Hydrodynamické simulace generování a propagace rentgenového záření v laserovém plazmatu

Abstract

Hydrodynamické simulace v kombinaci s metodou trasování paprsků představují užitečný nástroj pro studium plazmatu jako média vhodného k zesilování rentgenového záření. Modelováním plazmatu vzniklého interakcí laserového impulzu s pevným terčem a následnou simulací průchodu a zesílení rentgenového pulzu tímto médiem mohou být získány užitečné poznatky o celém procesu. V této práci je zahrnuta formulace hydrodynamického popisu pomocí metody konečných prvků a je představeno rozšíření o modely zesilování a absorpce záření pomocí metody trasování paprsků. Důraz je kladen na metody výpočtu gradientu elektronové hustoty a zhodnocení jejich vlivu na modelování absorpce laserového záření. Dále je prezentováno několik úloh testujících implementaci daných modelů. Konečně jsou v práci předvedeny výsledky simulací zesilování rentgenového pulzu na konkrétním zářivém přechodu v neonu-podobných iontech v plazmatu vytvořeném interakcí tří laserových pulsů s pevným železným terčem. Speciální pozornost je věnována difrakci rentgenového pulzu při průchodu zesilujícím médiem.

Hydrodynamic plasma simulations in combination with ray-tracing methods are a useful tool to study plasma as a medium suitable for x-ray pulse radiation amplification. Modeling of plasma produced by a laser beam interacting with a solid target and the subsequent simulation of amplification of an x-ray pulse traveling through this medium can provide useful insights into the whole process. In this thesis, a formulation of hydrodynamic description, using the finite element method, is summarized and additional models of amplification and absorption of radiation using a ray-tracing method are presented. An emphasis is put on the various electron density gradient calculation methods, influencing the radiation absorption modeling. Next, several problems are devised to test the implemented models. Finally, results of an x-ray pulse amplification on a particular lasing transition of neon-like ions in the plasma generated by three laser pulses interacting with a solid iron target are presented. Special attention is paid to diffraction of the x-ray pulse traversing the amplifying media.