Accelerația laser a ionilor

Accelerația laser a ionilor  este procesul de accelerare a unui fascicul de ioni folosind radiații laser superputernice. De obicei, procesul de accelerare se desfășoară atunci când o țintă solidă este iradiată, dar există și scheme de accelerare a ionilor în ținte de gaz . Cele mai promițătoare scheme sunt considerate a fi accelerarea printr-un strat de suprafață de electroni încălziți și presiune ușoară. Folosind radiația laser, s-au obținut ioni cu energii de până la 55 MeV .

Accelerația stratului de suprafață a electronilor încălziți

Ionii accelerați cu laser au fost observați pentru prima dată experimental în 1999 , la instalația de laser Nova de la Laboratorul Național Livermore . Atunci când o țintă solidă a fost iradiată cu un impuls laser cu o intensitate de 10 20 W/cm² dinspre reversul țintei, s-a observat generarea de ioni energetici, având o răspândire cvasi-termică a energiei cu o energie maximă de aproximativ 55 MeV. [1] .

Acest fenomen a fost explicat prin mecanismul așa-numitei accelerații de către stratul de suprafață al electronilor încălziți. Esența sa constă în faptul că un impuls laser, atunci când interacționează cu o țintă, își ionizează substanța cu formarea unei plasme de înaltă densitate . În acest caz, electronii plasmei formate sunt încălziți la temperaturi relativiste , însoțite de expansiunea norului de electroni format mult dincolo de țintă. Expansiunea duce la apariția unui câmp de separare a sarcinii electrostatice , care la rândul său accelerează ionii.

Pentru a obține spectre cvasimonoenergetice ale ionilor accelerați, s-a propus să se utilizeze ținte compozite, care sunt folii subțiri ale unui metal greu ( aur , platină etc.) cu un strat ultrasubțire de atomi ușori depuși la suprafață - hidrogen sau carbon . În timpul interacțiunii, ionii grei rămân practic imobili, în timp ce cei mai ușori sunt accelerați efectiv, formând un fascicul de ioni de energie aproximativ egală.

Accelerație prin presiune ușoară

O schemă alternativă de accelerare este accelerarea presiunii uşoare [2] . Ideea sa este că atunci când o folie ultrasubțire (aproximativ 10 nm ) constând din elemente ușoare (de exemplu, hidrogen și/sau carbon) este iradiată, presiunea luminoasă exercitată de impulsurile laser focalizate cu o putere mai mare de 10 TW poate fi suficientă pentru a accelerarea eficientă a țintei.în ansamblu. Această metodă, propusă în 2004 [3] , a fost implementată experimental abia în 2009 . Un experiment desfășurat la Institutul Max Born a folosit un impuls laser de 20 TW cu contrast ridicat pentru a iradia filme de carbon cu grosimi cuprinse între 2,9 nm și 40 nm. Rezultatul optim a fost obținut pentru un film de 5,3 nm grosime: au fost înregistrați ioni de carbon cu șase încărcări, care au avut o energie de aproximativ 30 MeV [4] .

Vezi și

Note

  1. S. P. Hatchett et al. Fascicule de electroni, fotoni și ioni din interacțiunea relativistă a impulsurilor laser Petawatt cu ținte solide   // Phys . Plasme . - 2000. - Vol. 7 . — P. 2076 .
  2. Andrea Macchi. Teoria accelerației velelor ușoare prin lasere intense: o privire de ansamblu  // Știință și inginerie laser de mare putere  . - 2014. - Vol. 2 . — P.e10 _ - doi : 10.1017/hpl.2014.13 . - arXiv : 1403,6273 .
  3. T. Esirkepov , M. Borghesi, S.V. Bulanov, G. Mourou , T. Tajima. Generarea de ioni relativiști foarte eficientă în regimul laser-piston   // Phys . Rev. Lett. . - 2004. - Vol. 92 . — P. 175003 .
  4. A. Henig și colab. Accelerația radiației-presiune a fasciculelor de ioni conduse de impulsuri laser polarizate circular   // Phys . Rev. Lett. . - 2009. - Vol. 103 . — P. 245003 .

Literatură

Științific

Știința populară