The goal of this thesis will be a review of physics involved in the process of X-ray generation, design of the experimental realization of the betatron source with L3 laser system of the ELI Beamlines facility, numerical verification and optimization of the setup using a particle-in-cell code EPOCH, and characterization of the source (if the experiment will be performed within the time-frame of this thesis). Other aspect of the thesis shall be review, feasibility study, and conceptual design of possible X-ray imaging techniques that include but are not limited to: X-ray radiography, X-ray phase contrast imaging extended to X-ray tomography, and a feasibility study of X-ray ghost imaging methods.
Seznam odborné literatury
1) D. Attwood, X-Rays and Extreme Ultraviolet Radiation: Principles and Applications 2nd Ed., Cambridge University Press, Cambridge 2017.
2) A. Rousse et al., Production of a keV X-Ray Beam from Synchrotron Radiation in Relativistic Laser-Plasma Interaction, Phys. Rev. Lett. 93, 135005 (2004).
3) S. Corde et al., Femtosecond X-rays from Laser-Plasma Accelerators, Rev. Mod. Phys. 85, 1–48 (2013).
Předběžná náplň práce
Vysokovýkonnové lasery s femtosekundovými impulzy mohou být použity ke generaci zdrojů tvrdého rentgenového záření s ultrakrátkými impulzy. Jeden z příkladů takového zdroje je tzv. plazmový betatron, který je založený na principu urychlení elektronů na brázdové vlně laserového impulzu v plazmatu. Rentgenové záření, s charakteristikami podobnými záření synchrotronů, je pak generováno těmito relativistickými elektrony oscilujícími za laserovým impulzem uvnitř urychlující struktury. Klíčovými vlastnostmi tohoto záření jsou: široké spektrum (1-100 keV), malá divergence svazku (méně než 20 mrad), ultrakrátké impulzy (desítky femtosekund),malá velikost zdroje (jednotky mikronů) a možnost přesné synchronizace s jiným laserovým impulzem, odvozeným ze stejného laseru.
Předběžná náplň práce v anglickém jazyce
High-power femtosecond laser systems can be efficiently used for generation of hard X-ray radiation sources with ultrashort pulses. One exapmle of such source is plasma betatron that is based on acceleration of electron to relativistic energies in the wake wave generated by intense laser pulse interacting with underdense plasma. X-ray radiation, emitted by electrons wiggling in the ion cavity behind the laser pulse, is very similar to synchrotron radiation. The key features of this source are: broadband spectrum (1- 100’s keV), low divergence (less than few tens of mrad), small source size (microns), short pulse duration (tens of femtosecond), and perfect synchronization with the generating laser.
The Gammatron beamline driven by a PW laser system (L3) at ELI Beamlines facility will deliver ultrashort X-ray pulses with photon energies ranging from few keV up to 100’s of keV with 1e9 photons per pulse with repetition rate up to 10 Hz. This high brilliance, short-pulsed, hard X-ray source will be used for various multidisciplinary applications.
- zadáno a potvrzeno stud. odd.