Pokročilé metody generace rentgenového záření v plazmovém betatronu

• Název práce v češtině: Pokročilé metody generace rentgenového záření v plazmovém betatronu
• Název v anglickém jazyce: Advanced methods of X-ray generation in plasma betatron
• Klíčová slova: Rentgenové záření|plazma|relativistické elektronové svazky|laserové urychlování|betatronové záření|ultrakrátké rentgenové pulzy
• Klíčová slova anglicky: X-rays|plasma|relativistic electron beams|laser acceleration|betatron radiation|ultrashort X-ray pulses
• Akademický rok vypsání: 2023/2024
• Typ práce: diplomová práce
• Ústav: Katedra chemické fyziky a optiky (32-KCHFO)
• Vedoucí / školitel: Jaroslav Nejdl
• Řešitel: skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd.
• Datum přihlášení: 11.12.2023
• Datum zadání: 11.12.2023
• Datum potvrzení stud. oddělením: 11.12.2023
• Datum a čas obhajoby: 25.06.2025 00:00
• Konzultanti: RNDr. Marcel Lamač

Zásady pro vypracování

Cílem této diplomové práce je studium pokročilých metod generace rentgenového záření plazmového betatronu, které vzniká oscilacemi relativistických elektronů v laserem buzené plazmové vlně. Studentovým úkolem bude:
• Provést rešerši a popsat základní fyzikální principy generace rentgenového záření v plazmovém betatronu buzeném laserem
• Shrnout nejnovější pokročilé metody zesílení rentgenového záření jako jsou například: úprava hustotního profilu plazmatu, rezonantní oscilace elektronů budícím impulzem nebo použití více impulzů pro dosažení rezonance.
• Prostudovat závislost rezonantních oscilací elektronového svazku a z nich pramenících vlastností rentgenového záření na parametru čerpu budícího laserového impulzu
• Popsat technologii betatronového rentgenového zdroje buzeného petawattovým laserovým systémem na ELI Beamlines a pomocí teorie i numerických simulací předpovědět parametry generovaného rentgenového záření.
(V případě uskutečnění experimentu porovnat předpověď s experimentálními výsledky).

Seznam odborné literatury

[1] S. Corde et al., Femtosecond X-rays from Laser-Plasma Accelerators, Rev. Mod. Phys. 85, 1–48 (2013).
[2] M. Lamač et al., Two-color nonlinear resonances in betatron oscillations of laser accelerated relativistic electrons, Phys. Rev. Res. 3 (3), 033088 (2021).
[3] M. Kozlová et al., Hard X-rays from Laser-Wakefield Accelerators in Density Tailored Plasmas, Phys. Rev. X 10, 011061 (2010).
[4] S. Cipiccia et al., Gamma-rays from harmonically resonant betatron oscillations in plasma wake, Nat. Phys. 7, 867 (2011).
[5] M. Lamač, Laser-driven hard X-ray source for imaging applications, Charles University (2020).

Předběžná náplň práce

viz text v AJ.

Předběžná náplň práce v anglickém jazyce

The interaction of laser pulses with intensities high enough to accelerate electrons to a fraction of the speed of light in a single cycle can manifest unique phenomena which find analogy in conventional nonlinear optics. If such a laser pulse propagates in underdense plasma, a type of opticial rectification realizes what is known as a plasma wakefield accelerator, a type of nonlinear wave which can accelerate electrons to few GeVs in centimeter-long plasma, producing an accelerating gradient that is four orders of magnitude higher compared to conventional radiofrequency accelerators. During this acceleration process, electrons injected into this nonlinear wake conduct so-called betatron oscillations, which in combination with their high energy produce hard X-rays. In the recent decade there has been a number of works which promise enhancement of betatron radiation properties by orders-of-magnitude. However, a thorough and pratical summary, as well as a comparison, of methods which are suitable for current experiments is lacking at the moment. That is why it will be the main objective of this thesis.