Cette image montre l'intensification du laser dans les simulations et l'accélération des électrons. Crédit :Laboratoire national Lawrence Livermore
Production intense par laser à impulsions courtes de sources lumineuses à haute énergie, comme les rayons X, neutrons et protons, s'est avéré être un outil inestimable dans l'étude de la science à haute densité d'énergie.
Dans un effort pour répondre à certaines des applications les plus difficiles, telles que la radiographie aux rayons X d'objets à haute densité surfacique pour des applications industrielles et de sécurité nationale, le rendement et l'énergie des sources doivent être augmentés au-delà de ce qui est actuellement atteint par les systèmes laser à haute intensité de pointe.
Une équipe de scientifiques du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), L'Université d'Austin et General Atomics ont relevé ce défi. Spécifiquement, l'équipe a effectué des mesures expérimentales de la production d'électrons chauds à l'aide d'une impulsion courte, laser à contraste élevé sur des cibles coniques et planes.
La géométrie du cône est un concentrateur parabolique composé (CPC) conçu pour focaliser le laser sur la pointe. La géométrie du cône montre des températures d'électrons chauds plus élevées que les feuilles planes. Les simulations ont identifié que la principale source de cette augmentation de la température est l'augmentation d'intensité causée par le CPC.
Dirigé par le candidat postdoctoral LLNL Dean Rusby, les résultats de la recherche sont présentés dans Examen physique E .
"Nous avons pu augmenter la température du faisceau d'électrons de nos interactions laser à haute intensité en tirant dans une cible à cône de focalisation, " a déclaré Rusby. " Cela montre que nous comprenons comment le concentrateur parabolique composé fonctionne dans ces conditions laser. "
Rusby a déclaré que l'augmentation du couplage en électrons de haute énergie dans ces interactions est cruciale pour le développement d'applications à partir des interactions laser-plasma.
Cette image montre la configuration expérimentale affichant la cible, spectromètre laser et électronique. Un dessin 3D du CPC, substrat de tantale et le laser entrant est également affiché. Crédit :Laboratoire national Lawrence Livermore
« Il est très encourageant de voir que des améliorations significatives sont possibles en utilisant la plate-forme cible CPC sur un système laser de classe pétawatt 100 fs, qui est déjà capable d'un fonctionnement limité par diffraction proche, " a déclaré Andrew MacPhee, co-auteur de l'article. « L'optique sans imagerie appliquée aux interactions avec les cibles laser redéfinit l'espace des paramètres accessible à la communauté. »
L'équipe a utilisé le système laser Texas petawatt à l'Université d'Austin pendant une période de six semaines, qui a une impulsion courte et un contraste élevé qui ont permis à l'expérience de fonctionner. La cible est un CPC composé spécialement conçu pour concentrer plus d'énergie laser vers la pointe et augmenter l'intensité.
"L'augmentation de la température des électrons est fortement en accord avec l'augmentation à laquelle nous nous attendrions lors de l'utilisation du CPC, " dit Rusby.
Le bureau des sciences du ministère de l'Énergie a soutenu l'initiative LaserNetUS au Texas Petawatt et le programme de recherche et développement dirigé par le laboratoire du LLNL a financé l'équipe et le développement de la cible d'une importance cruciale de General Atomics.
L'équipe a obtenu du temps supplémentaire via LaserNetUS au Texas petawatt pour poursuivre ses recherches sur les cibles CPC. Cette fois, l'équipe se concentrera sur l'accélération des protons à partir de la surface arrière et l'amélioration apportée par les CPC.
Andrew Mackinnon, co-auteur de l'article et chercheur principal pour une initiative stratégique de recherche et développement dirigée par un laboratoire, utilise ces cibles CPC pour le projet.
"Ces expériences ont montré que les cibles miniatures de miroirs à plasma améliorent le couplage des lasers de la classe pétawatt aux électrons MeV (méga-électronvolts), ce qui profite à des applications potentielles telles que la radiographie MeV au laser, " il a dit.
