Laser-driven hard X-ray source for imaging applications

Abstract

With the advent of high-power lasers in recent decades, a unique source of hard X-ray radiation has become availible. This source of collimated, broadband, femtosecond, incoherent and hard X-ray radiation is produced when a focused laser with intensity above 10^18 W/cm^2 collides with a gas target. The strong electric field of the laser pulse ionizes the gas and interacts with the plasma generating a strong plasma wake wave. This space charge separation inside the target generates longitudal electric fields of the order of 100 GV/m. This resulting electrostatic wakefield accelerates the electrons to relativistic velocities and causes them to travel in oscillatory motion behind the laser pulse, producing hard and collimated X-ray radiation. This thesis is focused on a theoretical evaluation and an experimental design of this laser-plasma X-ray source. Furthermore, we consider the source's unique properties for novel imaging applications.

Díky příchodu vysoko-intenzitních laserů v posledních dekádách je k dispozici nový zdroj tvrdého rentgenového záření. Tento zdroj kolimovaného, širokopásmového, ultrakrátkého a prostorově koherentního rentgenového záření je produkován když vstoupí laserový puls s intenzitou nad 10^18 W/cm^2 v ohnisku do plynného terče. Silné elektrické pole laseru ionizuje plyn a interaguje se vzniklým plazmatem, čímž excituje silnou brázdovou vlnu v plazmatu. Takto vzniklé rozložení náboje v terči generuje podélné elektrické pole v řádu 100 GV/m. Vzniklé elektrostatické brázdové pole urychluje elektrony na relativistické rychlosti a způsobuje, že oscilují za laserovým pulsem, což produkuje kolimované rentgenové záření. Tato práce je zaměřena na teoretické vyhodnocení a experimentální design tohoto laser-plazmového rentgenového zdroje. Dále diskutujeme unikátní vlastnosti zdroje vhodné pro moderní aplikace v zobrazování.