Cumulation and acceleration of ions by TW femtosecond laser pulse
A new method of ion cumulation and acceleration at three-dimensional compression of plasma in the ”light trap” created in the focal region of the high-power femtosecond laser is theoretically studied. The ”light trap” is formed by delay in time of the central part of the laser pulse being focused....
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Datum: | 2004 |
| Hauptverfasser: | , , , , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | English |
| Veröffentlicht: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2004
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/78482 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Cumulation and acceleration of ions by TW femtosecond laser pulse / V.A. Balakirev, A.N. Dovbnya, A.M. Yegorov, M.A. Krasnogolovets, I.N. Onishchenko, N.I. Onishchenko, A.I. Povrozin, V.I. Pristupa // Вопросы атомной науки и техники. — 2004. — № 1. — С. 41-44. — Бібліогр.: 15 назв. — англ. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-78482 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Balakirev, V.A. Dovbnya, A.N. Yegorov, A.M. Krasnogolovets, M.A. Onishchenko, I.N. Onishchenko, N.I. Povrozin, A.I. Pristupa, V.I. 2015-03-18T14:16:38Z 2015-03-18T14:16:38Z 2004 Cumulation and acceleration of ions by TW femtosecond laser pulse / V.A. Balakirev, A.N. Dovbnya, A.M. Yegorov, M.A. Krasnogolovets, I.N. Onishchenko, N.I. Onishchenko, A.I. Povrozin, V.I. Pristupa // Вопросы атомной науки и техники. — 2004. — № 1. — С. 41-44. — Бібліогр.: 15 назв. — англ. 1562-6016 PACS: 29.27.-a https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/78482 A new method of ion cumulation and acceleration at three-dimensional compression of plasma in the ”light trap” created in the focal region of the high-power femtosecond laser is theoretically studied. The ”light trap” is formed by delay in time of the central part of the laser pulse being focused. The cumulation degree and maximum energy of acceleration ions depending on values of the high-power femtosecond laser pulse have been investigated by numerical methods. Physical mechanisms of ion density and energy increase in the paraxial plasma zone have been discussed. The proposed method of ion cumulation and acceleration allows one to create compact bright sources of fast neutrons, nuclei for x-ray and gamma lasers, and also provides the unique possibilities of nuclear reaction initiation and isotope production. Теоретично досліджен новий метод прискорення та кумуляції при трьохвимірному стисненні плазми в “світової пастці”, що утворюється в фокальної області потужного фемптосекундного лазера. “Світлова пастка” формується шляхом затримки центральної частини лазерного імпульсу. Чисельними методами вивчені степінь кумуляції та максимальна енергія іонів в залежності от параметрів потужного лазерного імпульсу. Запропонований метод кумуляції та прискорення іонів дозволяє розробити компактні джерела швидких нейтронів середовища для рентгенівського то гамма-лазерів, а також дає унікальні можливості ініціювання ядерних реакцій і отримання ізотопів. Теоретически исследован новый метод ускорения и кумуляции ионов при трехмерном обжатии плазмы в “световой ловушке”, создаваемой в фокальной области мощного фемтосекундного лазера. “Световая ловушка ” формируется путем задержки во времени центральной части фокусируемого импульса. Численными методами изучены степень кумуляции и максимальная энергия ускоренных ионов в зависимости от параметров мощного лазерного импульса. Обсуждены физические механизмы увеличения плотности и энергии ионов в приосевой области плазмы. Предложенный метод кумуляции и ускорения ионов позволяет создать компактные яркие источники быстрых нейтронов, среды для рентгеновского и гамма-лазеров, а также создает уникальные возможности инициирования ядерных реакций и получения изотопов. en Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Сильноточные импульсные ускорители Cumulation and acceleration of ions by TW femtosecond laser pulse Кумуляція та прискорення іонів тераваттним фемптосекундним лазерним імпульсом Кумуляция и ускорение ионов тераваттным фемтосекундным лазерным импульсом Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Cumulation and acceleration of ions by TW femtosecond laser pulse |
