Interested Article - Лазерное ускорение ионов

Ла́зерное ускоре́ние ио́нов — процесс ускорения ионного пучка с помощью сверхсильного лазерного излучения. Обычно процесс ускорения производится при облучении твердотельной мишени, однако существуют схемы ускорения ионов и в газовых мишенях. Наиболее перспективными считаются схемы ускорения приповерхностным слоем нагретых электронов и световым давлением. При помощи лазерного излучения были получены ионы с энергиями до 55 МэВ .

Ускорение приповерхностным слоем нагретых электронов

Впервые ионы, ускоренные лазерным излучением, наблюдались экспериментально в 1999 году на лазерной установке Nova в Ливерморской национальной лаборатории . При облучении твердотельной мишени лазерным импульсом интенсивностью 10 ²⁰ Вт/см² с обратной стороны мишени наблюдалась генерация энергичных ионов, имеющих квазитепловой разброс по энергиям с максимальной энергией около 55 МэВ .

Это явление было объяснено механизмом так называемого ускорения приповерхностным слоем нагретых электронов. Его суть заключается в том, что лазерный импульс при взаимодействии с мишенью ионизирует её вещество с образованием плазмы высокой плотности . При этом происходит разогрев электронов образовавшейся плазмы до релятивистских температур , сопровождающийся разлётом образовавшегося облака электронов далеко за пределы мишени. Разлёт приводит к появлению электростатического поля разделения зарядов, которое в свою очередь ускоряет ионы.

Для получения квазимоноэнергетических спектров ускоренных ионов было предложено использование композитных мишеней, представляющих собой тонкие фольги из тяжёлого металла ( золота , платины и т. п.) с нанесённым на поверхность ультратонким слоем лёгких атомов — водорода или углерода . В процессе взаимодействия тяжёлые ионы остаются практически неподвижными, в то время как более лёгкие эффективно ускоряются, образуя пучок ионов приблизительно равной энергии.

Ускорение световым давлением

Альтернативной схемой ускорения является ускорение световым давлением . Её идея заключается в том, что при облучении сверхтонкой (порядка 10 нм ) фольги, состоящей из лёгких элементов (например, водорода и/или углерода), световое давление, оказываемое сфокусированными лазерными импульсами мощностью более 10 ТВт, может оказаться достаточным для эффективного ускорения мишени как целого. Данный метод, предложенный в 2004 году , был реализован экспериментально только в 2009 году . В эксперименте, проведённом в , использовался лазерный импульс мощностью 20 ТВт с высоким , облучавший углеродные плёнки, толщина которых варьировалась от 2,9 нм до 40 нм. Оптимальный результат получился для плёнки толщиной 5,3 нм: были зарегистрированы шестизарядные ионы углерода, имевшие энергию около 30 МэВ .

См. также

Лазерное ускорение электронов

Примечания

S. P. Hatchett et al. (англ.) // Phys. Plasmas . — 2000. — Vol. 7 . — P. 2076 .
Andrea Macchi. (англ.) // . — 2014. — Vol. 2 . — P. e10 . — doi : . — arXiv : . 9 января 2015 года.
, M. Borghesi, S. V. Bulanov, G. Mourou , T. Tajima. (англ.) // Phys. Rev. Lett. . — 2004. — Vol. 92 . — P. 175003 .
A. Henig et al. (англ.) // Phys. Rev. Lett. . — 2009. — Vol. 103 . — P. 245003 .

Литература

Научная

G. Mourou , T. Tajima, S. V. Bulanov. (англ.) // Rev. Mod. Phys. . — 2006. — Vol. 78 . — P. 309—371 .
В. С. Беляев, В. П. Крайнов, В. С. Лисица, А. П. Матафонов. (рус.) // Успехи физических наук . — Российская академия наук , 2009. — Т. 178 . — С. 823 .
А. В. Коржиманов, А. А. Гоносков, Е. А. Хазанов , А. М. Сергеев . // УФН . — 2011. — Т. 181 . — С. 9—32 .
Hiroyuki Daido, Mamiko Nishiuchi and Alexander S. Pirozhkov. (англ.) // . — 2012. — Vol. 75 . — P. 056401 . — doi : .
Andrea Macchi, Marco Borghesi, and Matteo Passoni. (англ.) // Rev. Mod. Phys. . — 2013. — Vol. 85 . — P. 751 . — doi : . — arXiv : .
С. В. Буланов, Я. Я. Вилкенс, Т. Ж. Есиркепов, Г. Корн, Г. Крафт, С. Д. Крафт, М. Моллс, В. С. Хорошков. (рус.) // Успехи физических наук . — Российская академия наук , 2014. — Т. 184 . — С. 1265 . — doi : .
В. Ю. Быченков, А. В. Брантов, Е. А. Говрас, В. Ф. Ковалёв. (рус.) // Успехи физических наук . — Российская академия наук , 2015. — Т. 185 . — С. 77 . — doi : .