Intense korte-puls lasergestuurde productie van heldere hoge-energiebronnen, zoals röntgenstralen, neutronen en protonen, is aangetoond dat het een hulpmiddel van onschatbare waarde is in de studie van wetenschap met hoge energiedichtheid.

In een poging om enkele van de meest uitdagende toepassingen aan te pakken, zoals röntgenradiografie van objecten met een hoge oppervlaktedichtheid voor industriële en nationale veiligheidstoepassingen, zowel de opbrengst als de energie van de bronnen moeten worden verhoogd tot meer dan wat momenteel is bereikt door ultramoderne lasersystemen met hoge intensiteit.

Een team van wetenschappers van het Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), University of Austin en General Atomics gingen deze uitdaging aan. specifiek, het team voerde experimentele metingen uit van de productie van hete elektronen met behulp van een korte puls, laser met hoog contrast op kegel- en vlakke doelen.

De kegelgeometrie is een Compound Parabolische Concentrator (CPC) die is ontworpen om de laser op de punt te concentreren. De kegelgeometrie vertoont hogere temperaturen van hete elektronen dan vlakke folies. Simulaties identificeerden dat de primaire bron van deze temperatuurverhoging de intensiteitstoename is die wordt veroorzaakt door de CPC.

Onder leiding van LLNL postdoctoraal aangestelde Dean Rusby, de onderzoeksresultaten zijn opgenomen in Fysieke beoordeling E .

"We waren in staat om de temperatuur van de elektronenstraal te verhogen door onze laserinteracties met hoge intensiteit door in een focuskegeldoel te schieten, "Zei Rusby. "Het laat zien dat we begrijpen hoe de samengestelde parabolische concentrator werkt onder deze laseromstandigheden."

Rusby zei dat het vergroten van de koppeling in hoogenergetische elektronen in deze interacties cruciaal is voor het ontwikkelen van toepassingen van laser-plasma-interacties.

"Het is zeer bemoedigend om te zien dat significante verbeteringen mogelijk zijn met het CPC-doelplatform op een petawatt 100 fs-lasersysteem, die al in staat is tot bijna-diffractiebeperkte werking, " zei Andrew MacPhee, co-auteur van het artikel. "Niet-beeldvormende optica toegepast op laserdoelinteracties herdefiniëren de parameterruimte die toegankelijk is voor de gemeenschap."

Het team gebruikte het Texas petawatt lasersysteem aan de Universiteit van Austin gedurende een periode van zes weken. die een korte puls en een hoog contrast heeft waardoor het experiment kon werken. Het doel is een samengestelde CPC die speciaal is ontworpen om meer laserenergie naar de punt te richten en de intensiteit te verhogen.

"De toename van de elektronentemperatuur kwam sterk overeen met de toename die we zouden verwachten bij het gebruik van de CPC, ' zei Rusby.

Het Office of Science van het Department of Energy ondersteunde het LaserNetUS-initiatief in Texas Petawatt en het Laboratory Directed Research and Development-programma van LLNL financierde het team en de cruciale doelontwikkeling van General Atomics.

Het team heeft extra tijd gekregen via LaserNetUS op de Texas Petawatt om het onderzoek naar CPC-doelen voort te zetten. Deze keer, het team zal zich concentreren op de versnelling van de protonen vanaf het achteroppervlak en de verbetering die de CPC's bieden.

Andrew Mackinnon, een co-auteur van het papier en een hoofdonderzoeker voor een Strategisch Initiatief Laboratory Directed Research &Development, gebruikt deze CPC-doelen voor het project.

"Deze experimenten toonden aan dat miniatuur plasmaspiegeldoelen de koppeling van lasers van petawatt-klasse aan MeV (mega-elektronvolt) elektronen verbeteren, wat potentiële toepassingen ten goede komt, zoals op laser gebaseerde MeV-radiografie, " hij zei.