| spellingShingle |
Cumulation and acceleration of ions by TW femtosecond laser pulse Balakirev, V.A. Dovbnya, A.N. Yegorov, A.M. Krasnogolovets, M.A. Onishchenko, I.N. Onishchenko, N.I. Povrozin, A.I. Pristupa, V.I. Сильноточные импульсные ускорители |
| title_short |
Cumulation and acceleration of ions by TW femtosecond laser pulse |
| title_full |
Cumulation and acceleration of ions by TW femtosecond laser pulse |
| title_fullStr |
Cumulation and acceleration of ions by TW femtosecond laser pulse |
| title_full_unstemmed |
Cumulation and acceleration of ions by TW femtosecond laser pulse |
| title_sort |
cumulation and acceleration of ions by tw femtosecond laser pulse |
| author |
Balakirev, V.A. Dovbnya, A.N. Yegorov, A.M. Krasnogolovets, M.A. Onishchenko, I.N. Onishchenko, N.I. Povrozin, A.I. Pristupa, V.I. |
| author_facet |
Balakirev, V.A. Dovbnya, A.N. Yegorov, A.M. Krasnogolovets, M.A. Onishchenko, I.N. Onishchenko, N.I. Povrozin, A.I. Pristupa, V.I. |
| topic |
Сильноточные импульсные ускорители |
| topic_facet |
Сильноточные импульсные ускорители |
| publishDate |
2004 |
| language |
English |
| container_title |
Вопросы атомной науки и техники |
| publisher |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Кумуляція та прискорення іонів тераваттним фемптосекундним лазерним імпульсом Кумуляция и ускорение ионов тераваттным фемтосекундным лазерным импульсом |
| description |
A new method of ion cumulation and acceleration at three-dimensional compression of plasma in the ”light
trap” created in the focal region of the high-power femtosecond laser is theoretically studied. The ”light trap” is
formed by delay in time of the central part of the laser pulse being focused. The cumulation degree and maximum
energy of acceleration ions depending on values of the high-power femtosecond laser pulse have been investigated
by numerical methods. Physical mechanisms of ion density and energy increase in the paraxial plasma zone have
been discussed. The proposed method of ion cumulation and acceleration allows one to create compact bright
sources of fast neutrons, nuclei for x-ray and gamma lasers, and also provides the unique possibilities of nuclear reaction initiation and isotope production.
Теоретично досліджен новий метод прискорення та кумуляції при трьохвимірному стисненні плазми в
“світової пастці”, що утворюється в фокальної області потужного фемптосекундного лазера. “Світлова
пастка” формується шляхом затримки центральної частини лазерного імпульсу. Чисельними методами
вивчені степінь кумуляції та максимальна енергія іонів в залежності от параметрів потужного лазерного
імпульсу. Запропонований метод кумуляції та прискорення іонів дозволяє розробити компактні джерела
швидких нейтронів середовища для рентгенівського то гамма-лазерів, а також дає унікальні можливості
ініціювання ядерних реакцій і отримання ізотопів.
Теоретически исследован новый метод ускорения и кумуляции ионов при трехмерном обжатии плазмы в
“световой ловушке”, создаваемой в фокальной области мощного фемтосекундного лазера. “Световая ловушка ” формируется путем задержки во времени центральной части фокусируемого импульса. Численными методами изучены степень кумуляции и максимальная энергия ускоренных ионов в зависимости от параметров мощного лазерного импульса. Обсуждены физические механизмы увеличения плотности и энергии
ионов в приосевой области плазмы. Предложенный метод кумуляции и ускорения ионов позволяет создать
компактные яркие источники быстрых нейтронов, среды для рентгеновского и гамма-лазеров, а также создает уникальные возможности инициирования ядерных реакций и получения изотопов.
