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Título
Experimental studies for generation, transport and applications of ultra-fast laser driven X-ray sources
Autor(es)
Director(es)
Materia
Tesis y disertaciones académicas
Universidad de Salamanca (España)
Tesis Doctoral
Academic dissertations
Microscopio Kirkpatrick-Baez
Transporte de rayos X
Imagen por rayos X mediante Contraste de Fase
Clasificación UNESCO
2202.12 Rayos X
2204.10 Física de Plasmas
2208.02 Fuentes de Haces
Fecha de publicación
2020
Resumen
[ES] En esta Tesis se han presentado los fundamentos necesarios de la Física de Plasmas para una
mejor comprensión de la generación, transporte y aplicaciones de fuentes de rayos X generadas
por pulsos láser ultra-cortos (30 fs) y ultra-intensos (>1018W/cm2).
En la primera mitad de la Tesis se han descrito los principales mecanismos de la generación y
aceleración de electrones en “under dense plasmas” mediante el proceso conocido como Laser
Weakfield Acceleration (LWFA) y también en “over dense plasmas” mediante el mecanismo
conocido como Target Normal Seath Acceleration (TNSA). Por un lado se ha construido caracterizado
y testado un microscopio ajustable Kirkpatrick-Baez (KB) en condiciones experimentales
reales mediante fuentes de radiación X generadas por láser. Es importante resaltar que la
singularidad de la óptica utilizada en cuanto a la tecnología usada en los espejos. Se ha usado,
como "espejos” del KB dos placas de 50 mm silicio recubiertos de una capa de platino de 50 nm
como recubrimiento. También hemos descrito cómo los rayos X generados por ambos mecanismos
(LWFA y TNSA) en forma de radiación betatron y bremsstrahlung han sido guiados yes
ha podido hacer imagen con éxito con ellos mediante el microscopio ajustable KB en los experimentos
de aceleración de protones 1 y 2. Por otra parte hay que decir que algunas mejoras
se pueden implementr aun en este diseño de KB tales como usar espejos de mayor superficie
para mejorar la señal o modificar la sujeción de los espejos a la estructura de flexión. Además
también es posible reemplazar el ajuste del tilt (inclinación) del tornillo micrométrico por un
actuador piezo-eleéctrico quedando así el sistema totalmete automatizado. También se pueden
añadir transductores mecánicos para futuros diseños.
En esta Tesis también se han conseguido generar fuentes de rayos X de tamaño de tamaño micrométrico
con el fin de aplicarlo en experimentos de Radiografía por Contraste de Fase. Ha sido
posible usar fuentes de rayos X incoherentes tales como Betatrón (espacialmente incoherentes)
y Bremsstrahlung para llevar a cabo satisfactoriamente Radiografías por Contraste de Fase.
En el primer experimento, la radiación Betatrón generada mediante LWFA ha sido producida
focalizando el láser Vega-2 en un chorro de gas de helio puro. Los rayos X generados han
sido usados para hacer Radiografía por Contraste de Fase de una muestra biológica microestructurada.
El segundo experimento ha consistido en focalizar el láser PHELIX sobre filamentos
de tungsteno de 5 micras de espesor para generar radiación Bremsstrahlung en un blanco con
tamaño de fuente limitado. En esta última ha sido usada para realizar Radiografías por Contraste de Fase de una onda de choque (generada por una sección del láser PHELIX) viajando a través
de blancos (targets) con alta transmisividad de rayos X.
El éxito obtenido en los resultados de esta experimento han confirmado la posibilidad de implementar
la técnica de Radiografía por Contraste de Fase un futuros experimentos de Fusión por
Confinamiento Inercial (ICF).
El próximo paso podrían ser estas fuentes de rayos X basadas en target de tamaño reducido (por
ejemplo, los filamentos de tungsteno usados anteriormente) en experimentos y en instalaciones
donde sea posible disparar a alta tasa de repetición (HRR) para varias aplicaciones en Radiografía
por Contraste de Fase facilitando así la estadística. Creemos también que es necesario un
desarrollo en paralelo de un soporte de los targets adaptado para trabajar en régimen de la alta
tasa de repetición.
URI
DOI
10.14201/gredos.144564
Colecciones