ИСТИНА

Настоящий проект нацелен на разработку новых схем ускорения электронов, протонов и многозарядных ионов фемтосекундным лазерным излучением релятивистской интенсивности (до 10^19 Вт/см^2) с использованием протяженной плазмы подкритической плотности. В рамках проекта планируются экспериментальные исследования (1) характеристик протяженной подкритической плазмы, формирующейся при воздействии наносекундного лазерного импульса на плотные мишени и тонкие пленки (2) механизмов ускорения и нагрева электронов при воздействии светового поля релятивистской интенсивности на протяженную плазму с концентрацией электронов в 0.01-0.25 от критической, в том числе с учетом полевой ионизации малоплотной плазмы, состоящей из тяжелых атомов, мощным лазерным излучением и (3) ускорения протонов и тяжелых многозарядных ионов с использованием ускорения и нагрева электронов в протяженной плазме специальных конфигураций. Эксперименты 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. Проведение экспериментальных исследований по проекту будет интенсивно поддержано численным моделирование протекающих процессов.

This project is aimed at the development of new schemes for the acceleration of electrons, protons and multiply charged ions with femtosecond laser radiation of relativistic intensity (up to 10 ^ 19 W / cm ^ 2) using an extended plasma of subcritical density. Within the framework of the project, experimental studies are planned (1) of the characteristics of an extended subcritical plasma formed when a nanosecond laser pulse is applied to dense targets and thin films (2) of electron acceleration and heating mechanisms when a relativistic intensity light field is applied to an extended plasma with an electron concentration of 0.01-0.25 from critical, including taking into account the field ionization of low-density plasma consisting of heavy atoms, powerful laser radiation and (3) acceleration of protons and heavy nogozaryadnyh ions using acceleration and heating the electrons in the plasma is extended special configurations. The experiments within the project will be carried out using the radiation of a terawatt femtosecond laser complex of the ILC MGU (wavelength 805 nm, pulse energy up to 50 mJ on the target, pulse duration 45 fs, spatial beam quality M2 = 1.4, pulse repetition rate 10 Hz). A unique feature of the laser complex is a high contrast of radiation — about 10 ^ 10 for 20 ps before the main pulse. Experimental studies on the project will be intensively supported by numerical modeling of the processes.

2016 г 1. Пространственные распределения концентрации электронов плазмы в различные моменты времени при воздействии наносекундного лазерного импульса при различных параметрах последнего (длина волны, плотность энергии). 2. Тестовые изображения канала в разреженной плазме, образуемого мощным фемтосекундным импульсом. Оценка дополнительной ионизации плазмы, приобретаемой вследствие воздействия этого импульса. 3. Увеличение выходной энергии лазерного комплекса до 150 мДж после усилителя. 4. Спектры быстрых (0.1-10 МэВ) электронов и гамма-излучения в зависимости от длительности фемтосекундного лазерного импульса, его энергии, глубины фокусировки в плазму и других параметров. 5. Интерпретация результатов экспериментов в рамках численного расчета с помощью кода Мандор 2017-2018 1. Построение общей картины процессов, протекающих при воздействии фемтосекундного лазерного излучения релятивистской интенсивности на протяженную подкритическую плазму, выявление ключевых механизмов, определяющих ускорение электронов в различных конфигурациях экспериментальных параметров. 2. Определение конфигураций экспериментальных параметров, в которых возможна оптимизация определенных характеристик электронов – максимальная энергия, узкий угловой спектр и хорошая направленность , большой заряд и т.п. 3. Определение конфигураций экспериментальных параметров и типа мишени в котором возможно получение пучков протонов и (или ) многозарядных ионов.

Проведен цикл исследований о влиянии предымпульсов различной природы на ускорение и нагрев электронов в плазме, создаваемой лазерным импульсом с интенсивность порядка релятивистской. Впервые экспериментально показано, что наличие протяженного пространственного градиента электронной плотности (формируемого коротким предымпульсом, опережающим основной импульс на 13 нс) приводит к существенному росту средней энергии горячих электронов от 140 до 300 кэВ. Выявлена зависимость данного эффекта от амплитуды предымпульса и интенсивности основного импульса. Проведено исследование ускорения электронов в преплазме, создаваемой искусственным предымпульсом релятивистки интенсивным лазерным импульсом и выявлены ключевые стадии и механизмы ускорения электронов. Показана существенная роль рамановского рассеяния вперед в области около четверти критической плотности в укорении электронов в режиме SM LWFA. Определены области параметров преплазмы, оптимальные для создания эффективного источника гамма-излучения. Проведено комплексное исследование энергетических, зарядовых и массовых спектров ионов при их ускорении на границе плазмы, создаваемой на поверхности твердых мишеней. Впервые обнаружены отрицательные высокоэнергетичные ионы водорода, кислорода и углерода. Развита методика импульсной лазерной очистки поверхности мишеней, обеспечивающая преимущественное (до 99%) формирование тока быстрых ионов ионами основного материала мишени. 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. При лазерно-плазменной очистке поверхности получены квазимоноэнергетические пучки легких ионов (протонов, углерода, кислорода).