GSI-FAIR PhD Award für Dr. Johannes Hornung

01.02.2023

Dr. Johannes Hornung erhält den GSI-FAIR PhD Award 2022 für seine Dissertation zur Wechselwirkung von hochintensiven Laserpulsen mit Festkörper-Targets. Die Auszeichnung wurde vor Kurzem im Rahmen eines Festkolloquiums von Professor Paolo Giubellino, Wissenschaftlicher Geschäftsführer von FAIR und GSI, und Daniel Sälzer, Geschäftsführer der Pfeiffer Vacuum GmbH, verliehen. Der jährliche vergebene Preis wird von Pfeiffer Vacuum gesponsert und ist mit 1000 Euro dotiert.

Eine der Anwendungen, die mit dem Aufkommen von Hochleistungslasern einhergeht, ist die Erzeugung von „Bursts“ harter Röntgen-, Gamma- und Teilchenstrahlen, die durch die Wechselwirkung ultrakurzer Lichtpulse mit Materie entstehen. Die Forschenden haben schnell erkannt, dass solche Quellen neue Eigenschaften aufweisen, die sie im Vergleich zu anderen, eher traditionellen und etablierten Teilchenquellen sehr attraktiv machen. In diesem sich rasch entwickelnden Gebiet besteht eine Herausforderung darin, die zugrundeliegenden Prozesse genau zu verstehen, die der Kopplung des Lasers mit sekundärer Strahlung und sekundären Teilchenstrahlen zugrunde liegen. Dies stellt ein komplexes Problem dar, da die Wechselwirkung des Lasers mit der Materie auf ultrakurzen Zeitskalen, typischerweise Femtosekunden (10-15 Sekunden), und in winzigen Volumina im Mikrometerbereich stattfindet, was ihre Beobachtung erschwert.

Dr. Johannes Hornung erhielt seine Promotion von der Friedrich-Schiller-Universität Jena für experimentelle Arbeiten mit dem PHELIX-Laser bei GSI/FAIR unter der Co-Betreuung von Professor Matt Zepf und Professor Vincent Bagnoud. In seiner Dissertation beschäftigte er sich mit der Wechselwirkung von hochintensiven Laserpulsen mit Festkörper-Targets, einem Wechselwirkungsregime, das in Reichweite der weltweit leistungsstärksten Lasersysteme liegt. Johannes Hornung setzte insbesondere eine nicht-invasive Methode ein, nämlich die Spektroskopie des vom Target reflektierten Lichts, um neue Erkenntnisse über die Laser-Materie-Wechselwirkung zu gewinnen, und zeigte, dass aus den gesammelten Daten quantitative Informationen über die Dynamik solcher Prozesse gewonnen werden können.

In einem typischen Experiment wird der ultrakurze Laserpuls in einer Vakuumkammer auf wenige Mikrometer fokussiert und auf eine mikrometerdünne Folie gelenkt. Aus dieser Wechselwirkung entsteht ein Teilchenburst. Zu Beginn der Wechselwirkung wird die Folie durch den Laser schnell zu einem dünnen Plasmablock aufgeheizt, der wie ein Spiegel einen Teil des Laserlichts reflektiert. Das Plasma dehnt sich jedoch in das Vakuum aus oder wird durch den Strahlungsdruck des Lasers in die entgegengesetzte Richtung gedrückt, oder eine Kombination aus beidem geschieht nacheinander. Unter solchen Bedingungen ist das vom expandierenden oder zurückweichenden Plasma reflektierte Licht Doppler-verschoben, was wertvolle Informationen über die genaue Wechselwirkungsdynamik liefert. Die Doktorarbeit von Johannes Hornung berichtet über die experimentelle Untersuchung dieses Effekts am PHELIX-Laser und schlägt ein verbessertes Modell zur Beschreibung der Laser-Materie-Wechselwirkung vor, das durch von ihm am Rechenzentrum Green IT Cube von GSI/FAIR durchgeführte numerische Simulationen bestätigt wird.

Der FAIR-GSI PhD Award wird jährlich für eine hervorragende Promotionsarbeit des vorangegangenen Jahres vergeben, die durch GSI im Rahmen der strategischen Partnerschaften mit den Universitäten in Darmstadt, Frankfurt, Gießen, Heidelberg, Jena, Mainz oder durch das Forschungs- und Entwicklungsprogramm gefördert wurde. Aktuell arbeiten im Rahmen der Graduiertenschule HGS-HIRe (Helmholtz Graduate School for Hadron and Ion Research) über 300 Doktorand*innen an Dissertationen mit Verbindung zu GSI und FAIR. Mit dem Sponsor des Preises, der Pfeiffer Vacuum GmbH, die Vakuumtechnik und -pumpen anbietet, verbindet GSI eine langjährige Partnerschaft. Vakuumlösungen von Pfeiffer Vacuum werden in den Anlagen von GSI seit Jahrzehnten erfolgreich eingesetzt.



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