Hydrodynamické simulace plazmatu pro realizaci rentgenového laseru

Abstract

Rentgenové lasery mají mnoho potenciálních aplikací napříč vědními obory, ať už se jedná o rentgenovou mikroskopii, materiálovou analýzu nebo mikrolitografii. Způsob realizace rentgenového laseru, který využívá laserem vytvořené plasma jako médium, se zdá být s ohledem na dosažitelné intenzity laserového záření velice perspektivní. V této práci jsou shrnuty metody hydrodynamických simulací interakce několika laserových pulzů s pevným terčem za účelem vytvoření optimálního plasmového média pro realizaci rentgenového laseru. Značná pozornost je věnována teoretickému odvození numerického schématu, které bylo pro tuto práci implementováno. Správnost implementace je ověřena na několika úlohách, jejichž analytické řešení je známo. Je zde provedena simulace interakce několika pulzů s pevným železným terčem. Ta je zpracována pomocí navrženého modelu pro určení koeficientu zisku a to pro konkrétní laserující přechod v neonu podobném železe. Výsledný prostorový profil koeficientu zisku je srovnán s obdobnou simulací popsanou v literatuře.

X-ray lasers have potential applications in many fields of study, ranging from x-ray microscopy, material anlysis to microlitography. Plasma based x-ray lasers that utilize plasma as a medium do pose a great potential regarding highly intesive laser beams. In this work a hydrodynamic simulation of multiple laser pulses iteracting with a solid target is summarized. The aim of the simulation is the optimization of plasma created in this interaction as a potential laser medium. Great attention is paid to the theoretical foundations of the used numerical scheme as this was reimplemented to code. This code is then verified with multiple problems for which analytical solution is available. A simulation of solid target interacting with multiple laser pulses is then performed and further postprocessed with the proposed model of gain coefficient estimation. This is done for a particular transition in neon-like iron. Resulting spatial gain profile is compared with similar work described in literature.