基于Petawatt Laguerre-Gaussian激光的质子加速
等离子体物理
2025-01-23 v1
摘要
高能、高通量的准直质子束具有高重复率,这对于质子治疗、质子辐射成像、高能密度物质生成以及紧凑型粒子加速器等应用至关重要。然而,要实现质子束准直,通常需要复杂且昂贵的靶材制造或精确控制辅助激光脉冲,这对高重复应用构成了显著限制。本文演示了一种仅需单一超快Laguerre-Gaussian(LG)激光（强度超过10^20 W/cm^2）照射简单平面靶材即可实现准直质子加速的全光方法。与传统的高斯激光驱动方案相比,最大质子能量提升了60%（达到35 MeV),束口较小。粒子-in-cell仿真揭示,LG激光的空心电场sheath场初期聚焦等离子体喷流,随后喷流中的电子被自生成磁场进一步准直。这一过程放大了电子与离子间的电荷分离电场,导致质子在纵向方向获得更高能量,并在横向方向实现更好的准直。这种基于单一LG激光的准直机制为高重复率、高品质质子束生成提供了前景,并具有广泛的应用前景,包括质子治疗和惯性约束聚变中的快速点火。
引用
@article{arxiv.2501.12683,
title = {Enhanced Proton Acceleration via Petawatt Laguerre-Gaussian Lasers},
author = {Wenpeng Wang and Xinyue Sun and Fengyu Sun and Zhengxing Lv and K. Glize and Zhiyong Shi and Yi Xu and Zongxin Zhang and Fenxiang Wu and Jiabing Hu and Jiayi Qian and Jiacheng Zhu and Xiaoyan Liang and Yuxin Leng and Ruxin Li and Zhizhan Xu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2501.12683},
year = {2025}
}