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URL: http://geb.uni-giessen.de/geb/volltexte/2006/2889/


Simulation wasserstoffähnlicher schwerer Ionen in starken elektromagnetischen Feldern

Simulation of hydrogenlike heavy ions in strong electromagnetic fields

Hölß, Manuel


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Freie Schlagwörter (Deutsch): Laser , Schwerionen , Finite Elemente , laserassistierte Stöße , Stabilisierung
Freie Schlagwörter (Englisch): laser , heavy ions , finite elements , laserassisted collisions , stabilisation
Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Institut für theoretische Physik II
Fachgebiet: Physik
DDC-Sachgruppe: Physik
Dokumentart: Dissertation
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 07.06.2006
Erstellungsjahr: 2006
Publikationsdatum: 13.06.2006
Kurzfassung auf Deutsch: Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der
numerischen Simulation wasserstoffähnlicher Schwerionen
in starken elektromagnetischen Feldern. Diese können
aus der ebenen Welle eines Laserpulses, dem
Liénard-Wiechert Potential eines Projektils in
Stößen oder der Kombination beider in laserassistierten
Stößen bestehen. Aufgrund der hohen Feldstärken und
der damit verbundenen hohen Geschwindigkeiten wird
das Elektron relativistisch durch die Diracgleichung
beschrieben. Die Schwierigkeit liegt hierbei darin,
dass mit der Schwingung der Wellenfunktion und der
des Laserfeldes Zeitskalen involviert sind, die sich
um 4-6 Zehnerpotenzen unterscheiden.


Der numerische Aufwand wird reduziert, indem
die Diracgleichung des näherungsweise
zylindersymmetrischen Problems in Zylinderkoordinaten
auf eine zweidimensionale Gleichung zurückgeführt wird.
Gemäß dieser Gleichung wird der Anfangszustand eines
gebundenen Elektrons mit finiten Elementen zeitlich
propagiert.
Damit lässt sich wasserstoffähnliches Uran in Laserpulsen
mit Wellenlängen bis im Nanometerbereich simulieren.


Aus der zeitabhängigen Wellenfunktion werden Amplituden
für Ionisation, Anregung, Elektron-Positron-Paarerzeugung
und im Fall von Stößen Transferionisation berechnet.
In Laserpulsen wird das Spektrum der in Form höherer
Harmonischer emittierten Strahlung ermittelt. Simuationen
laserassistierter Stöße von Goldkernen auf
wasserstoffähnliches Uran lassen Stabilisierung
des Grundzustands durch das Laserfeld in Abhängigkeit
von dessen Phase erkennen.
Kurzfassung auf Englisch: This thesis treats numerical simulations of hydrogenlike
ions in strong elektromagnetic fields. These can consist of
the plane wave of a laserpulse, the Liénard-Wiechert potentials
of a projectile in collisions or a combination of both in
laserassisted collisions. Due to the high fieldstrengths
and the corresponding high velocities the electron is described
relativistically employing the Dirac equation. The difficulty
herein consists of the fact that with the oscillation of the
Wavefunction and those of the laserfield there are timescales
involved which differ in 4-6 powers of ten.


The numerical effort is reduced by ascribing the Dirac equation
of the approximate cylindric symmetric problem in cylinder
coordinates to a twodimensional equation. The initial wavefunction
is propagated in time according to this equation using finite
elements. With this method hydrogenlike uranium can be simulated
in laser pulses up to nanometer range.


From the timedependant wavefunction amplitudes for ionisation,
excitation, electron-positron pair production and in the case of
collisons transfer ionisation are computed. In laser pulses the
spectrum of the radiation emitted in terms of higher harmonics
is determined. In simulations of laserassisted collisons of gold
nuclei on hydrogenlike uranium stabilisation of the groundstate
are perceived.