Fyzika a technika urychlování elektronu lasery s vysokou opakovací frekvencí

Abstract

Tato práce ukazuje vývoj inovativního aplikačního zařízení, spočívajícího ve zdroji ultrarelativistických elektronových svazků urychlovaných laserem s opakovací frekvencí 1 kHz ve výzkumném centru ELI Beamlines. Techniku urychlování laserem generovanou brázdovou vlnou využíváme k vytváření elektronových svazků se světově rekordní energii pro opakovací frekvencí 1 kHz, což povede k pokroku ve výzkumu laserového urychlování s vysokou opakovací frekvencí a dovolí realizovat nové vědecké aplikace. Detailně jsou prezentovány fyzika a nutný technologický vývoj jak v oblasti laserového zdroje, tak i v oblasti lasero-plazmového urychlovače včetně nutné diagnostiky a řešených problémů. Celá práce byla provedena a koordinována autorem s myšlenkou vytvořit zařízení na nejvyšší světové úrovni, schopné plně pracovat na opakovací frekvenci 1 kHz, které umožní jak experimenty s urychlováním laserem generovanou brázdovou vlnou a ozařovací experimenty, tak i generaci sekundárních zdrojů (tj. rentgenového záření, pozitronů), založených na elektronových svazcích.

The work shows the development of an innovative beamline consisting in a source of ultrarelativistic electron beams accelerated by a 1 kHz repetition rate laser at the ELI-Beamlines research facility. We make use of the Laser Wakefield Acceleration technique to produce high-quality world record energy 1 kHz electron beams, that will push forward the high repetition rate laser-driven acceleration research field and will allow the realization of new scientific applications. The physics and the necessary technological developments concerning both the laser driver and the laser-plasma accelerator, including the necessary diagnostics and problems solved, are presented in detail. All the work has been done and coordinated by the author with the idea to establish a state-of-the-art beamline, able to fully work at 1 kHz, allowing both LWFA experiments, and irradiation experiments as well as the generation of secondary sources (i.e. x-rays, positrons) based on the electron beams.