|
| issn |
1562-6016 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/78482 |
| citation_txt |
Cumulation and acceleration of ions by TW femtosecond laser pulse / V.A. Balakirev, A.N. Dovbnya, A.M. Yegorov, M.A. Krasnogolovets, I.N. Onishchenko, N.I. Onishchenko, A.I. Povrozin, V.I. Pristupa // Вопросы атомной науки и техники. — 2004. — № 1. — С. 41-44. — Бібліогр.: 15 назв. — англ. |
| work_keys_str_mv |
AT balakirevva cumulationandaccelerationofionsbytwfemtosecondlaserpulse AT dovbnyaan cumulationandaccelerationofionsbytwfemtosecondlaserpulse AT yegorovam cumulationandaccelerationofionsbytwfemtosecondlaserpulse AT krasnogolovetsma cumulationandaccelerationofionsbytwfemtosecondlaserpulse AT onishchenkoin cumulationandaccelerationofionsbytwfemtosecondlaserpulse AT onishchenkoni cumulationandaccelerationofionsbytwfemtosecondlaserpulse AT povrozinai cumulationandaccelerationofionsbytwfemtosecondlaserpulse AT pristupavi cumulationandaccelerationofionsbytwfemtosecondlaserpulse AT balakirevva kumulâcíâtapriskorennâíonívteravattnimfemptosekundnimlazernimímpulʹsom AT dovbnyaan kumulâcíâtapriskorennâíonívteravattnimfemptosekundnimlazernimímpulʹsom AT yegorovam kumulâcíâtapriskorennâíonívteravattnimfemptosekundnimlazernimímpulʹsom AT krasnogolovetsma kumulâcíâtapriskorennâíonívteravattnimfemptosekundnimlazernimímpulʹsom AT onishchenkoin kumulâcíâtapriskorennâíonívteravattnimfemptosekundnimlazernimímpulʹsom AT onishchenkoni kumulâcíâtapriskorennâíonívteravattnimfemptosekundnimlazernimímpulʹsom AT povrozinai kumulâcíâtapriskorennâíonívteravattnimfemptosekundnimlazernimímpulʹsom AT pristupavi kumulâcíâtapriskorennâíonívteravattnimfemptosekundnimlazernimímpulʹsom AT balakirevva kumulâciâiuskorenieionovteravattnymfemtosekundnymlazernymimpulʹsom AT dovbnyaan kumulâciâiuskorenieionovteravattnymfemtosekundnymlazernymimpulʹsom AT yegorovam kumulâciâiuskorenieionovteravattnymfemtosekundnymlazernymimpulʹsom AT krasnogolovetsma kumulâciâiuskorenieionovteravattnymfemtosekundnymlazernymimpulʹsom AT onishchenkoin kumulâciâiuskorenieionovteravattnymfemtosekundnymlazernymimpulʹsom AT onishchenkoni kumulâciâiuskorenieionovteravattnymfemtosekundnymlazernymimpulʹsom AT povrozinai kumulâciâiuskorenieionovteravattnymfemtosekundnymlazernymimpulʹsom AT pristupavi kumulâciâiuskorenieionovteravattnymfemtosekundnymlazernymimpulʹsom |
| first_indexed |
2025-11-26T14:04:27Z |
| last_indexed |
2025-11-26T14:04:27Z |
| _version_ |
1850624272247029760 |
| fulltext |
CUMULATION AND ACCELERATION OF IONS
BY TW FEMTOSECOND LASER PULSE
V.A. Balakirev, A.N. Dovbnya, A.M. Yegorov, M.A. Krasnogolovets,
I.N. Onishchenko, N.I. Onishchenko, A.I. Povrozin, V.I. Pristupa
National Science Center “Kharkov Institute of Physics and Technology”,
1, Academicheskay st., 611108, Kharkov, Ukraine;
E-mail: onish@kipt.kharkov.ua
A new method of ion cumulation and acceleration at three-dimensional compression of plasma in the ”light
trap” created in the focal region of the high-power femtosecond laser is theoretically studied. The ”light trap” is
formed by delay in time of the central part of the laser pulse being focused. The cumulation degree and maximum
energy of acceleration ions depending on values of the high-power femtosecond laser pulse have been investigated
by numerical methods. Physical mechanisms of ion density and energy increase in the paraxial plasma zone have
been discussed. The proposed method of ion cumulation and acceleration allows one to create compact bright
sources of fast neutrons, nuclei for x-ray and gamma lasers, and also provides the unique possibilities of nuclear re-
action initiation and isotope production.
PACS: 29.27.-a
Terawatt (TW) lasers [1] are already going out from
the category of exotic laser systems and become the op-
erating tool in the research practice, it is true, only in the
most advanced laboratories of the world yet. Now two
tends are observed:
1). Physical researches making progress (for ex-
ample, in plasma physics) and expansion of the range of
applied problems (for example, medicine, development
of setups for scientific and engineering aims) are solved
by TW femto and subfemtosecond laser systems.
2). Improvements of being in existence TW, evolution
of petawatt (1015) and development of exawatt (1018) and
even zettawatt (1021) laser systems [2], which allow to
solve not only traditional problems of fundamental phys-
ics, but to carry out experiments under laboratory condi-
tions in the fields of astrophysics and cosmology.
In recent years the electron and ion acceleration in
the interaction of laser pulses in gas and solid targets
has the most widely evolution. Experiments have been
carried out using femtosecond tabletop laser systems of
the table type, the focused pulses of which reached
1019 W/cm2.
Now, the record results of accelerations up to
100 MeV for electrons [3] and 60 MeV for protons [4]
are obtained.
