Laseracceleration av joner

Laseracceleration av joner  är processen att accelerera en jonstråle med hjälp av superstark laserstrålning . Vanligtvis utförs accelerationsprocessen när ett fast mål bestrålas, men det finns också scheman för jonacceleration i gasmål . De mest lovande systemen anses vara acceleration av ett ytskikt av uppvärmda elektroner och lätt tryck. Med hjälp av laserstrålning erhölls joner med energier upp till 55 MeV .

Ytskiktsacceleration av uppvärmda elektroner

Laseraccelererade joner observerades först experimentellt 1999 vid Nova laseranläggning vid Livermore National Laboratory . När ett fast mål bestrålades med en laserpuls med en intensitet på 10 20 W/cm² från baksidan av målet observerades generering av energiska joner med en kvasi-termisk energispridning med en maximal energi på cirka 55 MeV [1] .

Detta fenomen förklarades av mekanismen för den så kallade accelerationen av ytskiktet av uppvärmda elektroner. Dess essens ligger i det faktum att en laserpuls, när den interagerar med ett mål, joniserar dess substans med bildandet av en högdensitetsplasma . I detta fall värms elektronerna i den bildade plasman till relativistiska temperaturer , åtföljd av expansionen av det bildade elektronmolnet långt bortom målet. Expansionen leder till uppkomsten av ett elektrostatiskt laddningsseparationsfält, vilket i sin tur accelererar jonerna.

För att erhålla kvasi-monoenergetiska spektra av accelererade joner, föreslogs det att använda sammansatta mål, som är tunna folier av en tungmetall ( guld , platina , etc.) med ett ultratunt lager av lätta atomer avsatta på ytan - väte eller kol . Under interaktionen förblir tunga joner praktiskt taget orörliga, medan lättare joner effektivt accelereras och bildar en jonstråle med ungefär lika energi.

Acceleration med lätt tryck

Ett alternativt accelerationsschema är lätttrycksacceleration [2] . Dess idé är att när en ultratunn (ca 10 nm ) folie bestående av lätta element (till exempel väte och/eller kol) bestrålas, kan det lätta trycket som utövas av fokuserade laserpulser med en effekt på mer än 10 TW vara tillräckligt för att effektivt accelerera målet som helhet. Denna metod, som föreslogs 2004 [3] , implementerades experimentellt först 2009 . Ett experiment utfört vid Max Born Institute använde en högkontrast 20 TW laserpuls för att bestråla kolfilmer med en tjocklek från 2,9 nm till 40 nm . Det optimala resultatet erhölls för en film 5,3 nm tjock: sexladdade koljoner registrerades, som hade en energi på cirka 30 MeV [4] .

Se även

Anteckningar

  1. ↑ S. P. Hatchett et al. Elektron-, foton- och jonstrålar från den relativistiska interaktionen mellan Petawatt-laserpulser med fasta mål   // Phys . Plasma . - 2000. - Vol. 7 . — S. 2076 .
  2. ↑ Andrea Macchi. Teori om lätta segelacceleration av intensiva lasrar: en översikt  // High Power Laser Science and Engineering  . - 2014. - Vol. 2 . —P.e10 . _ - doi : 10.1017/hpl.2014.13 . - arXiv : 1403.6273 .
  3. ↑ T. Esirkepov , M. Borghesi, S.V. Bulanov, G. Mourou , T. Tajima. Mycket effektiv Relativistisk-jongenerering i laser-kolvregimen   // Fysisk . Varv. Lett. . - 2004. - Vol. 92 . — S. 175003 .
  4. ↑ A. Henig et al. Strålningstryckacceleration av jonstrålar som drivs av cirkulärt polariserade laserpulser   // Phys . Varv. Lett. . - 2009. - Vol. 103 . — S. 245003 .

Litteratur

Vetenskaplig

Populärvetenskap