Ziel dieser Arbeit war die Erzeugung eines geeigneten Ionenstrahls für spezifische Anwendungen mit einer lasergetriebenen Ionenstrahlführung, welche im Rahmen der Laser Ion Generation Handling and Transport (LIGHT) Kollaboration an der GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH realisiert wurde. Zu diesem Zweck ist zunächst der Einfluss der Strahlformung auf die initialen Eigenschaften des lasergenerierten Ionenstrahls detailliert charakterisiert worden. Außerdem wurden Gleichungen hergeleitet, mit denen die erforderlichen magnetischen und elektrischen Feldstärken der Strahlführungskomponenten für die zu untersuchenden Anwendungen berechnet werden können. Mit diesen Erkenntnissen ist dann der optimale Aufbau der LIGHT Strahlführung für die folgenden drei Anwendungen ermittelt worden:

• Die Injektion des Ionenstrahls in das Schwerionensynchrotron SIS18 der GSI

• Die Erzeugung und Untersuchung von hohen Protonenflüssen

• Die Erzeugung eines geeigneten Ionenstrahls für die Messung des Bremsvermögens von dichten, hochionisierten Plasmen

Anschließend wurden die zu erwartenden Strahlparameter für diese Aufbauten durch numerische Simulationen bestimmt und experimentell überprüft. Nach den numerischen Simulationen können mit dem derzeitigen Aufbau der LIGHT Strahlführung 3 × 10⁸ Protonen mit einer Energie von 11,4 MeV in das Synchrotron SIS18 der GSI in einem Schuss injiziert werden. Da das Synchrotron mehr als 10¹⁰ Protonen aufnehmen kann, wurden auch Vorschläge zur Erhöhung der Teilchenzahl für diese Anwendung ausgearbeitet. Im Hinblick auf die Erzeugung von hohen Protonenflüssen wurde in einer experimentellen Kampagne, die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführt wurde, ein Protonenbündel mit (7,72 ± 0,14) MeV und einem Teilchenfluss von (3.28 ± 0.24) × 10⁸ ns⁻¹ mm⁻² erzeugt. Besonders hervorzuheben ist dabei die zeitliche Breite dieses Protonenbündels, die nur (742 ± 40) ps (FWHM) betrug. Außerdem ergaben die entsprechenden Simulationen zu diesem Experiment, dass das kreuzförmige Ionenstrahlprofil in gepulsten Hochfeld-Solenoid-Strahlführungen, welches auf dem Titelbild dieser Arbeit abgebildet ist, durch das Magnetfeld der Anschlusskabel der Solenoid-Magnete verursacht wird. Diese Ergebnisse sind in [Metternich et al., 2022] veröffentlicht worden. Schließlich wurde die Erzeugung eines geeigneten Ionenstrahls für die Messung des Bremsvermögens von dichten, hochionisierten Plasmen untersucht und experimentell mit der LIGHT Strahlführung durchgeführt. Der resultierende Ionenstrahl hatte eine Energie von (0,60 ± 0,02) MeV u⁻¹ und eine zeitliche Breite von (1,23 ± 0,04) ns (FWHM). Darüber hinaus konnte abgeschätzt werden, dass (2,0 ± 0,6) × 10⁶ Kohlenstoffionen dieses Bündels im geplanten Experiment den räumlich homogenen Bereich des zu untersuchenden Plasmas durchdringen werden, also drei Größenordnungen mehr Teilchen als bei vorherigen Messungen an der GSI bei einer vergleichsweise fast fünfmal kürzeren zeitlichen Bündelbreite. Die Messung des Bremsvermögens von dichten, hochionisierten Plasmen mit den in dieser Arbeit erreichten Strahlparametern sollte daher zu wesentlich geringeren Messunsicherheiten führen als bei den bisher durchgeführten Experimenten.