A number of experimental and theoretical works [for
example 3-13] was devoted to the particle acceleration
in the interaction of high-power laser pulse with a
plasma. In most cases the ion acceleration is due to the
mechanism of so-called “Coulomb explosion”. The
“Coulomb explosion” event is the ion acceleration by
the electrostatic field of the division of charges produc-
tion at electron expel by the ponderomotive force from
the focal zone of the laser radiation.
In papers [6,7] methods of charged particle accelera-
tion for laser operation in TEM01 mode, when the radi-
ation focusing occurs as a ring, were proposed. In partic-
ular, in the paper [10] on such a base the method is de-
scribed for the cylindrical cumulation of ions inside the
ring, which are accelerated in the radial direction to their
center. From numerical simulation results using pulse
duration of 240 fs at FWHM and pulse power of 100 TW
the authors predict the ion acceleration up to 0.2 MeV
and the volume plasma compression as a factor of 100, in
the cumulation cylinder of 1µm in diameter.
In this paper the method of ion acceleration and cu-
mulation based on the application of the laser pulse con-
figuration produced in the TEM00 mode has been pro-
posed. The central part of pulse is delayed relatively to
its peripheral part with formation of the difference in the
optical path between them ∆L<ctL, where c is the velo-
city of light in vacuum, tL is the laser pulse duration
[14]. To form the mentioned above optical difference in
path, the laser pulse before focusing is passed through
the parallel-sided plate.
Fig.1 shows the optical scheme demonstrating the
realization of this method. The laser pulse generated by
the laser system 1 is shown at some moment in the posi-
tion A with parameters of the spatial length of ∆L<ctL
and diameter D. After passing the parallel-sided plate 2
with the transverse dimension d the central part of pulse
will be delayed with regard to the peripheral part with
forming the optical difference in the path ∆l between
them. The shape of pulse after passing the plate 2 is
shown schematically in the position B. By focusing
such a pulse at some time corresponding to the pulse po-
sition C the anterior front of its peripheral part will be
closed up. The closed cone volume formed inside the
pulse can conventionally be named as a ”light trap”.
The volume of the ”light trap” can be calculated de-
pending on the geometry of the optical system from the
ratio
2
2
12
H
L
dctV
f
L
≤ π ,
where c is the velocity of light in vacuum, tL is the laser
pulse duration, d is the diameter of the parallel-sided
plate, Lf is the focal distance of the focusing lens, H is
the cone height of the ”light trap”.
Ions being inside the ”light trap” will be accelerated
___________________________________________________________
PROBLEMS OF ATOMIC SIENCE AND TECHNOLOGY. 2004. № 1.
Series: Nuclear Physics Investigations (42), p.41-44.
41
mailto:onish@kipt.kharkov.ua
by the electrostatic field caused by the pondermotive ef-
fects both from the peripheral and central parts of laser
pulse. As a result the high-density ion bunch is formed
in the focus of three-dimensional cumulation.
For realization of ion cumulation and acceleration
process it is necessary that the focused ring laser pulse
be propagating in the homogeneous plasma with the fre-
quency essentially higher than the plasma frequency.
We shall simulate the focused ring laser pulse intensity
by the following analytical expression.
−
−−= 2
2
2
2
4
4
0
)/(
)(
22exp
)(
),,,(
L
g
LL t
vzt
zr
r
zr
rItzrI , (1)
where r and z are the radial and longitudinal coordin-
ates, t is the time, vg is the group velocity, I0 is the max-
imum pulse intensity reached on the surface
2
2
2
2)( f
f
linL r
L
zrzrr +≡= ,
rlim is the radius of the laser pulse on the focusing lens,
lin
f
f r
L
r
λ
π
2=
is the radius of the ring laser pulse on the focal plane
z=0, λ is the wavelength of laser radiation. The pon-
deromotive force of the laser will be effect on plasma
electrons
ponpon mcF Φ∇−= 2
,
where Фpon = 2/1 2a+ is the ponderomotive poten-
tial, α = 0,85⋅10-9 λ I is the dimensionless vector-po-
tential of laser radiation, λ is the wavelength in microns,
and I is the intensity in W/cm2. The displacement of
electrons relatively to ions will occur due to the effect of
the ponderomotive force. As a result the polarized elec-
trical field will be excited in a plasma. The equation of
motion of ion has the form [11]
2/1 22 ac
M
m
dt
vd i +∇−=
. (2)
Thus, the laser pulse effects on ions by the polarized
electrical field arise due to the charge separation in a
plasma.
