Publikationsrepositorium - Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf

Die Wechselwirkung extrem intensiver kurzer Laserpulse mit Festkörpern verspricht einige interessante Anwendungen und Einsichten in grundlegende Plasmaphysik. Eine Anwendung besteht darin, schnelle, durch die Laser-Plasmawechselwirkung erzeugte Ionen z. B. zur schonenderen und zielgerichteteren Behandlung von Krebspatienten zu nutzen als das mit klassischer Photonen-Strahlentherapie möglich wäre. Während die Ergebnisse der Wechselwirkung, nämlich die Ionenstrahlen, experimentell leicht untersuchbar sind, bleibt die Wechselwirkung selbst auf Grund der sehr kurzen Zeit- und Raumskalen und der Undurchdringlichkeit von Festkörpern für sichtbares Licht nur für Computersimulationen zugängig. Röntgenstreuexperimente werden als mögliche Lösung gesehen. Allerdings wird die Streuung der zur Beobachtung eingesetzten Röntgenstrahlen bislang hauptsächlich durch Fouriertransformationen angenähert, was insbesondere bei Mehrfachstreuung und zeitveränderlichen Dichten und Laserprofilen nicht mehr hinreichend ist. Im Rahmen dieser Arbeit wird eine Softwarelösung entwickelt, in der Propagation und Streuung der Röntgenstrahlung in einer Probe mit Monte-Carlo-Methoden simuliert werden und dadurch prinzipiell die vollen physikalischen Elementarprozesse berücksichtigt werden können. Durch die Nutzung von GPUs und einen skalierbaren Ansatz auf Basis der Bibliothek libPMacc können auch große Volumina verarbeitet werden. Da die numerische Genauigkeit eine große Rolle bei der Auswahl der Datentypen spielt, die wiederum die Geschwindigkeit beeinflusst, wird diese näher betrachtet. Anhand dieser Analyse werden die jeweils geeignetsten Lösungen vorgestellt und implementiert.