How does a short, interrupted recovery break affect performance and how is it assessed? A study on acute effects

A recovery process with optimal prerequisites, which is interrupted, is termed disrupted recovery. Whether this process has an influence on performance-related factors needs to be investigated. Therefore, the aim of this study was to examine how a short disturbance of a recovery phase is assessed and whether subsequent repeated sprint performance is affected by it. A quasi-experimental 2x2-factors cross-over design with 34 sport science undergraduate students (age 20.3 ± 2.1) was applied. Factors were the type of intervention (power nap vs. systematic breathing; between-subjects) and the experimental condition (disturbed vs. non-disturbed break; within-subjects). Repeated sprint performance was measured through 6x4 s sprint protocols (with 20 s breaks) before and after a 25 min recovery break on two test days. Subjective evaluation of the interventions was measured through the Short Recovery and Stress Scale and a manipulation check assessing whether participants experienced the recovery phase as efficacious and pleasant. Regarding the objective data, no significant difference between sprint performances in terms of average peak velocity (m/s) on the NMT was found. The manipulation check revealed that disturbed conditions were rated significantly lower than regular conditions in terms of appreciation, t(31) = 3.09, p = .01. Short disturbances of recovery do not seem to affect subsequent performance; nevertheless, participants assessed disturbed conditions more negative than regular conditions. In essence, the findings indicate a negligible role of short interruptions on an objective level. Subjectively, they affected the performance-related assessment of the participants and should be treated with caution

Urinary 1-Hydroxypyrene as a Biomarker of PAH Exposure in 3-Year-Old Ukrainian Children

Urinary 1-hydroxypyrene (1-OHP) is a biomarker of polycyclic aromatic hydrocarbon (PAH) exposure. We measured urinary 1-OHP in 48 children 3 years of age in Mariupol, Ukraine, who lived near a steel mill and coking facility and compared these with 1-OHP concentrations measured in 42 children of the same age living in the capital city of Kiev, Ukraine. Children living in Mariupol had significantly higher urinary 1-OHP and creatinine-adjusted urinary 1-OHP than did children living in Kiev (adjusted: 0.69 vs. 0.34 μmol/mol creatinine, p < 0.001; unadjusted: 0.42 vs. 0.30 ng/mL, p = 0.002). Combined, children in both cities exposed to environmental tobacco smoke in their homes had higher 1-OHP than did children not exposed (0.61 vs. 0.42 μmol/mol creatinine; p = 0.04; p = 0.07 after adjusting for city). In addition, no significant differences were seen with sex of the children. Our sample of children in Mariupol has the highest reported mean urinary 1-OHP concentrations in children studied to date, most likely due to their proximity to a large industrial point source of PAHs

Observation of ultrafast solid-density plasma dynamics using femtosecond X-ray pulses from a free-electron laser

The complex physics of the interaction between short pulse high intensity lasers and solids is so far hardly accessible by experiments. As a result of missing experimental capabilities to probe the complex electron dynamics and competing instabilities, this impedes the development of compact laser-based next generation secondary radiation sources, e.g. for tumor therapy [Bulanov2002,ledingham2007], laboratory-astrophysics [Remington1999,Bulanov2015], and fusion [Tabak2014]. At present, the fundamental plasma dynamics that occur at the nanometer and femtosecond scales during the laser-solid interaction can only be elucidated by simulations. Here we show experimentally that small angle X-ray scattering of femtosecond X-ray free-electron laser pulses facilitates new capabilities for direct in-situ characterization of intense short-pulse laser plasma interaction at solid density that allows simultaneous nanometer spatial and femtosecond temporal resolution, directly verifying numerical simulations of the electron density dynamics during the short pulse high intensity laser irradiation of a solid density target. For laser-driven grating targets, we measure the solid density plasma expansion and observe the generation of a transient grating structure in front of the pre-inscribed grating, due to plasma expansion, which is an hitherto unknown effect. We expect that our results will pave the way for novel time-resolved studies, guiding the development of future laser-driven particle and photon sources from solid targets

