Laserová akcelerace iontů

Laserová akcelerace iontů  je proces urychlení iontového paprsku pomocí supersilného laserového záření. Obvykle se proces urychlení provádí při ozařování pevného terče, ale existují také schémata pro urychlení iontů v plynových terčích. Za nejslibnější schémata se považuje urychlení povrchovou vrstvou zahřátých elektronů a lehkým tlakem. Pomocí laserového záření byly získány ionty s energiemi až 55 MeV .

Zrychlení povrchové vrstvy zahřátých elektronů

Laserem urychlené ionty byly poprvé experimentálně pozorovány v roce 1999 v laserovém zařízení Nova v Livermore National Laboratory . Když byl pevný terč ozářen laserovým pulzem o intenzitě 10 20 W/cm² ze zadní strany terče, byla pozorována tvorba energetických iontů s kvazitermálním šířením energie s maximální energií asi 55 MeV. [1] .

Tento jev byl vysvětlen mechanismem tzv. urychlování povrchovou vrstvou zahřátých elektronů. Jeho podstata spočívá v tom, že laserový puls při interakci s cílem ionizuje jeho látku za vzniku plazmy o vysoké hustotě . V tomto případě jsou elektrony vytvořeného plazmatu zahřívány na relativistické teploty , doprovázené expanzí vytvořeného elektronového mraku daleko za cíl. Expanze vede ke vzniku elektrostatického nábojového separačního pole, které zase urychluje ionty.

Pro získání kvazi-monoenergetických spekter urychlených iontů bylo navrženo použít kompozitní terče, což jsou tenké fólie z těžkého kovu ( zlato , platina atd.) s ultratenkou vrstvou lehkých atomů uložených na povrchu - vodíku nebo uhlíku . Během interakce zůstávají těžké ionty prakticky nehybné, zatímco lehčí jsou účinně urychlovány a vytvářejí iontový paprsek přibližně stejné energie.

Zrychlení lehkým tlakem

Alternativním schématem zrychlení je lehké tlakové zrychlení [2] . Jeho myšlenkou je, že když je ozářena ultratenká (asi 10 nm ) fólie sestávající z lehkých prvků (například vodíku a/nebo uhlíku), tlak světla vyvíjený zaostřenými laserovými pulzy o síle více než 10 TW může být dostatečný k tomu, aby efektivně urychlit cíl.jako celek. Tato metoda navržená v roce 2004 [3] , byla experimentálně implementována až v roce 2009 . Experiment provedený v Institutu Maxe Borna použil vysoce kontrastní laserový puls 20 TW k ozařování uhlíkových filmů o tloušťce od 2,9 nm do 40 nm. Optimální výsledek byl získán pro film o tloušťce 5,3 nm: byly registrovány šestinabité uhlíkové ionty, které měly energii asi 30 MeV [4] .

Viz také

Poznámky

  1. ↑ S. P. Hatchett a kol. Elektronové, fotonové a iontové paprsky z relativistické interakce Petawattových laserových pulsů s pevnými cíli   // Phys . Plazma . - 2000. - Sv. 7 . — S. 2076 .
  2. ↑ Andrea Macchi. Teorie zrychlení světelné plachty intenzivními lasery: přehled  // Věda a inženýrství vysoce výkonných laserů  . - 2014. - Sv. 2 . —P.e10 . _ - doi : 10.1017/hpl.13.2014 . - arXiv : 1403.6273 .
  3. ↑ T. Esirkepov , M. Borghesi, S. V. Bulanov, G. Mourou , T. Tajima. Vysoce účinná relativistická generace iontů v režimu laserových pístů   // Phys . Rev. Lett. . - 2004. - Sv. 92 . — S. 175003 .
  4. ↑ A. Henig a kol. Radiačně-tlakové zrychlení iontových paprsků poháněných kruhově polarizovanými laserovými pulzy   // Phys . Rev. Lett. . - 2009. - Sv. 103 . — S. 245003 .

Literatura

Vědecké

Populární věda