Harte Röntgenstrahlung aus relativistischen Laserplasmen und ...

3.2. Lasergenerierte K-Schalen Linienstrahlung 31
Energie beziehungsweise die Temperatur der beschleunigten Elektronen. Für gleich-
bleibende Plasmaparameter, wie Dichtegradient und Plasmalänge, hängt die Elek-
tronentemperatur Te von der Intensität I des Laserpulses ab. Je nach Beschleuni-
gungsmechanismus, der natürlich auch wieder von der Intensität abhängt, gibt es
unterschiedliche Skalierungsgesetze. Im Bereich relativistischer Intensitäten ab etwa
10 18 W/cm 2 ist die ponderomotorische Skalierung nach Wilks [34] gültig:
kBTe � 0.511 MeV[(1 +
Iλ 2
1.37 · 10 18 Wcm −2 µm 2 )1/2 − 1] . (3.13)
Der Vergleich experimenteller Daten mit dieser Gleichung bestätigt diese Abhängig-
keit [29, 35, 36].
Die Konversionseffizienz ηe, d.h. der Energieanteil des Laserpulses, der in kinetische
Energie der heißen Elektronen umgewandelt wird, kann zwischen 10% und 50% be-
tragen [26,37,38]. Bei hohen Laserintensitäten ist die Emission der relativistischen
Elektronen nicht isotrop. In homogenen dünnen Plasmen ist die bevorzugte Richtung
die Laserpropagationsrichtung. Liegen steile Dichtegradienten vor, also insbesondere
an festen Oberflächen, so werden die Elektronen in Richtung der Targetnormalen
in das Target hinein beschleunigt [4, 27]. Je höher die Energie der beschleunigten
Elektronen, desto kleiner sind die Öffnungswinkel, unter dem diese gerichteten Elek-
tronen emittiert werden.
Wechselwirken die vom Laser beschleunigten Elektronen nun mit dem hinter der
Plasmaschicht liegenden Festkörper, so entsteht Röntgenstrahlung, deren Spektrum
– dem einer konventionellen Röntgenröhre vergleichbar – aus einem Bremsstrah-
lungsuntergrund und charakteristischer Linienstrahlung besteht. Die Charakteristi-
ka lasererzeugter Röntgenstrahlung sind ihre kleinen Quellgrößen und ihre ultra-
kurze Pulsdauer, die in der Größenordnung der Laserpulsdauer liegt. Diese beiden
Eigenschaften führen zusammen mit einer hohen Photonenzahl pro Puls zu hohen
Photonenflüssen. Die beiden folgenden Abschnitte gehen näher auf die Erzeugung
dieser beiden Strahlungsarten ein. Damit werden die Grundlagen für die in den
Kapiteln 4 und 5 vorgestellten experimentellen Ergebnisse gelegt.
3.2 Lasergenerierte K-Schalen Linienstrahlung
Elektronen, die einen Festkörper durchqueren, werden unter anderem dadurch abge-
bremst, daß sie K-Schalen der Targetatome ionisieren. Die ionisierten Atome gehen
über Auger-Prozesse oder aber über Aussendung von Röntgenfluoreszenzstrahlung
in ihren Grundzustand über. Natürlich wird nicht nur K-Schalen Linienstrahlung