Observation of Ultrafast Solid-Density Plasma Dynamics Using Femtosecond X-Ray Pulses from a Free-Electron Laser

The complex physics of the interaction between short-pulse ultrahigh-intensity lasers and solids is so far difficult to access experimentally, and the development of compact laser-based next-generation secondary radiation sources, e.g., for tumor therapy, laboratory astrophysics, and fusion, is hindered by the lack of diagnostic capabilities to probe the complex electron dynamics and competing instabilities. At present, the fundamental plasma dynamics that occur at the nanometer and femtosecond scales during the laser-solid interaction can only be elucidated by simulations. Here we show experimentally that small-angle x-ray scattering of femtosecond x-ray free-electron laser pulses facilitates new capabilities for direct in situ characterization of intense short-pulse laser-plasma interactions at solid density that allows simultaneous nanometer spatial and femtosecond temporal resolution, directly verifying numerical simulations of the electron density dynamics during the short-pulse high-intensity laser irradiation of a solid density target. For laser-driven grating targets, we measure the solid density plasma expansion and observe the generation of a transient grating structure in front of the preinscribed grating, due to plasma expansion. The density maxima are interleaved, forming a double frequency grating in x-ray free-electron laser projection for a short time, which is a hitherto unknown effect. We expect that our results will pave the way for novel time-resolved studies, guiding the development of future laser-driven particle and photon sources from solid targets

Visualizing Ultrafast Kinetic Instabilities in Laser-Driven Solids using X-ray Scattering

Ultra-intense lasers that ionize and accelerate electrons in solids to near the speed of light can lead to kinetic instabilities that alter the laser absorption and subsequent electron transport, isochoric heating, and ion acceleration. These instabilities can be difficult to characterize, but a novel approach using X-ray scattering at keV energies allows for their visualization with femtosecond temporal resolution on the few nanometer mesoscale. Our experiments on laser-driven flat silicon membranes show the development of structure with a dominant scale of ~60\unit{nm} in the plane of the laser axis and laser polarization, and ~95\unit{nm} in the vertical direction with a growth rate faster than $0.1/\mathrm{fs}$. Combining the XFEL experiments with simulations provides a complete picture of the structural evolution of ultra-fast laser-induced instability development, indicating the excitation of surface plasmons and the growth of a new type of filamentation instability. These findings provide new insight into the ultra-fast instability processes in solids under extreme conditions at the nanometer level with important implications for inertial confinement fusion and laboratory astrophysics

Targets for high repetition rate laser facilities: Needs, challenges and perspectives

A number of laser facilities coming online all over the world promise the capability of high-power laser experiments with shot repetition rates between 1 and 10Ã\u82 Hz. Target availability and technical issues related to the interaction environment could become a bottleneck for the exploitation of such facilities. In this paper, we report on target needs for three different classes of experiments: Dynamic compression physics, electron transport and isochoric heating, and laser-driven particle and radiation sources. We also review some of the most challenging issues in target fabrication and high repetition rate operation. Finally, we discuss current target supply strategies and future perspectives to establish a sustainable target provision infrastructure for advanced laser facilities

