Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät

Institut für Physik

Fachgebiet: Theoretische Physik

Betreuer: Prof. Dr. Gerd Roepke



Carsten Fortmann
(e-mail: carsten.fortmann@uni-rostock.de )

Bremsstrahlung in Dense Plasmas: A Many-Body Theoretical Approach

Bremsstrahlung ist ein fundamentaler Prozess der Licht-Materie Wechselwirkung. Sie bezeichnet die Strahlungsemission waehrend der Streuung von geladenen Teilchen. Bremsstrahlungsspektroskopie an Plasmen ermoeglicht die genaue Bestimmung wichtiger Plasmaparameter. In dichten Plasmen kommt es infolge von Vielteilcheneffekten zu einer Modifizierung des Emissionsspektrums. Beispiele hierfuer sind die Abschirmung des Streupotentials und wiederholte Teilchenstoesse waehrend des Emissionsvorgangs. Diese fuehren zu einer Absenkung des Bremsstrahlungsspektrums bei kleinen Photonenenergien. Die in dieser Arbeit vorgestellte vielteilchentheoretische Beschreibung von Bremsstrahlung erlaubt die systematische Darstellung des Einflusses von statischen und dynamischen Korrelationen auf das Emissions und Absorptionsspektrum. In diesem Formalismus sind die Korrelationen in der Einteilchen-Selbstenergie enthalten, die die endliche Lebensdauer von Einteilchenzustaenden im Medium beschreibt. Die Berechnung der Selbstenergie geschieht mithilfe der GW0-Methode, wodurch ueber die Mean-Field Naeherung hinausgegangen wird. Vorher unbekannte Resultate fuer die GW0-Selbstenergie in einem nichtentarteten Plasma werden praesentiert. Ergebnisse zur Modifikation der Bremsstrahlung im Medium werden in Form des Gauntfaktors angegeben.

Bremsstrahlung is a fundamental process of light-matter interaction, denoting the emission of radiation during the collision of charged particles. Spectroscopy of bremsstrahlung emission from a plasma allows for the precise determination of important plasma parameters. In dense plasmas, the bremsstrahlung emission spectrum is modified due to many-particle effects. Examples are the screening of the scattering potential and multiple scattering during the photon emission, which lead to a suppression of bremsstrahlung emission at small photon energies. The many-particle theoretical approach to bremsstrahlung, presented in this work, allows for a systematic description of the impact of static and dynamic correlations on the emission and absorption spectrum. Within this formalism, correlations are contained in the single-particle self-energy, which describes the finite life-time of single-particle states in the medium. The self-energy is calculated beyond the mean field approximation using the so-called GW0 method. Novel analytic results for the GW0 self-energy in a non-degenerate plasma are presented. Results for the modification of bremsstrahlung are given in terms of the Gaunt factor.