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10拍瓦级激光作用下磁偶极波中的真空击穿

Vacuum breakdown in magnetic dipole wave by 10-PW class lasers.

作者信息

Efimenko E S, Bashinov A V, Muraviev A A, Volokitin V D, Meyerov I B, Leuchs G, Sergeev A M, Kim A V

机构信息

Institute of Applied Physics, Russian Academy of Sciences, 603950 Nizhny Novgorod, Russia.

Lobachevsky State University of Nizhni Novgorod, Department of Mathematical Software and Supercomputing Technologies, 603950 Nizhny Novgorod, Russia.

出版信息

Phys Rev E. 2022 Jul;106(1-2):015201. doi: 10.1103/PhysRevE.106.015201.

DOI:10.1103/PhysRevE.106.015201
PMID:35974567
Abstract

The vacuum breakdown by 10-PW-class lasers is studied in the optimal configuration of laser beams in the form of an m-dipole wave, which maximizes the magnetic field. Using 3D PIC simulations we calculated the threshold of vacuum breakdown, which is about 10 PW. We examined in detail the dynamics of particles and identified particle trajectories which contribute the most to vacuum breakdown in such highly inhomogeneous fields. We analyzed the dynamics of the electron-positron plasma distribution on the avalanche stage. It is shown that the forming plasma structures represent concentric toroidal layers and the interplay between particle ensembles from different spatial regions favors vacuum breakdown. Based on the angular distribution of charged particles and gamma photons a way to experimentally identify the process of vacuum breakdown is proposed.

摘要

在以m - 偶极波形式存在的激光束最佳配置下研究了10拍瓦级激光引发的真空击穿,这种配置能使磁场最大化。通过三维粒子模拟,我们计算出了真空击穿阈值,约为10拍瓦。我们详细研究了粒子动力学,并确定了在这种高度不均匀场中对真空击穿贡献最大的粒子轨迹。我们分析了雪崩阶段电子 - 正电子等离子体分布的动力学。结果表明,形成的等离子体结构呈现为同心环形层,不同空间区域的粒子集合之间的相互作用有利于真空击穿。基于带电粒子和伽马光子的角分布,提出了一种通过实验识别真空击穿过程的方法。

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