu 100 Joule Energie in der neuen Vakuum-Targetkammer bei HHT zu einem Strahlfleck von <50µm fokussiert. Durch Synchronisation des PHELIX-Lasers mit dem GSI-Beschleunigersystem konnte der zeitliche Abstand zwischen Ionen- und Laserpulsen auf weniger als 10ns genau festgelegt werden. In Zusammenarbeit mit einem Team von Wissenschaftler*innen der HED@FAIR-Kollaboration konnte die Erzeugung intensiver Röntgenpulse und deren Anwendungen in verschiedenen Röntgen-Diagnosemethoden gezeigt werden.
Mit der Fertigstellung der Strahlführung sind wir nun bereit für erste Demonstrationsexperimente, in denen diese Diagnostik auf Proben angewendet werden soll, welche mit Schwerionen-Pulsen des SIS-18 geheizt werden. Solche Experimente sind Teil der FAIR Phase-0 Aktivitäten der HED@FAIR-Kollaboration und werden bereits im nächsten Strahlzeitblock beginnen. Sie sind ein wichtiger Zwischenschritt bei der Vorbereitung auf zukünftige Experimente im APPA-cave, für die 10-100x höhere Teilchenzahlen vom SIS-18 und SIS-100 erwartet werden, und ein neuentwickeltes Lasersystem den Einsatz von Röntgendiagnostik ermöglichen soll.
Quelle: Bernhard Zielbauer/GSI
Plasmaphysik/PHELIX
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