-
Ανάπτυξη και βελτιστοποίηση πηγής ακτινοβολίας τύπου βήτατρον παραγόμενης από υπέρ ισχυρά ηλεκτρομαγνητικά πεδία laser
-
Μελέτη περιορισμού ασταθειών πλάσματος σε διατάξεις Z-pinch με χρήση διηλεκτρικών επικαλύψεων
Ανάπτυξη και βελτιστοποίηση πηγής ακτινοβολίας τύπου βήτατρον παραγόμενης από υπέρ ισχυρά ηλεκτρομαγνητικά πεδία laser
Σκοπός της παρούσας ερευνητικής πρότασης είναι η πειραματική υλοποίηση μιας πηγής για την παραγωγή βήτατρον ακτίνων Χ που παράγονται κατά την αλληλεπίδραση υπέρ-ισχυρών παλμών laser με αέριους στόχους. Η ακτινοβολία βήτατρον παράγεται κατά την σχετικιστική επιτάχυνση των ηλεκτρονίων λόγω ιονισμού από το υπερισχυρό ηλεκτρομαγνητικό πεδίο του laser. Αυτό μέχρι πρόσφατα ήταν εφικτό μόνο σε μεγάλους επιταχυντές σωματιδίων γνωστούς ως σύγχροτρα. Τα τελευταία χρόνια όμως μια νέα μέθοδος εμφανίστηκε η οποία στηρίζεται στην σχετικιστική επιτάχυνση ηλεκτρονίων κατά την αλληλεπίδραση υπέρ-ισχυρών και υπερβραχέων παλμών laser με την ύλη. Η ακτινοβολία αυτή λόγω του πολύ μικρού μεγέθους της πηγής (μερικά μm) παρουσιάζει πολύ καλή συμφωνία φάσης και σχετικά μεγάλη λαμπρότητα. Τα παραπάνω χαρακτηριστικά την καθιστούν ιδανική για χρήση σε απεικονιστικές μεθόδους με μεγάλες απαιτήσεις σε ανάλυση και ευκρίνεια που φτάνει την κλίμακα των εκατοντάδων νανομέτρων. Συνεπώς η ανάπτυξη τέτοιου είδους πηγών έχει τραβήξει το ενδιαφέρον πολλών επιστημονικών ομάδων σε παγκόσμιο επίπεδο. Η ερευνητική ομάδα της παρούσας πρότασης δεσμεύεται για την πειραματική υλοποίηση στην Ελλάδα μιας τέτοιας πηγής και για πρώτη φορά, την συστηματική μελέτη βελτιστοποίησης προσφέροντας έτσι την προοπτική τόσο για την διεξαγωγή βασικής έρευνας σε αυτό το πεδίο όσο και τις μελλοντικές εφαρμογές της.
Πρώτο τελικό παραδοτέο, Δημοσίευση σε Διεθνές Συνέδριο:
https://doi.org/10.1364/UP.2020.Tu4A.12
Δεύτερο τελικό παραδοτέο, Δημοσίευση σε επιστημονικό περιοδικό με κριτές:
A. Grigoriadis, G. Andrianaki, M. Tatarakis, E.P. Benis, N.A. Papadogiannis, Betatron-type laser-plasma x-ray sources generated in multi-electron gas targets, Applied Physics Letters 118, 131110 (2021).
https://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/5.0046184
Μελέτη περιορισμού ασταθειών πλάσματος σε διατάξεις Z-pinch με χρήση διηλεκτρικών επικαλύψεων
Έχουμε πρόσφατα αποδείξει, με δημοσίευση σχετικού άρθρου στο περιοδικό Nature Communications, ότι για την αποτελεσματική μελέτη της δυναμικής του πλάσματος απαιτείται η ενσωμάτωση των εγγενών πραγματικών φυσικών χαρακτηριστικών του στερεού στόχου. Η μελέτη πραγματοποιήθηκε σε διάταξη Ζ-pinch μονού σύρματος, διάταξη αντιπροσωπευτική, με εκτενή διεθνώς βιβλιογραφία, για την κατανόηση της δυναμικής πλάσματος και γνωστή ανάπτυξη ασταθειών πλάσματος. Μελετήσαμε τη θέρμανση του κυλινδρικού στόχου μέσω υπολογιστικών προσομοιώσεων και πειραμάτων, από την στερεά του κατάσταση ως την περιοχή πλάσματος λαμβάνοντας υπόψη τις αλλαγές φάσης της ύλης για πρώτη φορά. Η συμφωνία των αποτελεσμάτων έδειξε ότι η ενσωμάτωση των μηχανικών φυσικών ιδιοτήτων του στερεού στόχου είναι καταλυτική για την κατανόηση των ασταθειών που αναπτύσσονται στο στόχο πριν τη δημιουργία πλάσματος και αποτελούν πρόδρομο της δημιουργίας των μαγνητοϋδροδυναμικών (magnetohydrodynamic, MHD) ασταθειών στο πλάσμα. Ονομάσαμε τις αστάθειες αυτές πριν τη δημιουργία πλάσματος ηλεκτροθερμομηχανικές (electrothermomechanical, ETM). Επεκτείνοντας την επιτυχημένη μελέτη, το αντικείμενο της τωρινής έρευνας αφορά τη μελέτη της καταστολής των ασταθειών του πλάσματος με χρήση διηλεκτρικών επικαλύψεων στο σύρμα. Η χρήση διηλεκτρικών επικαλύψεων μπορεί να οδηγήσει σε μείωση του ρυθμού ανάπτυξης των ETM ασταθειών του μεταλλικού στόχου και παράλληλα να βελτιώσει την εναπόθεση ενέργειας στο στόχο, έτσι ώστε να αυξήσει την ακτίνα διαστολής του παραγόμενου πλάσματος. Στόχος μας είναι ο περιορισμός των αναπτυσσόμενων ETM ασταθειών και των επακόλουθων MHD ασταθειών στο πλάσμα, με θετική απόρροια την αύξηση της απόδοσης της διάταξης Z-pinch.
Πρώτο τελικό παραδοτέο, Δημοσίευση σε Διεθνές Συνέδριο:
https://doi.org/10.1088/1742-6596/1730/1/012092
Δεύτερο τελικό παραδοτέο, Δημοσίευση σε επιστημονικό περιοδικό με κριτές:
E. Kaselouris, G. Tamiolakis, I. Fitilis, A. Skoulakis, V. Dimitriou, M. Tatarakis, Instability growth mitigation study of a dielectric coated metallic wire in a low current Z-pinch configuration, Plasma Physics and Controlled Fusion 63, 085010 (2021).
