Diagnostics of relativistic electron beams from laser accelerators

Abstract

Od čias vzniku časticovej fyziky v prvej polovici 20. storočia boli na časti- cové urýchľovače kladené stále sa zväčšujúce nároky, čo viedlo k zariadeniam veľkým desiatky kilometrov štvorcových, vyžadujúcim masívnu infraštruktúru a enormné finančné náklady. Sľubnou alternatívou je laserový wakefieldový urých- ľovač, často označovaný ako LWFA, založený na interakcii intenzívneho lasero- vého pulzu a plazmy. Táto technológia je schopná vyprodukovať urýchľovacie polia o štyri rády vyššie než rádio-frekvenčné časticové urýchľovače, čo výrazne znižuje ich veľkosť. Na vyhodnotenie kvality, stability, a spoľahlivosti LWFA, je potrebné zmerať vlastnosti elektrónových zväzkov vychádzajúcich z LWFA. Me- dzi najdôležitejšie vlastnosti elektrónových zväzkov patria náboj zväzku, inak povedané celkový počet elektrónov vo zväzku, energetické spektrum, divergen- cia, veľkosť zväzku, emitancia, a stabilita smeru šírenia. Táto bakalárska práca sa zameriava na nástroje a detektory potrebné k nameraniu týchto vlastností. 1

Since the rise of high-energy particle physics in the 20th century, demands for radio-frequency particle accelerators have been increasing, leading to facili- ties occupying tens of square kilometers, requiring massive infrastructure, and having a very high cost. A promising alternative is laser wakefield acceleration, commonly referred to as LWFA, which is based on the interaction of intense laser pulse with the plasma. This technology produces accelerating fields four orders of magnitude larger than radio-frequency particle accelerators, greatly reducing its size. To evaluate the quality, stability, and reliability of the LWFA, properties of electron bunches emerging from the accelerator have to be inves- tigated. The most important properties of electron bunches include the bunch charge, i.e. number of electrons in the bunch, energy distribution, divergence, bunch size, beam emittance, and pointing stability. This thesis is focused on the tools and detectors necessary for measuring these properties. 1