Taking into account that the laser pulse influences
on ions during a very short time, it can consider that ion
do not have time to displace essentially but acquire the
limit initial velocity and further they move under its
own momentum. Integrating the equation of motion (2)
over the time interval of the focused laser pulse effect
(1) on ions we shall obtained the following expression
for the ion velocity components
),,(),,( 00
0
000 zrQ
z
Wtzrviz ∂
∂−=
),(),,( 00
0
000 zrQ
r
Wtzrvir ∂
∂−= , (3)
where
π2
0
2
4
atc
M
mW L−= ,
−=
)(
2exp
)(
),(
0
2
2
0
0
4
4
0
00 zr
r
zr
rzrQ
LL
,
r0, z are the initial coordinates of ions, t0 is the time of
the laser pulse arrival to the point r0, z0, α0=α(I0). After
passing of the laser pulse ions move uniformly and
along the straight line.
00000 ))(,,( ztttzrvz izi +−= ,
00000 ))(,,( rtttzrvr iri +−= . (4)
The numerical simulations of the ion cumulation
process using approximation formulas (3), (4) has been
performed for following parameters of the laser system:
intensity, I0…………………………1018 W/cm2,
wavelength, λ……………………...1.06 µm,
pulse duration, tL…………………..400 fs
laser pulse radius on the lens, rlin….3 cm
focal distance, Lf ………………….10cm
plasma density, h ………………….1020 cm-3
Numerical calculations have shown that the ion cu-
mulation process is heterogeneous along the system axis
and the most intensive in the zone of focus, where the
radius and thickness of the ring laser pulse are minimal.
The increase of ion density more than 200 times is
observed in the vicinity of a focus. With removing from
the along the longitudinal direction the degree of plasma
compression decreased. The average energy of ions at-
tained ~ 300 keV.
Fig.2 shows the spatial ion configuration r, z at dif-
ferent moments of time. It is clearly seen, that at the be-
ginning of the process a symmetrical shell of high dens-
ity of ions is formed by the laser pulse effect. The radius
of this formation is minimal in the laser pulse focus.
The ion shell moves to the system axis and it is col-
lapsed in the focal zone at the moment of 450 fs. In this
case the ion density increases about 200 times and the
maximum energy attains 600 keV. Further ions from
force of inertia transverse the axis, and the inverse pro-
cess of ions flaying away begins. The ion density in this
case decreases rapidly.
Thus, in this work we have proposed the method of
obtaining the focused ring laser pulse by delay of the
central part of pulse by the parallel-sided plate and fur-
ther pulse focusing by a lens. The simple mathematical
model of the ion cumulation process of the dense
plasma by such a pulse has been formulated. It has been
shown that the effective ion cumulation and acceleration
can be obtained in the proposed laser system.
42
Fig.1
-0,002 -0,001 0,000 0,001 0,002
-0,0010
-0,0005
0,0000
0,0005
0,0010
a
R,
cm
Z,cm
-0,003 -0,002 -0,001 0,000 0,001 0,002 0,003
-0,0010
-0,0005
0,0000
0,0005
0,0010
b
R,
cm
Z,cm
-0,003 -0,002 -0,001 0,000 0,001 0,002 0,003
-0,0010
-0,0005
0,0000
0,0005
0,0010
c
R,
cm
Z,cm
-0,003 -0,002 -0,001 0,000 0,001 0,002 0,003
-0,0010
-0,0005
0,0000
0,0005
0,0010
d
R,
cm
Z,cm
Fig.2. Ion configuration in cylindrical chamber
42µm×3µm (Z × r0) at different moments of time
(a – 0.3ps, b – 0.45ps, c – 0.6ps, d – 1ps)
REFERENCES
1. C.P.J. Barty, C.L. Gordon III, B.E. Lemoff // Opt.
Lett. 1994, v. 19, N18, p.1442.
2. T. Tajima, G. Mourou // Phys. Rev., Spec. Top. –
Accelerators and beams. 2002, v. 5, p.031301.
3. D. Umstader, S. Banerjee, K. Flippo et al. // Proc.
of the, 2001, Particle Accelerators Conf., Chicago,
2001, p.117.
