Laser-Wakefield-Beschleunigung am JETI-Einfluss der ...

4. ExperimenteElektronendichte nimmt nach (2.20) die Plasmafrequenz zu und damit die Intensität I wbab, wie es auch in den Messungen beobachtet wurde. Gleichzeitig nimmt nach (2.56)die Dephasing Länge ab, was eine Ursache für das schlechter werdende Strahlprofil mitzunehmender Elektronendichte sein kann.Pukhov et al. 3 haben wie schon in Abschnitt 2.3.4 erwähnt gezeigt, dass dreidimensionaleEffekte einen starken Einfluss auf die zum Wellenbrechen nötige Energie, aber auchauf den Beschleunigungsmechanismus haben. Mit der Elektronendichte nimmt die Plasmawellenlängeλ p ab. Während der Messungen wurde also das Verhältnis von Pulslängecτ p zur Plasmawellenlänge λ p variiert.Mit maximaler Pulsenergie wird bei den beiden geringsten Dichten eine sehr hohe Richtungsstabilitätvon ca. 10 mrad erreicht. Dieser Bereich kommt dem Regime des hochgradignichtlinearen Wellenbrechens am nächsten. Mit zunehmender Elektronendichte wirddas Strahlprofil und die Richtungsstabilität schlechter, das Beschleunigungsregime ändertsich. Mit geringerer Pulsenergie kann kaum noch das gute Strahlprofil des Regimesdes hochgradig nichtlinearen Wellenbrechens erreicht werden.Energie und spektrale Verteilung der Elektronen Zur Auswertung der Spektren, dieauf den beiden Schirmen im Elektronenspektrometer aufgenommen wurden, werden diesein drei unterschiedliche Kategorien unterteilt: Zum einen monoenergetische Spektren, dieeinen Peak mit einer Halbwertsbreite ∆E bei der Peakenergie E max haben und derenWert ∆E/E max kleiner 10% bzw. kleiner 20% ist, zum anderen Spektren, die ein breitesPlateau mit einzelnen Maxima zeigen, und Spektren mit exponentiellem Abfall zu hohenEnergien hin, die nur noch einzelne kleinere Peaks zeigen. In Abbildung 4.11 ist jeweilsein Beispiel für ein solches Spektrum gezeigt.Für jedes Set wird der Anteil der Spektren bestimmt, die diesen Kategorien entsprechen.Die Verteilung ist in Abbildung 4.12 gezeigt. Mit maximaler Pulsenergie ist dieGesamtzahl der Elektronenpakete, bei denen auf den Schirmen im Spektrometer ein Signalaufgenommen werden konnte, am höchsten. Mit mittlerer Pulsenergie reduziert siesich um ca. 20 %, während bei der niedrigsten Pulsenergie bei weniger als der Hälfte derSchüsse Spektren aufgenommen werden konnten. Aufgrund des Akzeptanzwinkels desSpektrometers und der abnehmenden Richtungsstabilität der Elektronen sinkt die Gesamtzahlder Pakete, die das Spektrometer treffen, ab einer Dichte von 1, 8 × 10 19 /cm 3 .Auch an den Spektren kann der von Pukhov et al. beschriebene Übergang zwischenden unterschiedlichen Beschleunigungsregimes beobachtet werden. Mit maximaler Pulsenergiewird die höchste Zahl von Spektren mit einem Peak mit maximaler Breite ∆E/Evon 20% erreicht. Wird die Elektronendichte erhöht oder die Pulsenergie des Laser redu-46