Universität zu Köln

Raab, Natascha (2011). Development of a method to measure the polarization of laser-accelerated protons. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

In the framework of this thesis first measurements and simulation studies on polarization observables of laser-accelerated charged particle beams were performed. These investigations were carried out with thin foil targets, that were illuminated by 100 TW laser pulses at the ARCturus laser facility at Heinrich Heine University in Düsseldorf, which serve as a source for few MeV proton beams. With Particle-in-Cell simulations the influence of the huge magnetic field gradients, that are inherently present in laser-induced plasmas, on particle trajectories has been modeled. It was found, that the deflection of the protons by a Stern-Gerlach like interaction with the magnetic field gradients is negligibly small and that no spatial separation of the protons according to their spin states is to be expected. Measurements of proton energy spectra have been carried out with a spectrometer dipole that was specifically designed for this purpose. The experimental method for the measurement of the spin-polarization of the proton beam was developed and optimized with the help of Monte-Carlo simulations. It is based on the spin dependency of hadronic proton scattering off nuclei in a scattering target. The feasibility of the method was demonstrated in a null-experiment with the supposedly unpolarized proton beams.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language Im Rahmen dieser Arbeit wurden Messungen und Simulationsstudien zu Polarisationsobservablen von Laser-induzierten Teilchenstrahlen durchgeführt. Diese Untersuchungen wurden mit dünnen Folientargets die, mit 100 TW Laserpulsen am ARCturus Laserlabor der Heinrich-Heine Universität Düsseldorf bestrahlt, als Quelle für Protonstrahlen von einigen MeV kinetischer Energie dienen. Mit Particle-in-Cell Simulationen wurde der Einfluss der magnetischen Feldgradienten, die im Laser-induzierten Plasma vorliegen auf die Teilchentrajektorien untersucht. Es zeigte sich, dass die Ablenkung der Protonen durch eine Stern-Gerlach artige Wechselwirkung mit den magnetischen Feldgradienten vernachlässigbar klein und keine Auffächerung des Protonstrahles nach Spinzuständen zu erwarten ist. Messungen des Energiespektrums der erzeugten Protonen wurden durchgeführt, hierzu wurde ein Dipolmagnet für ein magnetisches Spektrometer entworfen und gebaut. Die experimentelle Methode für die Messung der Spin-Polarisation des Protonenstrahls wurde mit Hilfe von Monte-Carlo Simulationen entwickelt und optimiert. Grundlage ist die Spinabhängigkeit der hadronischen Streuung der Strahlteilchen an Kernen in einem Streutarget. Die Realisierbarkeit des Experiments wurde in einem Null-Experiment mit dem unpolarisierten Protonenstrahl demonstriert. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Raab, Natascha n.raab@fz-juelich.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
Corporate Creators:	Universität zu Köln
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-42324
Date:	15 January 2011
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Außeruniversitäre Forschungseinrichtungen > Forschungszentrum Jülich
Subjects:	Physics
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language laser-induced particle acceleration, spin-polarization English
Date of oral exam:	15 April 2011
Referee:	Name Academic Title Büscher, Markus Priv.-Doz. Jolie, Jan Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/4232