Особенности ускорения электронов и связанных с этим вторичных процессов в пространственно-неоднородной плазме, создаваемой сверхкоротким лазерным импульсом релятивистской интенсивностиНИР

Источник финансирования НИР

грант РФФИ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2013 г.-31 декабря 2013 г. Особенности ускорения электронов и связанных с этим вторичных процессов в пространственно-неоднородной плазме, создаваемой сверхкоротким лазерным импульсом релятивистской интенсивности
Результаты этапа: роект реализован с использованием тераваттного фемтосекундного лазерного комплекса на сапфире с титаном МЛЦ МГУ (50 мДж, 50 фс, 10 Гц). Для фокусировки излучения использовано внеосевое параболическое зеркало. Оригинальная методика его юстировки, развитая авторами проекта, обеспечивает фокусировку излучения в пятно диаметром менее 4 мкм и получение релятивистской интенсивности свыше 5х10^18 Вт/см2. В рамках проекта проведены исследования взаимодействия фемтосекундного лазерного излучения релятивистской интенсивности с пространственно неоднородной плазмой, создаваемой предымпульсом. В первой части проекта воздействие короткого предымпульса на мишень в виде жидкого металла приводило к формированию микроструй металла. Нами изучено формирование микроструй при варьировании параметров предымпульса и найдены оптимальные режимы воздействия. Показано, что формирование миркоструй связано с неоднородностью пространственного распределения энергии лазерного излучения в на поверхности мишени. В предварительных экспериментах получено существенное – до 3 раз – возрастание квазитемпературы горячих электронов при воздействии на мишень предымпульсом оптимальной конфигурации в сочетании с релятивистки интенсивным лазерным импульсом. Во второй части работы преплазма создавалась на поверхности твердой металлической мишени длинным, наносекундным импульсом с интенсивностью свыше 100 ГВт.см2. В этом режиме нами также наблюдалось существенное увеличение энергии быстрых электронов (от 200 до 1500 кэВ) при оптимальной относительной задержке между предымпульсом и основным импульсом. Существенной частью проекта является моделирование воздействия лазерного излучения на мишень с использованием гидродинамических и PIC моделей. В рамках проекта нами с помощью моделирования в рамках 2D кода CHIC показано, что неоднородность пространственного распределения энергии лазерного излучения на поверхности мишени приводит к формированию «микроструй». Ведутся интенсивные исследования ускорения электронов с помощью 3D кода Мандор.
2 1 января 2014 г.-31 января 2014 г. Особенности ускорения электронов и связанных с этим вторичных процессов в пространственно-неоднородной плазме, создаваемой сверхкоротким лазерным импульсом релятивистской интенсивности
Результаты этапа: На основе проведенного комплексного экспериментально-расчетного исследования взаимодействия релятивистки интенсивного лазерного импульса с протяженной плазмой, создаваемой наносекундным лазерным импульсом, 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. Создана уникальная для РФ фемтосекундная лазерная система, обеспечивающая проведение экспериментов при релятивистских интенсивностях излучения и обладающая сверхвысоким контрастом (лучше 10^10). В состав комплекса входит также дополнительный синхронизованный с основным комплексом лазер, формирующий протяженную преплазму с управляемыми параметрами. Развит комплекс оптических методов регистрации эволюции плазмы (теневое фотографирование, интерферометрия, оптическая спектроскопия, видеонаблюдение). Показано, что формирование микроструй на поверхности жидкометаллической мишени связано с неоднородностью распределния плотности энергии предымпульса в фокальном пятне и последущим вазимодействием ударных гидродинамических расходящихмся из области максимумов неоднородности волн. Обнаружено, что при взаимодействии релятивистски интенсивного лазерного импульса с толстыми плотными мишенями, протонных пучков с фронтальной поврехности не наблюдается при любом контрасте лазерного излучения. Вместе с тем, впервые обнаружены в этом режиме полностью ионизованные ионы углерода и кислорода.
3 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. Особенности ускорения электронов и связанных с этим вторичных процессов в пространственно-неоднородной плазме, создаваемой сверхкоротким лазерным импульсом релятивистской интенсивности
Результаты этапа: Развиты экспериментальные подходы к оптимизации генерации гамма-излучения при релятивистском лазерно-плазменном взаимодействии. Обнаружены новые режимы взаимодействия мощного сверхкороткого лазерного импульса с плазмой, в которых достигнуто существенное повышение темпа ускорения электронов. Проведено численное моделирование протекающих процессов и выявлена роль параметрических плазменных процессов и ионизации Получены спектры протонов, ускоренных на поверхности лазерной плазмы и обнаружено существенное различие в процессах ускорения на металлической и диэлектрической поверхностях. Осуществлена термоядерная d-d реакция с использованием CD2 мишеней и фотоядерная реакция с тяжелой водой.

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".