Generation of monoenergetic ion beams with a laser accelerator [Elektronische Ressource] / von Sebastian M. Pfotenhauer
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Generation of monoenergetic ion beams with a laser accelerator [Elektronische Ressource] / von Sebastian M. Pfotenhauer

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vGenerationvofakulmonoorenenergeticderionFriedrich-Schiller-UniversitbSebastianeamsJenawithdemaonomischenlaser?acceleratotrDipl.-PhDisserPfotenhauert03.02.1980at.)tionorgelegtzurRatErlangungPhysikalisch-AstrdesFaktademiscthen?GradesJenaDoctoronrerys.umM.nagebturaliumam(Dr.inrer.nahniscGutachterDr.1.?enPrtlineareof.agDr.yMalteMax-Born-InstitutC.ektroskKaluzaBerlin,Institut26.1.2009f?rerteidigung:OptikPrundolfgangQuanNictenelektronikundFTriedricUnivh-Scyhiller-Univletztenersit?tagJena,henGermaniiy3.2.of.PrWof.SandnerDr.f?rRholandOptikSauerbrKurzzeitspeyopieFecorschehersit?tungszenGermantrumTDresden-RossendorfderTRigorosumspr?fung:ecThniscderhetlicUnivVersit?t29.1.2009Dresden,GermaneitZusammenfassungohlenstostrahlenDiemediziniscvdieorliegendezuArbersceittbzahlreicescerl?ssigh?ftigtfundamensicGenerationhwmitArbderhenErzeugunginmonoDieenergetiscArbherlaserbasierteProtonen-Eigenscundf?rIonenstrahlenhmittelsInlaserbasierter?bTmonoeilcDiehenonbkescterst?tzt,hleuniger.vEine?bMethohendeErgebnissewurdeGrenzenenM?

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Published 01 January 2009
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Language English
Document size 11 MB

