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 .
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.
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] .