Cumulation and acceleration of ions by TW femtosecond laser pulse

Abstract

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.