Particle-In-Cell simulation of laser irradiated two-component microspheres in 2 and 3 dimensions

Pauw, V.; Ostermayr, Tobias; Bamberg, Karl-Ulrich; Böhl, P.; Deutschmann, Fabian; Kiefer, Daniel; Klier, Constantin; Moschüring, Nils; Rühl, H.

doi:10.1016/j.nima.2016.02.012

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“…This section exclusively presents 3D3V simulations, since preliminary studies using intrinsically faster and cheaper 2D3V simulations were proven inaccurate for modeling the physical reality of a sphere target interacting with a high power laser [211]. One reason for this is the misrepresented target-geometry, leading to unphysical electron heating and Coulomb fields in two dimensions and consequently unreliable results regarding ion and electron kinetic energy distributions.…”

Section: Particle-in-cell Simulationsmentioning

confidence: 99%

Relativistically Intense Laser–Microplasma Interactions

Ostermayr

2019

Springer Theses

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Diese Arbeit behandelt verschiedene Aspekte der Interaktion von relativistisch intensiven Laserpulsen mit Mikroplasmen. Dafür wurde zunächst eine Paul-Falle entwickelt, welche vollständig isolierte und definierte Mikrokugeln als Ziel für Experimente mit fokussierten Peta-Watt Laser-Pulsen bereitstellt. Solche Interaktionen wurden dann in der Theorie, in numerischen Simulationen und in einer Serie von Experimenten untersucht. Die erste wichtige Beobachtung hierbei war die Erzeugung manipulierbarer Protonenstrahlen mit kinetischen Energienüber 10 MeV. Die Modifikation in den spektralen und räumlichen Verteilungen erfolgte durch die Variation des Beschleunigungsmechanismus. Dies beinhaltet das Auftreten von Protonenstrahlen mit begrenzter spektraler Bandbreite, welcheähnliche Lasergetriebene Quellen in kinetischer Energie und/oder Teilchenfluenzübertreffen. Die relative Bandbreite von 20-25% wird durch die (isotrope) Coulomb Explosion oder durch gerichtete Beschleunigungsprozesse erreicht (Abb. 1a, sec. 5.3 und 5.4). Im zweiten Teil der Ar-Abbildung 1 | Zentrale Ergebnisse. a. Ionenquellen mit limitierter spektraler Bandbreite in dieser Arbeit (rot) im Kontext früherer Experimente mit Laser-Ionen-Beschleunigern (Quellen: [1-10]). Markiert ist je das spektrale Maximum, Fehlerbalken markieren die spektrale Breite (volle Breite bei halbem Maximalwert). b. Beispiel eines bimodalen Röntgen-und Protonenbildes (übereinander registriert). Der Skalenbalken entspricht 1 cm. Intensitäten sind in relativen Skalen angegeben und das Protonenbild wird zu 40% transparent dargestellt. beit wurden Mikronadeln mit Peta-Watt Laser-Pulsen beschossen um Röntgen-und Protonenstrahlen mit jeweils nur einigen Mikrometern effektiver Quellgröße zu erzeugen. Im Röntgenspektrum wurde ein Maximum um 6 keV und messbares Signal bisüber 10 keV beobachtet. Das Protonenspektrum zeigte erneut die quasi-monoenergetische Verteilung mit Peak-Energienüber 10 MeV (Abb. 1a, sec. 6.1). Nach der Charakterisierung der Quelle wurde diese für Bildgebung genutzt. Dabei konnte insbesondere die gleichzeitige Aufnahme von Röntgen-und Protonenbildern mit einem einzelnen Laserschuß gezeigt werden (Abb. 1b). Die Besonderheiten der Quelle erlaubten zudem Röntgenaufnahmen mit starkem Phasen-Kontrast Anteil, sowie die Untersuchung von quantitativen Einzelschuß Protonen-Radiographien.

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Section: Particle-in-cell Simulationsmentioning

confidence: 99%