Аннотация: На пикосекундной лазерной установке исследована генерация релятивистских электронных пучков в пустотелых стеклянных капиллярах. Плазменная среда внутри капилляра формировалась в результате абляции его внутренних стенок под действием специально сформированного предымпульса. В экспериментах зарегистрированы пучки электронов с углом раствора ~40 мрад, экспоненциальным энергетическим спектром с максимальной энергией около 20 МэВ и суммарным зарядом в пучке ~0.2 нКл.

Ключевые слова: пикосекундный лазерный импульс, предымпульс, пустотелый капилляр, релятивистские электроны, электронный магнитный спектрометр.

Поступила в редакцию: 13.07.2021

Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2021, 51:9, 846–849

Аннотация: Исследован процесс многостадийного ускорения поляризованных электронов в кильватерном поле релятивистского фемтосекундного лазерного импульса. Продемонстрирован основной механизм роста эмиттанса бесконечно короткого пучка электронов при умеренно нелинейном режиме лазерно-плазменного ускорения. Определены основные условия подбора начальных параметров сгустка электронов, позволяющие минимизировать перемешивание фаз бетатронных колебаний частиц в срезе пучка и рост эмиттанса в процессе ускорения. Изучен метод плавного ввода электронного сгустка в ускорительную стадию и плавного вывода его из нее, позволяющий сохранить основные характеристики пучка, такие как эмиттанс и поляризация, для дальнейшей транспортировки и ускорения частиц. Проведено исследование влияния силы радиационного трения и механизма радиационной поляризации на процесс деполяризации частиц при ускорении до энергий ~4 ТэВ в модельных полях, характерных для умеренно нелинейного и сильно нелинейного режимов лазерно-плазменного ускорения.

Ключевые слова: радиационная поляризация, прецессия спина, лазерно-плазменное ускорение, многостадийное ускорение, динамика эмиттанса.

Аннотация: Аналитическими методами исследованы свойства кильватерной волны, возбуждаемой релятивистским лазерным импульсом при прохождении через размытую границу однородной плазмы. Установлено, что на плато плотности плазмы вблизи ее границы кильватерная волна не является регулярной и ее фазовая скорость зависит от пространственной координаты. Показано, что процесс опрокидывания кильватерной волны является пороговым по энергии осцилляции электронов; определено влияние параметров переходного слоя на процесс опрокидывания кильватерной волны.

Ключевые слова: лазерный импульс, кильватерная волна, фазовая скорость, осцилляции электронов, неоднородная плазма.

Аннотация: Проведено обсуждение влияния радиационного трения и квантового отклика на параметры гамма-гребенки с узкими спектральными пиками, возникающей при использовании лазерных импульсов с зависящей от времени поляризацией, что значительно уменьшает пондеромоторное уширение гармоник. Приведено детальное численное исследование влияния неидеальности электронного пучка на наблюдаемость эффекта.

Ключевые слова: рассеяние Комптона, рассеяние Томсона, метод поляризационного окна, генерация гармоник, гамма-излучение, пондеромоторное уширение.

Поступила в редакцию: 05.07.2021

Англоязычная версия:
Quantum Electronics, 2021, 51:9, 812–818

Аннотация: Исследовано излучение быстрых электронов, возникающее при многократной туннельной ионизации тяжелых атомов в фокусе импульса лазерного излучения экстремальной интенсивности, превышающей 10²² Вт/см². Показано, что в широком диапазоне углов вид спектрально-углового распределения испущенных фотонов качественно определяется соотношениями, известными из теории синхротронного излучения. Выполнены оценки зависимости числа излучаемых фотонов и их характерной частоты от параметров лазерного импульса. Полученные результаты могут быть использованы для определения максимального значения интенсивности лазерного излучения в фокусе.

Ключевые слова: сильное лазерное поле, туннельная ионизация, синхротронное излучение, мощные лазеры.

Аннотация: Лазерные мишени с микрополостями в последнее время активно исследуются, в том числе с целью генерации сверхсильных электромагнитных полей. Под действием лазерного излучения в мишени образуются потоки ионов, сходящиеся к центру микрополости. В центральной области плотность ионов может в несколько раз превышать плотность мишени, приводя к генерации экстремально сильного электрического поля и высокоэнергетических ионов. С помощью PIC-моделирования исследована динамика электронов мишени с учетом эффектов квантовой электродинамики (КЭД) и развития КЭД-каскада в области сильного поля. Показано, что рост электронной температуры приводит к существенно более эффективному образованию электрон-позитронных пар. Проанализирован вклад тормозного излучения в генерацию фотонов в центральной области микрополости. Обнаружено, что вклад тормозного излучения несущественен по сравнению с синхротронным механизмом излучения электронов в коллективном поле ионов.

Ключевые слова: лазерные импульсы, взаимодействие лазерного излучения с веществом, квантовая электродинамика, электрон-позитронные пары.

Аннотация: Рассмотрено влияние неизбежно присутствующего в экспериментах преплазменного слоя на ускорение электронов и ионов при взаимодействии фемтосекундного лазерного импульса релятивистской интенсивности с плотной плазмой. Выделены режимы взаимодействия, в которых наличие такого слоя позволяет существенно увеличить средние и максимальные энергии электронов. Обсуждены режимы, в которых с использованием искусственного наносекундного предымпульса удаётся сформировать коллимированный электронный пучок с большим зарядом и средней энергией до 10 пондеромоторных энергий в направлении отражённого или падающего лазерного пучка. Показано, что ускорение ионов, как правило, требует сверхвысокого контраста лазерного импульса, поскольку параметры ускоряемых ионных пучков существенно ухудшаются при наличии преплазмы либо вследствие испарения тонкоплёночной мишени. Обсуждены также режимы взаимодействия лазерных импульсов с толстыми мишенями, в которых за счёт очистки поверхности предымпульсом удаётся ускорить тяжёлые многозарядные ионы. Существенная часть обзора посвящена взаимодействию излучения с микро- и наноструктурированными мишенями. Рассмотрены как методы их создания, так и вопросы, связанные с взаимодействием с такими структурами фемтосекундного лазерного импульса и с его контрастом.

Ключевые слова: фемтосекундные лазерные импульсы, контраст, предымпульс, релятивистская интенсивность, ускорение электронов и ионов, наноструктуры, микроструктуры.