Röntgenthomsonstreuung als Diagnostik dichter Plasmen

Die Untersuchung exotischer, instabiler Materiezustände ist eine zentrale Aufgabe der modernen Experimentalphysik. Diese Zustände treten auf der Erde selten auf, spielen aber eine wichtige Rolle bei verschiedenen astrophysikalischen Vorgängen und sind für Entwicklungen im Bereich der Trägheitsfusion von großer Bedeutung. In dieser Arbeit wurde das Verhalten von Materie bei hoher Dichte und moderater Temperatur untersucht. Hierzu wurde Röntgenthomsonstreuung bei zwei verschiedenen Experimenten als Diagnostik eingesetzt. Das erste Experiment behandelte die Dynamik des Zustandes von Lithiumfolien, die durch Laserpulse schockkomprimiert und geheizt wurden. Um eine möglichst homogene Kompression zu erreichen, kamen hierzu zwei Laserpulse zum Einsatz, die symmetrisch von beiden Seiten mit einer Intensität von 2.7*10^12 W/cm^2 und Pulsdauern von 4 ns auf Folien einer Dicke von 50 μm gelenkt wurden. Bei diesem Aufbau kann eine hohe Kompression erreicht werden, da sich, nach der Vorhersage hydrodynamischer Simulationen, die Schockwellen nach etwa 1.2 ns überlagern während sie noch durch die Heizlaser getrieben werden. Als Röntgenquelle für die Streudiagnostik wurde durch separate Laserpulse mit Pulsdauern von 1 ns ein Chlorplasma erzeugt, das Lyman-alpha-Strahlung mit einer Photonenenergie von 2.96 keV emittierte. Die gestreute Strahlung wurde unter einem Winkel von 120° von einem Röntgenspektrometer mit einem gekrümmten Reflektor aus hochorientiertem pyrolithischen Graphit in von Hamos Geometrie aufgenommen. Eine Variation des zeitlichen Abstands der Laserpulse ermöglichte es, die Dynamik der gemessenen Parameter zu bestimmen. Die Messungen ergaben Dichten im komprimierten Bereich von bis zu 1.3 g/cm^3 bei Temperaturen von 2.6 eV. Dies entspricht annähernd der dreifachen Festkörperdichte. Der Vergleich der Messergebnisse zu hydrodynamischen Simulationen zeigt die beste Übereinstimmung bei Verwendung der PROPACEOS-Zustandsgleichung für die Plasmaexpansion und dem QEOS-Modell für die Ionisationszustände. Im zweiten Experiment wurden die Eigenschaften von Kohlenstoff im Bereich des Schmelzpunktes untersucht. Hierzu wurde eine Graphitprobe mit der Festkörperdichte von 2.25 g/cm^3 durch ultrakurze, lasererzeugte Protonenstrahlen geheizt. Als Röntgenquelle diente die Helium-alpha-Linie eines Titanplasmas mit einer Photonenenergie von 4.75 keV, das durch einen zweiten Hochintensitätslaser erzeugt wurde. Die Emissionsdauer der Röntgenstrahlung lag in derselben Größenordnung wie die Laserpulsdauer von 18 ps. Damit waren sowohl die Dauer des Heizmechanismus als auch die diagnostische Wechselwirkungszeit deutlich kürzer als die Zeitskalen, auf denen eine hydrodynamische Expansion stattfindet. Durch das für lasererzeugte Protonenstrahlen typische exponentielle Energiespektrum ergab sich in der Probe ein ebenfalls exponentielles Temperaturprofil. Bei den erreichten Protonenenergien führte das zu einer teilweise geschmolzenen Probe. Der Vergleich der Streusignale verschieden stark geheizter und kalter Kohlenstoffproben erlaubte die Bestimmung des Anteils, der sich in der flüssigen Phase befindet. So konnten bis zu 70% der Probe in den flüssigen Zustand gebracht werden, was einer Masse von etwa 6 μg entspricht. Diese Daten wurden mit theoretischen Vorhersagen der SESAME-Zustandsgleichung sowie einer Zustandsgleichung verglichen, die aus ab-initio-Simulationen auf Basis der Dichtefunktionaltheorie gewonnen wurde. Es ergibt sich, dass SESAME eine gute Beschreibung liefert, solange der flüssige Anteil der Probe nicht überwiegt. Bei zunehmender Energiedeposition in der Probe wird die Abweichung dieses Modells so groß, dass insgesamt die Dichtefunktionaltheorie eine bessere Übereinstimmung mit den Ergebnissen zeigt

Bestimmung der Elektronendichte in lasererzeugten Plasmen mittels Laserinterferometrie

