XR-Quellen: Plasmaquellen

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Karteikarten am XR-Quellen: Plasmaquellen, erstellt von Tom Schobert am 21/09/2017.
Tom Schobert
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Plasmaröntgenquellen Strahlung aus Plasma Laserplasmen Z-Pinch
Plasma - ionisierte Materie bei hoher Temperatur - freie Elektronen/Ionen mit statistischer Geschwindigkeitsverteilung durch Medium - Emission intensiver elektromagnetischer Strahlung - Modifizierung Strahlung vor Verlassen des Plasmas
Linienstrahlung („gebunden,gebunden“): - Neutralatome laufend angeregt (Emission bei fester Wellenlänge) - Verbreiterung Spektrallinien durch Stoß-,Druck-, oder Dopplerverbreiterung
Rekombinationsstrahlung(„frei,gebunden“): - langsame Elektronen mit Ionen - kontinuierliche Strahlung, kein definiertes oberes Niveau
Bremsstrahlung(„frei,frei“): - freie Elektronen in naher Umgebung Ion abgebremst und gestreut (Abstrahlung)
optisch dünnes Plasma - a’vL<<1 - jedes emittierte Photon kann Plasma verlassen - Spektroskopie liefert Teilchendichten, Ionisationsstufen, Besetzung und auch T,p
optisch dickes Plasma: - a’vL>>1 - erzeugtes Licht kann Plasma i.d.R nicht verlassen (absorbiert,re-emittiert) - Hohlraumstrahlungsfeld(Planck) - spektralcharakteristisch (Leuchtkraft nur von T abhängig)
Plasma im Experiment - Mischungen für bestimmte Wellenlängen - gepulste Plasmen
Thermische Laserplasmen: - Fokus intensiver Lichtpulse auf Materie → Plasma→ Zustand hoher Dichte (ns) → explosionsartige Expansion - nahe am thermischen GGW → optisch dick → Planck ähnliches Spektrum - Umwandlung in harte Strahlung mit hoher Effizienz (Elektronen richtiger Energie) o zu wenig: zu weich o zu viel: zu tief ins Material
Effizienz thermischer Laserplasmen - hoch-Z-Material (Effizienz) - ns-Pulse J bis kJ-Bereich, Gold-/Wolframtargets (bis zu 80 % Konversionseffizienz) - inkohärente harte Strahlung (Planckartiges Spektrum) - Äquivalenztemperaturen einige eV bis viele keV
Nichtgleichgewichts-Laserplasmen - Ultrakurzpulslaser erhitzen freie Elektronen (20keV-10 MeV) - Röntgenstrahlung beim Treffen auf Materie (Energieverteilung statt fester Energie) - Röntgenpulsdauern < 100 fs (zeitaufgelöste Strukturanalyse) - Herstellung hochgeladener Ionen in großer Dichte+Anregung (Ionenspektren)
Prinzip Z-Pinch - voll ionisiertes Medium (Plasma) in zylindrischer Geometrie - starker Strom in Achsrichtung: o azimutales Magnetfeld drängt bewegte Ladungsträger zur Achse hin o Kompression o Druck o Plasma auseinander - magnetische Kompression und thermodynamische Expansion GGW bei Plasmaradius R
„Drahtexplosion“ Ablauf: - viel zu starker Strom durch metallisches Kabel - verdampft - Übergang in Plasmazustand - weiterhin Strom - Pinch-Effekt - gepulste Strahlung wenige Male pro Stunde
„Drahtexplosion“ Einschränkungen: - jedes mal neuer Draht - hoher Strom aus Kondensatorbank
große Z-Pinch-Anlagen: - mehrere parallele Drähte - relativ großes Volumen auf kleinen Raum - hohe Energiedichte, Temperaturen oberhalb von 1 keV
Z-machine - 300 parallele Wolframdrähte - 80 ns Strom (I>50 kA) - wenige ns T>3∙109K - thermische Strahlung im 10 keV Bereich mit Leistung bis P=300 TW - ν≈15 % (wall-plug-efficiency)
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