Pokročilé metody generace rentgenového záření v plazmovém betatronu

Abstract

Laser Wakefield Acceleration (LWFA) enables compact acceleration of electrons to relativistic energies by driving plasma waves with intense laser pulses. As electrons oscillate transversely in the plasma wake, they emit synchrotron-like betatron X-ray radiation-though with significantly lower photon output per second compared to large synchrotron facilities. This thesis reviews the fundamental physics of LWFA and betatron emission, outlining key limitations and current enhancement methods via plasma density shaping or laser tailoring. A novel approach is also presented: employing chirped laser pulses to enhance betatron radiation without increasing the laser energy. We show that positive chirp significantly increases transverse electron momentum and boosts X-ray yield. These findings demonstrate that laser chirp offers a promising path to improve the efficiency and tunability of LWFA-based X-ray sources.

Urychlování elektronů pomocí laserem vybuzené brázdové vlny (LWFA) umožňuje dosáhnout relativistických energií na krátké vzdálenosti. Urychlené elektrony při příčném kmitání vyzařují betatronové rentgenové záření, jehož tok fotonů však zatím nedosahuje úrovně velkých synchrotronových zařízení. Tato práce nejprve shrnuje základní fyziku LWFA a betatronového záření, včetně hlavních omezení a přehledu současných metod zvyšování účinnosti - úpravou plazmové hustoty nebo tvarováním laserového pulzu. Následně představujeme novou metodu využívající tzv. chirpované (frekvenčně modulované) laserové pulzy ke zvýšení intenzity betatronového záření bez navýšení celkové energie laseru. Výsledky ukazují, že kladný chirp výrazně zvyšuje příčný impuls elektronů a zároveň zvyšuje kritickou energii a tok vyzářených fotonů. Chirpování laserového pulzu se tak jeví jako slibný nástroj pro zvýšení účinnosti a laditelnosti kompaktních rentgenových zdrojů založených na principu LWFA.