I-BEAT 2: Ultraschall-basierte Messung der Energie- und Winkelverteilungen einzelner Ionenpakete

Leistungsstarke, ultrakurze Laserimpulse können in mikroskopisch kleinen Plasmen zeitlich sehr kurze Ionenpakete mit hohen Teilchenzahlen beschleunigen. Diese Eigenschaft ist für neue Ansätze in der Erforschung von Materie mit energetischen Ionen interessant, bringt im Gegenzug aber auch Herausforderungen für die Instrumentierung und Diagnose. I-BEAT ist eine neuartige Diagnostikmethode, um die Hürden bei der Detektion dieser hoch-intensieven Teilchenpakete zu überkommen. Ionen deponieren beim Durchdringen von Materie Energie, was die Emission von (Ultra-)Schallwellen zu Folge hat. Aus der Messung dieser 'Akustischen Traces' kann die Energiedichteverteilung und damit z.B. die 'Bunch Energie' bestimmt werden, die bei der Laserbeschleunigung noch nicht so wohl kontrollierbar ist wie in RF-Beschleunigern.

Bisherige I-BEAT Generationen konnten auf diese Weiße die Charakterisierung zahlreicher Eigenschaften von mono-energetischen Ionenpaketen zeigen. So ist beispielsweiße die Detektion schwerer Uran-Ionen mit einer minimalen Sensitivität von 200 Ionen pro Paket oder die dreidimensionale Dosisrekonstruktion und
Positionsbestimmung von Ionenpakete, mit räumlichen Auflösungen vergleichbar zu radiochromischen Filmen, möglich.

Dieses neue Projekt, I-BEAT 2, konzentriert sich nun darauf, in einer verbesserten Model den detektierbaren dynamischen Bereich zu erhöhen. Da laser-beschleunigte Ionenpakete höchste Intensitäten bei nieder-enrgetischen Ionen zeigen und die hoch-energetischen Teilchen nur in sehr geringer Anzahl auftreten, werden Detektormessungen zumeist von dem Signal der langsameren Teilchen dominiert, wohingegen der Rest des Spektrums nicht aufgelöst werden kann. Durch eine spezielle Strukturierung des I-BEAT Reservoirs soll hier gezielt entgegengewirkt werden, wobei das Signal der langsameren Teilchen dadurch reduziert und gleichzeitig das Signal der hoch-energetischen Teilchen gesteigert werden kann, um den dynamisch beobachtbaren Bereich des Spektrums zu erhöhen.