Tesis:
Density effects in femtosecond electron dynamics in plasmas generated by X-ray free electron lasers
- Autor: VÁZQUEZ FERNÁNDEZ-TELLO, Elisa A.
- Título: Density effects in femtosecond electron dynamics in plasmas generated by X-ray free electron lasers
- Fecha: 2022
- Materia: Sin materia definida
- Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS INDUSTRIALES
- Departamentos: INGENIERIA ENERGETICA
- Acceso electrónico: https://oa.upm.es/70156/
- Director/a 1º: VELARDE MAYOL, Pedro
- Director/a 2º: COTELO FERREIRO, Manuel
- Resumen: Recent developments in plasma experimental research have opened exciting new avenues in the study of laser-produced plasmas under extreme conditions, thanks to the advent of the latest 4th generation of free-electron lasers (FEL) light sources. A proper description of these plasmas is essential but very challenging. The work presented here explores the non-equilibrium and high-density effects in the evolution of femtosecond-laser-produced plasmas, whose initial state may be arbitrarily far from equilibrium. To model these plasmas, the BIGBART code is used. This is a non-thermal time-dependent collisional radiative (CR) code, in which the density and temperature are computed self-consistently, according to atomic processes that take place in the plasma. The CR code is coupled to the inhomogeneous, isotropic Fokker-Planck equation to analyse the femtosecond electron dynamics of the free electron distribution, since they do not thermalize instantaneously. Non-Maxwellian electron distributions are typically short-lived, because they are driven to thermal equilibrium through collisions, and are seldom static since an energy transfer must occur to sustain them. As a consequence, studying the time evolution of non-Maxwellian free electron distributions is very complicated insofar as conventional approaches of plasma physics are not suitable. The main goal is to be able to study the evolution of plasmas generated in the interaction of XFEL light sources with matter, regardless the material of the sample and the level of degeneracy. This may provide an important insight into the physics of dense plasmas. ----------RESUMEN---------- En los últimos años, el gran desarrollo que han sufrido los láseres de rayos X de electrones libres (XFEL), ha permitido la creación e investigación de plasmas de alta densidad de energía (HED), es decir, de materia en condidiones extremas. Una descripción adecuada de estos plasmas es importante pero muy complicada. El trabajo que aquí se presenta explora los efectos de no equilibrio y alta densidad en la evolución de plasmas producidos por láseres de femtosegundo, cuyo estado inicial puede estar arbitrariamente lejos del equilibrio. Para modelar estos plasmas se utiliza el código BIGBART. Éste es un código colisional radiativo (CR) dependiente del tiempo, en el que la densidad y la temperatura se calculan de manera autoconsistente, de acuerdo con los procesos atómicos que tienen lugar en el plasma. El código CR está acoplado a un código Fokker-Planck no homogéneo e isotrópico para analizar la dinámica electrónica de femtosegundos de la distribución de electrones libres, ya que estos no termalizan instantáneamente. Las distribuciones de electrones no Maxwellianas son típicamente de corta duración, debido a que alcanzan el equilibrio térmico a través de colisiones y rara vez son estáticas ya que debe ocurrir una transferencia de energía para mantenerlas. Como consecuencia, estudiar la evolución temporal de las distribuciones de electrones libres no Maxwellianas es muy complicado ya que los modelos clásicos de física de plasmas no son válidos. El objetivo principal de esta tesis es poder estudiar la evolución de los plasmas generados en la interacción de XFEL con la materia, independientemente de la estructura atómica del material y del nivel de degeneración, lo cual podría proporcionar una contribución importante para la física de los WDM y HDM plasmas.