用于激光驱动核物理应用的超有质动力电子大电流定向束
等离子体物理
2020-06-01 v1
摘要
我们报道了在中等相对论激光强度下，多 MeV 能量范围内激光驱动增强电子束产生的新发现及其应用。在我们的实验中，强烈的亚皮秒激光脉冲在近临界电子密度（NCD）的等离子体中传播，发生电子的直接激光加速（DLA）。由于应用了亚毫米厚度的低密度聚合物泡沫，实现了向大电流相对论电子束的突破。在泡沫中，通过超声速电离机制产生了 NCD 等离子体。与激光辐照常规箔片产生的 NCD 等离子体相比，泡沫中的 DLA 加速路径得到了极大增强。测量结果表明，有效电子温度为 11{\div}13 MeV，在激光脉冲传播方向上测得的最高电子能量达 100 MeV。电子能量的增长伴随着超有质动力电子数量的急剧增加以及电子束的高度定向性，该电子束在半角为 12{\deg} 的发散锥内传播。对于与伽马驱动核反应相关的 7.5 MeV 以上能量范围，我们估计这些定向电子束携带的电荷高达 50 nC，相应的激光能量转化为电子的效率为 6%。将 1019 Wcm-2 激光强度下 NCD 等离子体中 DLA 机制产生的电子能谱与 1021 Wcm-2 超相对论激光强度下常规金属箔靶中测得的电子能谱进行了比较。在后一种情况下，记录到的有效电子温度和最高电子能量均低一半。这两种情况下电子能谱的实质性差异体现在同位素产额上。
引用
@article{arxiv.2005.14560,
title = {High current well-directed beams of super-ponderomotive electrons for laser driven nuclear physics applications},
author = {O. N. Rosmej and M. Gyrdymov and M. M. Günther and N. E. Andreev and P. Tavana and P. Neumayer and S. Zähter and N. Zahn and V. S. Popov and N. G. Borisenko and A. Kantsyrev and A. Skobliakov and V. Panyushkin and A. Bogdanov and F. Consoli and X. F. Shen and A. Pukhov},
journal= {arXiv preprint arXiv:2005.14560},
year = {2020}
}