An der Gesellschaft fuer Schwerionenforschung in Darmstadt (GSI) wird in der Arbeitsgruppe Plasmaphysik die Wechselwirkung zwischen hochenergetischen Ionenstrahlen und dichten Plasmen untersucht. Als Plasma bezeichnet man ein Gas, in welchem ein Großteil der Elektronen nicht mehr an die Atomkerne gebunden ist und in dem Quasineutralitaet herrscht. Dabei zeigen die Teilchensorten ein kollektives Verhalten, das gegenueber Einzelteilcheneffekten dominiert. Viele Eigenschaften eines Plasmas aendern sich auf Zeitskalen im Nanosekundenbereich, so dass die charakteristischen Parameter Temperatur und Elektronendichte nicht ueber einfache Methoden zu bestimmen sind.Um die Wechselwirkung im Plasma beschreiben zu koennen, ist es aber notwendig, diese Parameter sehr genau zu kennen. Deshalb wurde im Rahmen dieser Arbeit ein Wollaston Interferometer aufgebaut, das es gestattet, die Elektronendichte ortsaufgeloest zu bestimmen. Anhand von Simulationsrechnungen konnten bereits im Vorfeld die benoetigten experimentellen Bedingungen ermittelt werden. So ließ sich der fuer die Fragestellungen optimale Aufbau bestimmen und planen. Dabei wurde insbesondere Wert auf eine gute Zeitschaerfe gelegt, um sicherzustellen, dass auch kurzlebige Effekte gemessen werden koennen. Ferner wurde ein Programm entwickelt, das eine automatische Auswertung der Messung und damit eine direkte Variation der experimentellen Parameter im Hinblick auf die Ergebnisse ermoeglicht.Fuer die Experimente wurde das Lasersystem nhelix verwendet, das im Rahmen dieser Arbeit erweitert und an die veraenderten Bedingungen angepasst wurde. So wurde ein zusaetzlicher Laseroszillator aufgebaut und in die Strahlfuehrung integriert. Des Weiteren wurden diverse Elemente zur Verbesserung des Strahlprofils implementiert. Das so modifizierte System liefert einen Laserpuls zur Plasmaerzeugung mit einer Ausgangsenergie von bis zu 100 J bei einer Pulsdauer von 14ns (FWHM) und einen weiteren Laserpuls mit 130 mJ und einer Pulslaenge von 500 ps, der fuer die Interferometrie eingesetzt wurde. In diesen Experimenten konnten Elektronendichten von bis zu 4 × 1019cm−3 aufgeloest werden. Durch eine variable Einstellung der Verzoegerung zwischen Interferometrielaserpuls und plasmaerzeugendem Laserpuls wurde die raeumliche Verteilung der Elektronendichte zu verschiedenen Zeitpunkten der Plasmaexpansion gemessen. Dies ermoeglicht eine Analyse die zeitliche Entwicklung vor dem Hintergrund bekannter Plasmaexpansionsmodelle

The High Energy Density science instrument at the European XFEL, Hamburg, Germany: a new platform for shock compression research

Free-electron laser facilities enable new applications in the field of high-pressure research including geo- and planetary sciences. At the European X-ray Free Electron Laser (XFEL) in Hamburg, one of the six baseline instruments is dedicated to High Energy Density Science (HED). A 100 J optical laser with nanosecond pulse duration, high repetition rate and pulse shaping option will be integrated at this instrument, which will allow to shock compressing matter to very high internal pressures of up to 1 TPa and to off-Hugoniot states at lower pressures with ramped compression. This will enable to mimic conditions similar to the interior of Saturn, Neptune, Uranus, Earth and Venus. The extreme states of matter can then be probed with the FEL X-ray source. At European XFEL hard X-rays with photon energies of up to 25 keV will be available. At the HED instrument, several X-ray techniques will be realized to probe the samples such as X-ray diffraction, X-ray imaging and spectroscopy including XANES. The high intensity and time structure of the FEL beam will enable time-resolved pump-probe studies of the samples generated during dynamic compression. The envisaged instrument time resolution is in the range of a few 10s fs which is well below the time scales of phase transitions. In addition, the high brilliance and coherence of the FEL radiation will allow spatially resolved studies. The HED instrument is currently in its detailed design phase and first user operation is foreseen for late 2017. In this contribution, we will present the capabilities of the HED instrument with respect to geo- and planetary sciences, compare this to state-of-the-art in-situ techniques and will show planned first experiments of this instrument