ИСТИНА

Настоящий проект нацелен на изучение и разработку новых механизмов ускорения заряженных частиц (электронов, протонов и многозарядных ионов) фемтосекундным лазерным излучением релятивистской интенсивности (до 10^19 Вт/см^2), действующим на длинное подкритическое облако преплазмы, создаваемое отдельным контролируемым предымпульсом. В данном проекте планируются экспериментальные исследования характеристик протяженной подкритической плазмы, формирующейся при воздействии наносекундного лазерного импульса на относительно толстые пленки (толщиной порядка 20 мкм) и механизмов формирования (т.е. ионизации) и ускорения протонов и многозарядных ионов при воздействии релятивистских лазерных импульсов на протяженную подкритическую плазму. Экспериментальные исследования в рамках проекта будут проводиться с использованием излучения тераваттного фемтосекундного лазерного комплекса МЛЦ МГУ (длина волны 805 нм, энергия импульса — до 50 мДж на мишени, длительность импульса 45 фс, пространственное качество пучка М2=1.4, частота следования импульсов 10 Гц). Уникальной особенностью лазерного комплекса является высокий контраст излучения – около 10^10 за 20 пс до основного импульса. Кроме этого, все методики исследования являются практически одноимпульсными и в значительной степени автоматизированными.

This project is devoted to investigation and developing new mechanisms of accelerating charged particles (electrons, protons and multiply charged ions) by femtosecond laser radiation with relativistic intensity (up to 10 19 W / cm 2) interacting on a long undercritical cloud of preplasma created by a independent controlled prepulse. In this project, experimental studies are planned of the characteristics of an longscale undercritical plasma formed by the interactionion of a nanosecond laser pulse with relatively thick films (about 20 μm thick) and the mechanisms of formation (i.e., ionization) and acceleration of protons and multiply charged ions by the interaction of relativistic laser pulses with an longscale undercritical plasma. Experimental research in this project will be carried out using the radiation of a terawatt femtosecond laser of the ILC MSU (805 nm wavelength, pulse energy up to 50 mJ , pulse duration 45 fs, spatial quality of the M2 beam 1.4, repetition rate 10 Hz). A unique feature of the laser is a high contrast of radiation - about 10^10 for 20 ps before the main pulse. In addition, all research methods are practically single-pulse and largely automated.

К концу первой половины первого года реализации проекта планируется полностью отладить методики диагностики плазмы (ионный и электронный спектрометры, а также гамма-спектрометра на основе матричного детектора жесткого рентгеновского излучения Medipix. В процессе тестироввния планируется получить первые спектры ионов, электронов, гамма-излучения и первые оценки максимальных энергий протонов, многозарядных ионов и электронов, и, возможно, подтвердить эффект увеличения максимальной энергии ионов при взаимодействии фемтосекундного лазерного импульса релятивистской интенсивности с облаком докритической плазмы, создаваемой предымпульсом. К концу первого года планируется получить первые зависимости спектров протонов, многозарядных ионов и электронов, пространственные распределения концентрации электронов плазмы, а также гамма-спектров в зависимости от параметров предымпульса и основного импульса; эти спектры будут интерпретированы и проанализированы, а на их основе будут сделаны предположения об оптимальных параметрах предымпульса для повышения максимальных энергий заряженных частиц.

Научный коллектив, представляющий данный проект, обладает большим опытом проведения экспериментов по взаимодействию по взаимодействию сверхмощного лазерного излучения с веществом. На данный момент коллектив имеет развитый комплекс методик диагностики плазмы, включающий оптическую (линейную и нелинейную), рентгеновскую, ионную и электронную диагностику. Также имеется автоматизированный настраиваемый микропроцессорный комплекс, обеспечивающий проведение экспериментов в автоматическом режиме; кроме этого, уже имеется обоснованная оригинальная методика, позволяющая оценивать температуру горячих электронов плазмы в одном лазерном импульсе. Кроме этого, в нашей лаборатории уже была проведена серия исследований о влиянии предымпульсов различной природы на ускорение и нагрев электронов в плазме, создаваемой релятивистским лазерным импульсом; в нашей лаборатории впервые было экспериментально показано, что наличие протяженного пространственного градиента электронной плотности приводит к существенному росту средней энергии горячих электронов. Также уже был проведен цикл первичных исследований о влиянии предымпульсов различной природы на ускорение и нагрев электронов в плазме, создаваемой лазерным импульсом с интенсивностью порядка релятивистской; кроме этого уже были проведены тестовые эксперименты по взаимодействию контролируемого предымпульса на относительно толстую пленку и показана возможность проведения подобных экспериментов. Также была проведена серия экспериментов по взаимодействию релятивистского фемтосекундного импульса с толстыми плотными мишенями; показано, что на лазерно-очищенной поверхности происходит эффективное ускорение быстрых многозарядных тяжелых ионов, причем происходит существенный рост как энергии этих ионов, так и их заряда. Также непосредственно авторами разрабатываются новые методики получения спектров заряженных частиц—электронный спектрометр с сепарацией магнитным полем и ионный спектрометр типа томсоновская парабола.