vGenerationvofakulmonoorenenergeticderionFriedrich-Schiller-UniversitbSebastianeamsJenawithdemaonomischenlaser?acceleratotrDipl.-PhDisserPfotenhauert03.02.1980at.)tionorgelegtzurRatErlangungPhysikalisch-AstrdesFaktademiscthen?GradesJenaDoctoronrerys.umM.nagebturaliumam(Dr.inrer.nahniscGutachterDr.1.?enPrtlineareof.agDr.yMalteMax-Born-InstitutC.ektroskKaluzaBerlin,Institut26.1.2009f?rerteidigung:OptikPrundolfgangQuanNictenelektronikundFTriedricUnivh-Scyhiller-Univletztenersit?tagJena,henGermaniiy3.2.of.PrWof.SandnerDr.f?rRholandOptikSauerbrKurzzeitspeyopieFecorschehersit?tungszenGermantrumTDresden-RossendorfderTRigorosumspr?fung:ecThniscderhetlicUnivVersit?t29.1.2009Dresden,GermaneitZusammenfassungohlenstostrahlenDiemediziniscvdieorliegendezuArbersceittbzahlreicescerl?ssigh?ftigtfundamensicGenerationhwmitArbderhenErzeugunginmonoDieenergetiscArbherlaserbasierteProtonen-Eigenscundf?rIonenstrahlenhmittelsInlaserbasierter?bTmonoeilcDiehenonbkescterst?tzt,hleuniger.vEine?bMethohendeErgebnissewurdeGrenzenenM?glictIonenstrahlenwicbkerbindungelt,Twdieelchaftenheendungeneswicerlaubt,hleunigerndieaufbTeiwrelativistiscdiehenherLaser-Plasma-WhecerimenhelswirkungenwurdeaufparallelenFklungestktheoretis-?pdellsertar-elcgetshauftretendenerkl?rtRaumladungseekteorragen-gezieltungmitneinerulationenpunktartigenvTeiseneilcerhenquellevzuhinaus:keit,om-energetiscbinieren.kDurceilchhle-dieseistineinzigartigedenInlaserproteraktionsgeometriehenstrahlenvkBedeutungonnhtenMate-zumperstenAnMalwirdProtonen-En-strahleneinermitoneinemeitragen.interaktionsgeometrietrinsiscvhhiedenescargetmaterialienhmalenertragenEnergiesperden,ektrumasmitErzeugungeinemenergetiscwKenigeerm?glicMikrometerte.gro?enexpLaserbtelleesceithleunigervgeneriertderwEnerden.wicDereinesexpomplexenerimenctelleMoAufbauunwurdewimhesVBeobacerlauftungenderollst?ndigvundergan-hervgenenderdreiereinstimmJahremitkhenonsequenumerisctSimimist.HinhierblicorgestelltenkwaufwRepro?bduzierbarkdieeitderundorliegendendieeitmaximalDieerzieltenhkTzuveilcmonohenenergienhevmittelserbompakter,essert.TDerhendarausescresultierendeunigerGraderzeugenanVVmiterl??liceinzigartigenhkhafteneitduziertererlaubteeilcdieonBestimmtalerungf?rderGrundlagenforscerstenung,Energie-Skdiealierungsgesetzerialwissenscspundeziellotenziellef?rhemonowenergetiscundhema?geblicProtonen-zurstrahlen.tDar?bklungerneuenhinausvkBesconnbtevdieeamAbstractaAothermethoedysics,fortaltheingenerationTheofummonotheenergeticenergeticprotonbandaccounionsimbyeamsionfromofatallaser-basednewpar-wticletheacceleratoreams.isaspresendevted.del,Thisobservmethotdtedutilizesscopthetheuniqueyspace-cahargetheeectsbooutstandingccurringscienceduringtorelativisticviilaser-plasmascinexpandedteractionsmaterials,onofsolidontargetsexpinorkcomsuppbinationthewithtatheoreticaldot-likheforparticleandsource.tDuentoThethishauniqueextraordinarilyinwteractioneygeometryt,vMemonoVeamsprotonlaser-plasmabconjunctioneamspropwithducedanainertrinsi-incallyh,narromedicalwwillenergyespofectrumurthermore,waccelerationerehemeobtained,asforonthetargetrstenablingtime,generationfrommonoacarbmicrometer-scaleblaserTheaccelerator.erimenOvwerwthestronglypastortedthreeyyparallelears,elopmentheofaccelerationcomplexscmohemewhichasfullybtseentheconsistenationstlyisimproexcellenvagreemenedwithtoumericalenhanceulations.bpresenothresultsthevmaximanumbroadparticleeenergyaandbtheondreliabilitcurrenythesis:ofatheailabilitsetup.ofTheenergeticacbhievfromedcompactdegreebofsourceinreliabilitwithyuniquealloertieswlaser-proedparticletoeamsaddressesderivnebtheofrstapplicationsscalingfundamenlaresearcwsmaterialspandecicallyphforandmonohelpenergeticshappro-atongenerationbaccelerators.eams.Fviii.Contents.Zusammenfassung4.1.1veectsAbstract.vii.T.able41ofTWcontentsprotonviii4.1.2Figures.x.1-Intro.duction.1.1.1.The.exp.erimen.t....y.ectra...30.del.....la.41.......for...and.................4.2...30.........of.o.31....2.1.23Thesissourceoutline............3.3.(JETI)...Exp.......rro.49.........ectra...............4.1.3.........studies.......Thermal..4.2.Relativistic.laser-plasma.interactions.7.2.1.FConnemenundamenprotontalsEsirkofvrelativistic.laser-plasmaChargeph.ysics............erimental.Proton.and.er.......Microstructured........7.2.1.1.Ionization.and.plasmaJenaformationlaserat.solid.targets..45.tal.TNSA...........4.p.b.Mono.eams7.2.1.2.Single.electron.acceleration.and.the.pprotononderomotiv.e.force..........prop........12.2.1.3.Optical.prop.ertiessimof.plasmas..............ducibilit.the.target.....56.....2.3.1.sp................14.2.1.4.A.m.ultitude.of.absorption.mec.hanisms2.3.2.t.the.source.the.ep.v/Bulano.mo.....2.3.3.separation................16.2.2.T.arget.Normal.Sheath34AExpccelerationconsiderations(TNSA)3.1.emission.size.source.y.manipulation.............3.2.targets............22.2.2.1.The.ph.ysical.picture........43.The.10.Titanium:Sapphire.system...............3.4.erimen.setup.Conned....................22.2.2.247TheoreticalNamow-banddelsrotonandionscalingeamsla4.1wsenergeticforbthermal.proton.sp.ectra...........23.2.2.3.Dep.endencies.on.target49andExemplarylasersppre-pulse.conditions.....................29.2.349ConcerningBeamtheertiessp.ectral.shaping.of.laser-generated.proton.b.eams.(Conned.TNSA)............51.PIC.ulations...............................53.Repro.y.and.inevitabilit.of.cleaning...........ix..4.3.Scalinglaser-generatedlaionwshesfor.mono.energeticLaserproton.b.eams..trast...vs....101.......5.81.........based...ysical....58104.3.1Erkl?P.eak.p.osition4.7scalingion.....rosp.p.eta.........ts.......84.-...b.ts...y.....89.endix.system.Publication.127....58.4.3.2.P.eak.width.scalinge.narro.eams.........uture.fo.rro.b.POLARIS.att...............5.2.v.................Radiation60laser4.4estimationT.arget.comp5.3.1ositiontherapandradiationtheaProtonvDensit5.3.2yeamReduction.sc.heme.(PDR)......endix.9563The4.4.1Titanium:SapphireImpact99ofVitaethe123hea125vy.ion.bac.kground.on.the.proton.sp.ectrum............75.Alternativ63approac4.4.2toPDRw-bandtheoryb&.sim.ulation.studies..........76.F.p.ects.r.na.w-band.roton.eams.5.1.P.w.scaling..........64.4.4.3.PDR.exp.erimen.ts........81.Con.impro.emen.................................5.3.oncology.on.accelerators.an......70.4.5.Mono85energeticIonioneambyeamsother.treatmen.-.ph.o.erview.86.Laser-based.b.therap.........................App.A:.ablation.App.B:.Jena.TW.laser.(JETI)73Bibliography4.6CurriculumMultiple121plisteakEidesstattlichestructuresrung.Danksagung.x.