Spektroskopické studium interakce laserového plasmatu s pevnými terčíky Michal Šmíd Bakalářské téma: 1) Vertikálně disperzní Johannův sepktrometr 2) Experimenty na PALS Obsah prezentace: Školitel: Ing. Oldřich Renner, DrSc., FzÚ

Vertikální Johannův spektrometr (VJS) 1) Braggův zákon 2) Rowlandova kružnice 3)Vertikální disperze Použité principy: -Vysoké spektrální rozlišení. -Jednodimenzionálně rozlišená spektra. -Pracuje v Rentgenovém spektru.

Braggův zákon Úhel odrazu paprsku, kde proběhn konstruktivní inerfenrence na krystalu, závisi na jeho vlnové délce.

Rowlandova kružnice Geometrické fokusující schéma, které podstatně zvýší světelnost spektrometru (cca 100x oproti plochému krystalu).

Vertikální disperze ve VJS Horizontální rozměr na detektoru (osa y´) představuje pouze prostorové umístění zdroje Ve vertikálním rozměru (osa z´) probíhá disperze

Zpracování dat z VJS Detektor: Rentgenový film Kodak Industrex CX Vlivem složitější geometrie je nutné počítačové zpracování výsledků. Film byl původně skenován na Densiotmetru v Jeně (Německo) a data zpracovávána starším programem v Pascalu Nyní máme stolní skener s průsvitem EPSON, pro zpracování vyvíjíme modernější program v Javě.

Počítačové zpracování dat

Experimenty na PALS Série experimentů s dvouterčíkovým uspořádáním Studuje se kolize vstřícných svazků plazmatu, popř. záchyt iontů plazmatu na druhém terčíku Sběr precizních spektroskopických měření –> experimentální základ pro vývoj příslušných modelů.

Spectroscopic Characterization of Ion Collisions and Trapping at Laser Irradiated Al/Mg Foil Targets O. Renner, 1 P. Adámek, 2 E. Krousky, 1 J. Limpouch 2, R. Liska 2 F.B. Rosmej 3 E. Dalimier, 4 R. Schott 4 A. Delserieys, 5 D. Riley 5 1 Institute of Physics & PALS RC, Academy of Sciences CR, Prague, Czech Republic 2 Czech Technical University, Faculty of Nuclear Sciences, Prague, Czech Republic 3 Université de Provence et CNRS, UMR 6633, PIIM, Centre de Saint-Jérôme, Marseille, France 4 Université Pierre et Marie Curie, PAPD/LULI, Paris, France 5 Queens University, Belfast, UK 12th International Workshop on Radiative Properties of Hot Dense Matter, Albufeira, September 11 – 15, 2006

PALS LASERLAB Experiment No 1080/2006 PALS interaction chamber

Vertical-geometry Johann Spectrometer Characteristics: Al Lyα group (Mg Lyβ - Heδ) observed at ψ= 0 ± 0.8º to Al surface quartz (100), R = 76.6 mm, spectral resolution >8 000, spatial 8  m linear dispersion ~180 mm/Å, wavelength coverage 2x200 mÅ collection efficiency 10 2 higher than flat crystal, film detectionprecision of relative wavelength measurement (1-2)x10 -5 Renner O. et al, RSI 68 (1997) 2393

Základní princip streak kamery Záření je na fotokatodě přeměněno na elektrony, ty jsou pak ohýbány v čase narůstajícím elektrickým polem. Vysoké časové rozlišení

Streaked Pinhole X-ray Images of Plasma Evolution Kentech low-magnification x-ray streak camera (1024x1024 pixels) temporal resolution 2.03 ps/pixel spatial resolution 2.9 μm/pixel filtration Al-coated 6 μm mylar Counter-streaming plasmas produced by a single laser beam irradiation (78 J/3ω, 0.44 μm, 0.3 ns, 5.2×10 15 W/cm 2 ) of double-foil targets (0.8  m Al + 2  m Mg), separation 240 (left) and 360  m (right)

Interpretation of Spectra Emitted from Mg Foil II. X-ray image from spherically bend mica crystal spectrometer demonstrates increasing line broadening of the Al Lyman-series near the Mg foil F.B. Rosmej, R. Schott, E. Dalimier, D. Riley, A. Delserieys, O. Renner, E. Krousky, V.S. Lisitsa: ICSLS, June 2006, Auburn

Complementary Phenomena in Interpenetrating Plasmas Striking effects:Spatial extent & modification of Al Lyα group structure Differential line shifts of Al J-satellite

Satelity Slabé spektrální čáry v blízkosti silných. Vznikají za přítomnosti elektronu ve vyšším orbitalu, tzv. 'pozorovatel'. 'pozorovatel' sníží potenciál produkovaný jádrem => snížení energetických hladin =>posun spektrálních čar směrem k nižším energiím. Satelity vzniklé při různém umístění pozorovatele tvoří u výrazných spektrálních čar složitou strukturu, která závisí na parametrech plazmatu.

Simulation of Al Lyα Group Satellite Structure Spectra synthesis based on multilevel, multi ion stage metastable resolved collisional radiative code MARIA including the opacity effects Rosmej F.B., J. Phys. B 30 (1997) L p 2 1 D 2 - 1s2p 1 P 1 J p 2 3 P 2 - 1s2p 3 P 1 2p 2 3 P 1 - 1s2p 3 P 0 2p 2 3 P 2 - 1s2p 3 P 2 2p 2 3 P 1 - 1s2p 3 P 1 2p 2 3 P 0 - 1s2p 3 P 1 2p 2 3 P 1 - 1s2p 3 P 2 3P3P s2p 3 P 2 - 1s2s 3 S 1 2s2p 3 P 1 - 1s2s 3 S 1 2s2p 3 P 0 - 1s2s 3 S 1 3S3S s2p 1 P 1 - 1s2s 1 S 0 1S1S p 2 1 S 0 - 1s2p 1 P 1 1P1P p 2 P 1/2 – 1s 2 S 1/2 2p 2 P 3/2 – 1s 2 S 1/2  1/2  3/2 [Å] transition Al Ly  group Observation and simulations: O. Renner, F. B. Rosmej et al., Appl. Phys. Lett. 79 (2001) 177

Interpretation of Spectra Emitted at Al Foil & Midplane Al-surface: cold and dense plasmaMidplane Al/Mg: hot and diluted

Interpretation of Spectra Emitted from Mg Foil I. Near Mg foil: dense and cold plasma

Line broadening and Line shift Intensita Al Ly  čáry  odpovídá poměrné hustotě Al iontů v plazmatu Šířka Al Ly  čáry – částečně vlivem Dopplerova rozšíření -> ochlazení plazmatu směrem k Mg folii. Posun J-satelitu – nejspíše souvisí s hustotou plazmatu, není ještě plně prostudován, v budoucnosti možné použití pro diagnostiku.

2D Simulation of Plasma Dynamics: ALE, T e Arbitrary Lagrangian Eulerian method avoids severe computation mesh distortions by smoothing Lagrangian mesh and remapping conservative quantities to new mesh (Eulerian part) may provide acceptable results where pure Lagrangian method fails QEOS, flux limiter 20%, computed up to 1 ns after laser pulse maximum Hirt C.W. et al, J. Comp. Phys. 146 (1997) 203; Liska R, J. Phys. IV France 133 (2006), ps0 ps-50 ps+50 ps+250 ps-150 ps

Plány do budoucna Dvouterčíkový experiment s terčíky vůči laserovému svazku pootočeny tak, aby laser nemohl emitovat plazmu na druhém terčíku. Měli bychom pozorovat jen interakci plazmatu s druhým terčíkem.