Untersuchung lasergeheizter Plasmen für Wechselwirkungsexperimente von Schwerionen mit ionisierter Materie

In dieser Arbeit wurde erstmalig eine umfassende Beschreibung des Plasmatargets durchgeführt, das an der Gesellschaft für Schwerionenforschung mbH (GSI) in Darmstadt für Wechselwirkungsexperimente mit Schwerionenstrahlen eingesetzt wird. Es handelt sich hierbei um Folien von 4,5-5µm Dicke, die mit dem nhelix-Lasersystem beschossen werden. Die Arbeit stellt eine konsequente Erweiterung der Untersuchungen zum Energieverlust schwerer Ionen in Laserplasmen von Roth und zu der Ladungszustandsverteilung von Schwerionenstrahlen in lasererzeugten Plasmen von Sü"s dar. Verbesserte spektroskopische Methoden und neue Instrumente führten mit dieser Arbeit zu der bisher noch nicht verfügbaren Beschreibung der räumlichen und zeitlichen Temperaturentwicklung des Plasmas. Damit ist künftig eine genauere Modellierung der Wechselwirkungsprozesse möglich. Darüber hinaus wurden durch diese Messungen auf alternativem Wege Daten zur Expansionsdynamik ermittelt, die die Annahme einer vorwiegend eindimensionalen Expansion bestätigen. Eine solche Annahme ist Grundvoraussetzung für die bisher benutzten Modelle zur Wechselwirkung schwerer Ionen mit Materie. Der Einsatz von sphärisch gebogenen Kristallen ermöglichte eine räumliche Aufl\ösung von Spektren des Targets bei einer spektralen Auflösung von 1E3 und höher. Da die Wellenlänge von Kohlenstoff-Spektrallinien grundsätzlich zu groß für Kristallspektrometer ist, wurde die Umstellung auf ein modifiziertes Target nötig. Die Verwendung von Teflon (CF2) anstelle von Kohlenstoff ermöglichte den Einsatz von Glimmerkristallen, die die helium- und wasserstoffähnlichen Spektrallinien von Fluor in erster Ordnung abbilden können. Es wurde gezeigt, dass im Kerngebiet des Targetplasmas Temperaturen von kT=150-200eV bei mittleren Elektronendichten von etwa 3E20/cm^3 erreicht werden. Ein Vergleich des Energieverlustes von Schwerionen in Kohlenstoff und in Teflon erzielte im Rahmen eines Fehlers von ca. 10% die gleichen Resultate von dE(Plasma)= 900 keV/u bei Werten von 485 bzw. 501 keV/u in der kalten Folie. Dies verstärkt die Relevanz der spektroskopischen Aussagen für frühere Experimente und empfiehlt einen Einsatz von Fluor im Targetmaterial für zukünftige Experimente. Im Rahmen der hier dargestellten Arbeit wurde dar\über hinaus ein Spektrometer f\ür den fernen Ultraviolettbereich (XUV) konstruiert, das mit Gittern variabler Strichabstände in streifendem Einfall bei 1-30nm Wellenl\änge betrieben werden kann. Das konzeptionelle Design dieses Spektrometers ermöglichte den Anbau einer R\öntgen-Schmierbildkamera ("Streak-Kamera"), mit der die zeitliche Entwicklung des Spektrums untersucht wurde. Zur Interpretation der aufgenommenen Spektren wurde ein reduziertes Modell zur Simulation von Spektren erstellt, das auf einem modifizierten Ionisationsmodell aus der Literatur und einigen grundsätzlichen, atomphysikalischen Überlegungen basiert