Нелинейные плазменные волны и ускорение электронов в сильноградиентной плотной плазме при воздействии лазерного излучения релятивистской интенсивностиНИР

Nonlinear plasma waves and electron acceleration in sharp-gradient plasma under action of relativistic laser radiation

Источник финансирования НИР

грант РФФИ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. Нелинейные плазменные волны и ускорение электронов в сильноградиентной плотной плазме при воздействии лазерного излучения релятивистской интенсивности
Результаты этапа: Этап выполнен. В рамках работ по проекту получены следующие основные результаты 1. Проведена модернизация мишенного узла и оптической схемы в вакуумной камере для реализации экспериментов при различных углах падения излучения на мишень. Исследован плазменный факел, формируемый наносекундным импульсом при различных углах падения на мишень. Показано, что разлет плазмы слабо зависит от угла падения: с ростом угла падения увеличивается поперечный (вдоль поверхности мишени) размер плазмы и уменьшается ее продольный (вдоль нормали к мишени) размер. В дальнейшем это позволит провести оптимизацию развиваемой схемы ускорения электронов фемтосекундным лазерным импульсом в преплазме, создаваемой наносекундным предымпульсом. 2. Проведен комплекс измерений характеристик плазмы в отсутствие искусственного наносекундного предымпульса (оптическое излучение плазм, гамма-излучение, электроны). 3. Создан и протестирован масс-спектрометр Томсона. Развиты методы обработки данных для времяпролетного (с магнитным отклонением) и Томсоновского спектрометров, учитывающие реальную форму электрического и магнитного полей. Результаты частично опубликованы в статье в журнале ПТЭ. 4. Разработана модель экспериментальной установки в пакет GEANT для интерпретации спектров гамма-квантов и других вторичных частиц, регистрируемых в экспериментах. 5. Проведены численные расчеты взаимодействия фемтосекундного лазерного импульса релятивистской интенсивности с плазмой. Показано разумное соответствие полученных данных с экспериментальными и принципиальная роль преплазмы. 6. Исследовано влияние пространственного сведения на мишени наносекундного (создающего преплазму) и мощного фемтосекундного лазерного импульсов. Показано, что в определенном диапазоне задержек (от 8-10 до 20 нс) максимальный вход гамма излучения достигается при фокусировке фемтоскундного пучка в дальний край преплазменного пятна. При малых же и больших задержках максимум достигается при смещении из центра пятна на 20 мкм. Показано также, что при задержках более 20 нс максимальный вход гамма-излучения достигается при фокусировке фемтосекундного пучка над поверхностью мишени. По данным результатам готовится статья. 7. Экспериментально показано, что увеличение длительности лазерного импульса от 50 фс до 1-2 пс при сохранении его энергии (и пропорциональном уменьшении интенсивности) не приводит к уменьшению интегрального потока и средней энергии гамма-излучения из плазмы при условии оптимизации как контраста фемтосекундного импульса, задержки этого импульса относительно наносекундного лазерного импульса и фокусировки фемтосекундного излучения над поверхностью мишени. 8. Продемонстрировано экспериментально и воспроизведено в 2D3V PIC моделировании эффективное прямое ускорение электронов в плазменном канале с инжекцией через обрушение плазменных волн, генерируемых параметрическими неустойчивостями. Электронный сгусток был создан с использованием специфического профиля плазмы, содержащего резкий градиент ∼0,5λ в окрестности критического значения 0,1–0,5 от критической плотности и длинный хвост разреженной преплазмы. Такой преплазменный профиль был сформирован дополнительным наносекундным лазерным импульсом с интенсивностью 5× 10^12 Вт / см2. В случае оптимальной преплазмы фемтосекундный лазерный импульс с интенсивностью 5 × 10^18 Вт / см2 и энергией 50 мДж генерирует коллимированный электронный сгусток с расходимостью 50 мрад, экспоненциальным спектром с наклоном ~ 2 МэВ и зарядом в десятки пк. 2D PIC моделирование подтвердило ускорение пучка электронов в плазменном канале (по механизму прямого лазерного ускорения). Мы также показали, что инжектированные электроны появились вследствие разрушения плазменных волн гибридной неустойчивости SRS-TPD. Результаты опубликованы в статье в журнале Plasma Physics & Controlled Fusion
2 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. Нелинейные плазменные волны и ускорение электронов в сильноградиентной плотной плазме при воздействии лазерного излучения релятивистской интенсивности
Результаты этапа:

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".