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激光脉冲与微米厚CH₂靶相对论相互作用产生的85 MeV以上的最大质子能量

Maximum Proton Energy above 85 MeV from the Relativistic Interaction of Laser Pulses with Micrometer Thick CH_{2} Targets.

作者信息

Wagner F, Deppert O, Brabetz C, Fiala P, Kleinschmidt A, Poth P, Schanz V A, Tebartz A, Zielbauer B, Roth M, Stöhlker T, Bagnoud V

机构信息

GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH, Planckstraße 1, 64291 Darmstadt, Germany.

Helmholtz Institut Jena, Fröbelstieg 3, 07743 Jena, Germany.

出版信息

Phys Rev Lett. 2016 May 20;116(20):205002. doi: 10.1103/PhysRevLett.116.205002. Epub 2016 May 19.

Abstract

We present a study of laser-driven ion acceleration with micrometer and submicrometer thick plastic targets. Using laser pulses with high temporal contrast and an intensity of the order of 10^{20}  W/cm^{2} we observe proton beams with cutoff energies in excess of 85 MeV and particle numbers of 10^{9} in an energy bin of 1 MeV around this maximum. We show that applying the target normal sheath acceleration mechanism with submicrometer thick targets is a very robust way to achieve such high ion energies and particle fluxes. Our results are backed with 2D particle in cell simulations furthermore predicting cutoff energies above 200 MeV for acceleration based on relativistic transparency. This predicted regime can be probed after a few technically feasible adjustments of the laser and target parameters.

摘要

我们展示了一项关于使用微米和亚微米厚塑料靶进行激光驱动离子加速的研究。利用具有高时间对比度且强度约为10²⁰W/cm²的激光脉冲,我们观察到截止能量超过85 MeV的质子束,并且在该最大值附近1 MeV的能量区间内粒子数为10⁹。我们表明,对亚微米厚的靶应用靶面法线鞘层加速机制是实现如此高离子能量和粒子通量的一种非常可靠的方法。我们的结果得到了二维粒子模拟的支持,此外还预测基于相对论透明度的加速截止能量高于200 MeV。在对激光和靶参数进行一些技术上可行的调整后,可以探索这个预测的区域。

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