Optimering af laserdrevet elektronacceleration

Samspillet mellem lasere og stof er i spidsen for nye undersøgelser af grundlæggende fysik og danner et potentielt grundlag for nye teknologiske innovationer. Et af initiativerne, der står i spidsen for denne undersøgelse, er projektet Extreme Light Infrastructure Nuclear Physics (ELI-NP). Her er projektets High-Power Laser System (HPLS) – verdens mest kraftfulde laser – blot et af værktøjerne, der driver elektronacceleration med lasere, Direkte laseracceleration (DLA). I et nyt blad udgivet i EPJ D , Etele Molnar, ELI-NP, Bukarest, og medforfattere studerer og gennemgår karakteristikaene ved elektronacceleration i et vakuum forårsaget af laserimpulser med den højeste effekt, der kan opnås i dag, på udkig efter nøglen til maksimal nettoenergigevinst.

I særdeleshed, forfatterne beregner de optimale værdier af laserstrålen, der kræves for at opnå maksimal elektronenergi for forskellige lasereffektniveauer. De observerer, at tuning af visse aspekter af en laser, såsom dens stråletalje - det punkt, hvor en laserstråle har sin minimale radius - kan positivt øge den maksimale acceleration af elektroner i et vakuum for både lineært og cirkulært polariserede lasere.

Som det kan forventes, Molnar og kolleger finder ud af, at elektronernes nettoenergi, og dermed deres acceleration, er hævet med øget lasereffekt for stråler med optimal stråletalje. Artiklen beskriver en gennemsnitlig energiforøgelse i elektroner på nogle få MeV i fuld puls interaktioner, hvor den højeste energi elektroner besidder er omkring 160 MeV. I andre tilfælde, såsom halvpuls-interaktioner, imidlertid, forfatterne siger, at disse energigevinster er næsten en størrelsesorden større - når op til 1 GeV.

Med hensyn til fremtidig forskning, papiret fremlægger andre potentielle retninger. For eksempel, forskerne foreslår, at en undersøgelse med fokus på direkte laseracceleration med højere Laguerre Gauss-tilstande - cirkulært symmetriske stråleprofiler eller lasere med hulrum, der er cylindrisk symmetriske - bør følge det aktuelle papir.