Denna bild visar intensifieringen av lasern i simuleringar och elektronerna som accelereras. Kredit:Lawrence Livermore National Laboratory
Intensiv kortpulsad laserdriven produktion av ljusa högenergikällor, som röntgen, neutroner och protoner, har visat sig vara ett ovärderligt verktyg i studiet av vetenskap med hög energitäthet.
I ett försök att ta itu med några av de mest utmanande applikationerna, såsom röntgenröntgen av objekt med hög arealdensitet för industriella och nationella säkerhetstillämpningar, både utbytet och energin hos källorna måste ökas utöver vad som för närvarande har uppnåtts med toppmoderna högintensiva lasersystem.
Ett team av forskare från Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), University of Austin och General Atomics antog denna utmaning. Specifikt, teamet genomförde experimentella mätningar av hetelektronproduktion med en kort puls, högkontrastlaser på kon och plana mål.
Kongeometrin är en Compound Parabolic Concentrator (CPC) designad för att fokusera lasern till spetsen. Kongeometrin visar högre heta elektrontemperaturer än plana folier. Simuleringar identifierade att den primära källan till denna temperaturhöjning är den intensitetsökning som orsakas av CPC.
Leds av LLNL postdoktor Dean Rusby, forskningsresultaten finns med i Fysisk granskning E .
"Vi kunde öka temperaturen på elektronstrålen från våra högintensiva laserinteraktioner genom att skjuta in i ett fokuserande konmål, "Sa Rusby. "Det visar att vi förstår hur den sammansatta paraboliska koncentratorn fungerar under dessa laserförhållanden."
Rusby sa att öka kopplingen till elektroner med hög energi i dessa interaktioner är avgörande för att utveckla applikationer från laser-plasma-interaktioner.
Denna bild visar den experimentella inställningen som visar målet, laser- och elektronspektrometer. En 3D-ritning av CPC, tantalsubstrat och den inkommande lasern visas också. Kredit:Lawrence Livermore National Laboratory
"Det är mycket uppmuntrande att se betydande förbättringar är möjliga genom att använda CPC-målplattformen på ett petawatt 100 fs-lasersystem, som redan är kapabel till nära diffraktionsbegränsad drift, " sa Andrew MacPhee, medförfattare till tidningen. "Icke-avbildningsoptik som tillämpas på lasermålinteraktioner omdefinierar parameterutrymmet som är tillgängligt för samhället."
Teamet använde Texas petawattlasersystem vid University of Austin under en sexveckorsperiod, som har en kort puls och hög kontrast som gjorde att experimentet fungerade. Målet är en sammansatt CPC som är speciellt utformad för att fokusera mer laserenergi mot spetsen och öka intensiteten.
"Ökningen i elektrontemperatur stämde starkt överens med ökningen vi kunde förvänta oss när vi använde CPC, sa Rusby.
Department of Energys Office of Science stödde LaserNetUS-initiativet vid Texas Petawatt och LLNL:s Laboratory Directed Research and Development-program finansierade teamet och den avgörande målutvecklingen från General Atomics.
Teamet har tilldelats ytterligare tid genom LaserNetUS vid Texas petawatt för att fortsätta forskningen om CPC:s mål. Den här gången, Teamet kommer att koncentrera sig på accelerationen av protonerna från den bakre ytan och den förbättring som CPC:erna ger.
Andrew Mackinnon, en medförfattare till uppsatsen och en huvudutredare för ett Strategic Initiative Laboratory Directed Research &Development, använder dessa CPC-mål för projektet.
"Dessa experiment visade att miniatyrplasmaspegelmål förbättrar kopplingen av petawatt-klasslasrar till MeV (mega-elektronvolt) elektroner, vilket gynnar potentiella tillämpningar som laserbaserad MeV-röntgen, " han sa.
