Интенсивные пучки фотонов и частиц в МэВ диапазоне энергий являются эффективными инструментами во многих областях исследований, таких как создание и диагностика вещества в экстремальных состояниях в экспериментах по УТС, ядерная физика и материаловедение, а также в медицинских и биофизических приложениях. Рассмотрены различные процессы лазерно-плазменного ускорения электронов, начиная с механизма кильватерного ускорения в режиме самомодуляции лазерного импульса [1]. Этот режим генерации ультрарелятивистских электронов лежит в основе создания платформы для диагностики сжатого вещества мишени в ряде крупных лабораторий, ведущих исследования в области термоядерного синтеза с инерционным удержанием [2, 3].
В настоящее время обсуждается более эффективная концепция создания источников γ-излучения и нейтронов, основанная на генерации релятивистских электронов в режиме прямого лазерного ускорения. Лазерные системы ПВт класса мощности, которые могут генерировать субпикосекундные и фемтосекундные импульсы, сфокусированные до ультрарелятивистской интенсивности, являются хорошими кандидатами для создания сильноточных пучков ультрарелятивистских электронов в протяженной плазме с плотностью, близкой к критической [4, 5], что подтверждено в экспериментах [6, 7]. В этих экспериментах, где полимерные аэрогели низкой плотности, изготовленные в ФИАН [8], использовались для создания плазменных мишеней, была зарегистрирована генерация ультрарелятивистских электронов, гамма-излучения и нейтронов с рекордными эффективностями преобразования энергии лазерного импульса в энергию вторичных источников [9].
Получены и проанализированы зависимости параметров лазерно-генерируемых сгустков электронов и жесткого излучения от интенсивности лазерного излучения и плотности плазмы для субпикосекундных и фемтосекундных лазерных импульсов с учетом текущих и будущих экспериментов [5, 10, 11]. Разработанный подход указывает на возможность значительного увеличения эффективности существующих кДж лазерных систем ПВт класса, используемых для исследований в области термоядерного синтеза с инерционным удержанием, и может быть применен для повышения эффективности широкого класса вторичных лазерных источников, таких как, источники электронов, позитронов, бетатронного и тормозного излучения, протонов и нейтронов различного назначения.
Авторы
1,2Андреев Н.Е.
1Объединенный институт высоких температур РАН, Москва, Россия, andreev@ras.ru
2Московский физико-технический институт (НИУ), г. Долгопрудный, Россия