4. R.A. Snavely, M.H. Key, S.P. Hatchett et al. //
Phys. Rev. Lett. 2000, v. 85, p.2945.
5. T. Häuser, W. Scheid, H. Hora // Phys. Rev. A.
1992, v. 45, N 2, p. 1278.
6. L. Serafini // AIP. 1995, p. 327.
7. G.S. Sarkisov, V.Yu. Bychenkov, V.T. Tikhonchuk
et al. // Pisma v ZhETF. 1997, v. 66, p. 787.
8. G.S. Sarkisov, V.Yu. Bychenкkov, V.T. Ti-
chonchyk // Pisma v ZhETF. 1999, v. 69, iss.1,
p. 20 (in Russian).
9. A.V. Kuznetsov, T.Zh. Esirkepov, F.F. Kamenets,
S.V. Bulanov // Phys Plasmas. 2001, v. 27, N 3,
p. 225 (in Russian).
10. K. Krushelnik, E.L. Clark, Z. Najmudin // Phys.
Rev. Lett. 1999, v. 83, p. 737.
11. K. Krushelnik, E.L. Clark, M. Zepf et al. // Phys.
Plasmas. 2000, v. 7, p. 2055.
12. G.S. Sarkisov, V.Yu. Bychenkov, V.N. Novikov et
al. // Phys. Rev. 1999, v. 59, p. 7042.
13. S. Hatchett, C.G. Brown, T.E. Cowan et al. //
Phys. Plasmas. 2000, v. 7, p. 2076.
14. A. Maksimchuk, S. Gu, K. Flippo // Phys. Rev. L.
2000, v. 84, p. 4108.
15. A.N. Dovbnya, A.I. Povrozin, M.A. Krasnogo-
lovets: Deklaratsionniy patent na izobretenie, Bull.
N 6. 2003 (in Russian).
___________________________________________________________
PROBLEMS OF ATOMIC SIENCE AND TECHNOLOGY. 2004. № 1.
Series: Nuclear Physics Investigations (42), p.41-44.
43
КУМУЛЯЦИЯ И УСКОРЕНИЕ ИОНОВ
ТЕРАВАТТНЫМ ФЕМТОСЕКУНДНЫМ ЛАЗЕРНЫМ ИМПУЛЬСОМ
В.А. Балакирев, А.Н. Довбня, А.М. Егоров, М.А. Красноголовец,
И.Н. Онищенко, Н.И. Онищенко, А.И. Поврозин, В.И. Приступа
Теоретически исследован новый метод ускорения и кумуляции ионов при трехмерном обжатии плазмы в
“световой ловушке”, создаваемой в фокальной области мощного фемтосекундного лазера. “Световая ловуш-
ка ” формируется путем задержки во времени центральной части фокусируемого импульса. Численными ме-
тодами изучены степень кумуляции и максимальная энергия ускоренных ионов в зависимости от парамет-
ров мощного лазерного импульса. Обсуждены физические механизмы увеличения плотности и энергии
ионов в приосевой области плазмы. Предложенный метод кумуляции и ускорения ионов позволяет создать
компактные яркие источники быстрых нейтронов, среды для рентгеновского и гамма-лазеров, а также созда-
ет уникальные возможности инициирования ядерных реакций и получения изотопов.
КУМУЛЯЦІЯ ТА ПРИСКОРЕННЯ ІОНІВ
ТЕРАВАТТНИМ ФЕМПТОСЕКУНДНИМ ЛАЗЕРНИМ ІМПУЛЬСОМ
В.А. Балакірев, А.Н. Довбня, О.М. Єгоров М.А. Красноголовець,
І.М. Оніщенко, М.І. Оніщенко, А.І. Поврозін, В.І. Приступа
Теоретично досліджен новий метод прискорення та кумуляції при трьохвимірному стисненні плазми в
“світової пастці”, що утворюється в фокальної області потужного фемптосекундного лазера. “Світлова
пастка” формується шляхом затримки центральної частини лазерного імпульсу. Чисельними методами
вивчені степінь кумуляції та максимальна енергія іонів в залежності от параметрів потужного лазерного
імпульсу. Запропонований метод кумуляції та прискорення іонів дозволяє розробити компактні джерела
швидких нейтронів середовища для рентгенівського то гамма-лазерів, а також дає унікальні можливості
ініціювання ядерних реакцій і отримання ізотопів.
Fig.1
|