Лазерное ускорение ионов с использованием мишеней низкой плотности

Аннотация: Рассмотрена возможность получения все еще недостижимых энергий лазерно-ускоренных ионов уровня субГэВ на нуклон, необходимых для ряда практических приложений, при использовании короткоимпульсного излучения лазера нового поколения XCELS. Для ускорения ионов до таких энергий предлагается применять низкоплотные мишени, получаемые, например, в результате предшествующего облучения твердотельной фольги дополнительным, более длинным лазерным импульсом. Использование мишеней с контролируемой преплазмой на фронтальной стороне позволяет значительно повысить эффективность нагрева электронов и последующего ускорения ионов полем разделения заряда с тыльной стороны мишени. Такой, в целом классический, механизм ускорения сравнивается с недавно предложенным механизмом синхронизованного ускорения ионов «медленным» светом. Проведенное PIC-моделирование лазерного ускорения протонов дополнено гидродинамическими расчетами для поиска оптимального профиля преплазмы, позволяющего наиболее эффективно генерировать высокоэнергетические частицы. Показана возможность получения большого числа протонов с энергиями порядка 1 ГэВ.

Ключевые слова: лазерная установка XCELS, петаваттный уровень энергии, лазерное ускорение ионов, лазерные мишени.