Генерация гамма-излучения субтераваттным сверхкоротким лазерным импульсом: оптимизация преплазмы и длительности импульса

Аннотация: Экспериментально и численно исследовано ускорение электронов в плазме при взаимодействии с субтераваттным лазерным импульсом (интенсивность излучения ~3 × 10¹⁸ Вт/см² при длительности импульса 50 фс). Преплазменный слой на поверхности молибденовой мишени создавался дополнительным лазерным импульсом длительностью 8 нс и интенсивностью ~2 × 10¹² Вт/см². Показано, что увеличение длительности лазерного импульса до 1700 фс при неизменной энергии (и пропорциональном уменьшении интенсивности) приводит к повышению выхода тормозного γ-излучения более чем на порядок при опережении наносекундным импульсом фемтосекундного на 15–25 нс. На основе данных интерферометрии, диагностики оптического и γ-излучения плазмы продемонстрирована существенная роль столкновительной ионизации атомов электронами, осциллирующими в поле такого лазерного импульса, в формировании профиля электронной концентрации. Определена чувствительность описываемого эффекта к уровню усиленной спонтанной люминесценции, несмотря на воздействие наносекундного импульса. Численное моделирование показало, что при большой длительности импульса к ускорению электронов приводит опрокидывание плазменных волн, возбуждаемых в ходе вынужденного комбинационного рассеяния лазерного излучения.

Ключевые слова: субрелятивистская интенсивность, преплазма, контраст, усиленная спонтанная люминесценция, лазерная плазма, ускорение электронов, столкновительная ионизация