Forskere fokuserer på keglemål for at øge temperaturen på elektronstråler

Intens kortimpuls laserdrevet produktion af lyse højenergikilder, såsom røntgenstråler, neutroner og protoner, har vist sig at være et uvurderligt værktøj i studiet af videnskab med høj energitæthed.

I et forsøg på at løse nogle af de mest udfordrende applikationer, såsom røntgenstråler af objekter med høj arealtæthed til industrielle og nationale sikkerhedsapplikationer, både udbyttet og energien af ​​kilderne skal øges ud over, hvad der i øjeblikket er opnået med state-of-the-art højintensive lasersystemer.

Et team af forskere fra Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), University of Austin og General Atomics påtog sig denne udfordring. Specifikt, holdet udførte eksperimentelle målinger af varmeelektronproduktion ved hjælp af en kort puls, højkontrast laser på kegle og plane mål.

Keglegeometrien er en Compound Parabolic Concentrator (CPC) designet til at fokusere laseren til spidsen. Keglegeometrien viser højere varmeelektrontemperaturer end plane folier. Simuleringer identificerede, at den primære kilde til denne temperaturforøgelse er intensitetsforøgelsen forårsaget af CPC.

Ledet af LLNL postdoc udnævnt dekan Rusby, forskningsresultaterne er omtalt i Fysisk gennemgang E .

"Vi var i stand til at øge temperaturen på elektronstrålen fra vores højintensive laserinteraktioner ved at skyde ind i et fokuserende keglemål, " sagde Rusby. "Det viser, at vi forstår, hvordan den sammensatte parabolske koncentrator virker under disse laserforhold."

Rusby sagde, at øget kobling til højenergielektroner i disse interaktioner er afgørende for at udvikle applikationer fra laser-plasma-interaktioner.

"Det er meget opmuntrende at se betydelige forbedringer er mulige ved at bruge CPC-målplatformen på et petawatt 100 fs-lasersystem, som allerede er i stand til næsten diffraktionsbegrænset drift, " sagde Andrew MacPhee, medforfatter til avisen. "Ikke-billeddannelsesoptik anvendt til lasermålinteraktioner omdefinerer parameterrummet, der er tilgængeligt for fællesskabet."

Holdet brugte Texas petawat-lasersystemet ved University of Austin i en seks-ugers periode, som har en kort puls og høj kontrast, der gjorde, at eksperimentet kunne fungere. Målet er en sammensat CPC, der er specielt designet til at fokusere mere laserenergi mod spidsen og øge intensiteten.

"Stigningen i elektrontemperatur stemte meget overens med den stigning, vi ville forvente ved brug af CPC, " sagde Rusby.

Department of Energy's Office of Science støttede LaserNetUS-initiativet i Texas Petawatt, og LLNL's Laboratory Directed Research and Development-program finansierede holdet og den afgørende vigtige måludvikling fra General Atomics.

Holdet er blevet tildelt yderligere tid gennem LaserNetUS på Texas petawatt til at fortsætte forskningen i CPCs mål. Denne gang, holdet vil koncentrere sig om accelerationen af ​​protonerne fra den bagerste overflade og den forbedring, som CPC'erne giver.

Andrew Mackinnon, en medforfatter af papiret og en hovedefterforsker for et strategisk initiativ laboratorium rettet forskning og udvikling, bruger disse CPC-mål til projektet.

"Disse eksperimenter viste, at miniature plasma spejlmål forbedrer koblingen af ​​petawatt-klasse lasere til MeV (mega-elektronvolt) elektroner, som gavner potentielle applikationer såsom laserbaseret MeV-radiografi, " han sagde.