用于产生准直多MeV质子束的全光学紧凑 setup 采用“螺旋”靶

本文考虑了一种光学方案，用于利用由~$10^5$~T 量级磁场诱导的微型“螺旋”靶通过 petawatt 或多 petawatt 激光照射（在 ps 或 fs 量级下）实现高能质子束的准直。这种磁场已知被冻结于热等离子体中，存在至少数百皮秒的时间尺度，允许用于控制带电粒子束。高强度的磁场以及紧凑的尺寸恰好满足全集成光学 setup 的条件：首先，激光束通过例如靶面法向加速机制（TNSA）加速质子；其次，紧随其后的螺旋靶被驱动以引导质子束。重要问题在于，用于两种质子加速方案以及所考虑靶中磁场产生的激光驱动器可能具有相同的特性，甚至可以是来自一个被分割的束的组成部分。数值仿真表明，所考虑的 setup 可用于对~100~MeV 质子进行有效准直。准直效应对磁场细微结构的依赖较小，可针对简单磁偶极场轮廓和更复杂的类似轴向的轮廓（考虑相互作用区域中电流的复杂结构）进行观察。所获结果对于开发产生低发散和高能加速粒子束的强激光驱动源具有重要意义。