Detection of Inverse Compton Scattering in Plasma Wakefield Experiments

Inverse Compton Streuung (ICS) ist ein Streuprozess zwischen Photon und Elektron, beidem ein Teil der Elektronenenergie auf das Photon uebertragen wird. In Kombinationmit Plasma-Wake eld-Beschleunigung (PWA), ist ICS eine kompakte Methode um-Strahlung zu erzeugen.Im Rahmen des FLASHForward Projektes bei DESY kann in PWA ExperimentenICS Strahlung produziert werden. Diese Strahlung wurde mit Hilfe eines ICS Simulation-scodes, basierend auf den Ergebnissen von particle-in-cell Simulationen unter-sucht. Fuer eine Vielzahl experimenteller Gegebenheiten wurde die Moeglichkeit untersucht,aus der Messung der-Strahlung auf Elektronenbunch-Eigenschaften zurueckzuschliessen.Die Voraussetzungen, unter denen Informationen ueber die Elektronendivergenz, das Elek-tronenspektrum und longitudinale Eigenschaften aus Messungen der ICS Strahlung beiFLASHForward gewonnen werden koennen werden hier vorgestellt.In Anlehnung an andere ICS Experimente ist fuer Messungen des ICS Strahlpro lsbei FLASHForward ein CsI(Tl) Szintillatorarray ausgesucht worden. Fuer die Messungdes ICS Spektrums, wurde ein experimenteller Test eines Compton Spektrometers amRAL durchgefuehrt. Dabei ist herausgekommen, dass dieses sich fuer Messungen des ICSSpektrums bei FLASHForward eignet. Allerdings sind Anpassungen noetig, um das Spek-trometer auch mit Paarproduktion betreiben zu koennen. Zudem waeren genauere Unter-suchungen mit Hilfe vonGeant4erforderlich, um das Spektrum aus den Messungenzu rekonstruieren.Aus den hier durchgefuehrten Untersuchungen geht hervor, dass ICS eine vielver-sprechende Methode bietet, Elektronenstrahlen aus PWA Experimenten genauer zuanalysieren.Inverse Compton scattering (ICS) is the process of scattering of photons and electrons,where the photons gain a part of the electrons energy. In combination with plasmawake eld acceleration (PWA), ICS o ers a compact MeV-ray source.A numerical study of ICS radiation produced in PWA experiments at FLASHForwardwas performed, using an ICS simulation code and the results from particle-in-cellmodelling. The possibility of determining electron beam properties from measure-ments of the-ray source was explored for a wide range of experimental conditions. Itwas found that information about the electron divergence, the electron spectrum and lon-gitudinal information can be obtained from measurements of the ICS beams for somecases.For the measurement of the ICS pro le at FLASHForward, a CsI(Tl) scintillator arraywas chosen, similar to scintillators used in other ICS experiments. To nd a suitabledetector for spectrum measurements, an experimental test of a Compton spectrometerat the RAL was conducted. This test showed that a similar spectrometer could also beused at FLASHForward. However, changes to the spectrometer could be needed in orderto use the pair production e ect. In addition, further studies usingGeant4couldlead to a better reconstruction of the obtained data.The studies presented here show that ICS is a promising method to analyse electronparameters from PWA experiments in further detail.