Evropský rentgenový laser s volnými elektrony (European XFEL): princip, konstrukce, pracovní stanice a interakční experimenty

  • Vedoucí práce / Supervisor: Ing. Libor Juha, CSc., Mgr. Jaromír Chalupský, Ph.D
  • Pracoviště / Workplace: Fyzikální ústav a Ústav fyziky plazmatu AV ČR, v.v.i.
  • Kontakt / Contact: juha@fzu.cz
Osnova / Outline: 

Práce bude pojednávat o prvním evropském rentgenovém laseru s volnými elektrony European XFEL [1] uvedeném nedávno do provozu v Schenefeldu u Hamburku. V úvodní části textu bude osvětlen princip činnosti krátkovlnných laserů s volnými elektrony (free-electron laser - FEL) se zvláštním zřetelem k procesu SASE (Self Amplified Spontaneous Emission), viz např. [2-7]. V navazující části práce bude popsán laserový systém European XFEL, podány charakteristiky jednotlivých svazků a probrány pracovní (jinak také koncové – tzv. endstations) stanice (aktuálně se v Schenefeldu nazývají Scientific Instruments). Největší pozornost bude věnována stanici dedikované fyzice vysokých hustot energie (Scientific Instrument HED [8]). Student se zúčastní nejméně jedné experimentální kampaně v Schenefeldu. Bude se podílet na charakterizaci interakčních podmínek (přehled metod a technik viz [2]) při definované generaci prohřáté husté hmoty (WDM – warm dense matter [9,10]) volumetrickým ohřevem pevné fáze ultrakrátkými impulzy intenzivního rentgenového záření. Tento zvláštní stav hmoty - relativně chladné, ale velmi husté plazma - je důležitý pro astrofyziku, planetologii a inerciální fúzi.

Literatura / reference: 

1. The Technical Design Report (TDR) of the European XFEL je dostupný z WWW: xfel.desy.de/technical_information/tdr/tdr/
2. J. Chalupský: Charakterizace svazků rentgenových laserů různých typů, disertační práce, FJFI ČVUT, Praha 2012.
3. E. L. Saldin, E. A. Schneidmiller, M. E. Yurkov: The Physics of Free-Electron Lasers. Springer-Verlag, Berlin-Heidelberg-NY 2000. 
4. P. Schmüser, M. Dohlus, J. Rossbach, C. Behrens: Free-Electron Lasers in the Ultraviolet and X-ray Regime. 2nd Ed., Springer-Verlag, Heidelberg-New York-Dordrecht-London 2014. 
5. K. J. Kim, Z. Huang, R. Lindberg: Synchrotron Radiation and Free-Electron Lasers. Cambridge University Press, Cambridge 2017.
6. T. Burian, J. Chalupský, V. Hájková, P. Boháček, L. Juha: „LCLS (Linac Coherent Light Source) - hodnotný dar ke čtyřicátým narozeninám fyziky vysokých hustot energie“, Čs. čas. fyz. 59, 357 (2009). 
7. T. Burian, V. Hájková, L. Juha: „Japonský rentgenový laser s volnými elektrony prolomil ångströmovou bariéru,“ Čs. čas. fyz61, 252 (2011). 
8. Scientific Instrument HED, řada informací a materiálů o této pracovní stanici je dostupná z WWW: www.xfel.eu/facility/instruments/hed/index_eng.html
9. K. Jungwirth, M. Bittner, L. Juha, V. Kmetík, J. Kodymová, J. Krása, T. Mocek, O. Renner, K. Rohlena, B. Rus., P. Straka, J. Ullschmied: „Fyzika vysokých hustot energie“, Čs. čas. fyz. 55, 331 (2005). 
10. K. Falk: „Experimental methods for warm dense matter research“, High Power Laser Sci. Eng6, e59 (2018).