مطالعه و بررسی شتاب دهی پروتون ها در اندرکنش لیزرهای پرتوان با هدف های فومی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری / پژوهشگاه علوم و فنون هسته ای سازمان انرژی اتمی

2 هیئت علمی دانشگاه تربیت مدرس

چکیده

شتابدهی ذرات باردار پر انرژی، از مهمترین کاربردهای اندرکنش لیزرهای پرتوان با پلاسما میباشد. با استفاده از هدف با چگالیهای نزدیک به چگالی بحرانی، به دلیل همبستگی بیشتر لیزر با پلاسما، انرژی منتقل شده از لیزر به پلاسما، افزایش مییابد. امروزه به دلیل ساخت هدفهای با ساختار فومی، با چگالی نزدیک به چگالی بحرانی، امکان استفاده از این نوع هدفهای شتاب دهی جهت مطالعه هرچه بیشتر فرآیند شتابدهی ذرات در چگالیهای نزدیک به چگالی بحرانی فراهم شده است. در این مقاله، با استفاده از شبیه سازی ذره در جعبه، شکل واقعی ساختار اهداف فومی به منظور مطالعه دقیق تر اندرکنش لیزر با هدف، مورد بررسی قرار گرفته است؛ به طوری که بهینه حالت برای فوم متخلخل از نظر ابعاد و فواصل بین حفره ها، بر مبنای بیشینه انرژی پروتونهای تولید شده پس از اتمام پالس لیزر، پیشنهاد شده است. بر اساس این مطالعات، برای فوم با چگالی 6/3 چگالی بحرانی و ضخامت 16 میکرومتر، وجود حفره هایی به قطر 5/0 میکرومتر و فواصل 5/1 میکرومتر بین مراکز حفره‌ها منجر به تولید پروتونهایی با بیشینه انرژی 40MeV میشود اما اگر حفره ها از حالت بهینه خارج شوند، کاهش انرژی بیشینه 20 درصدی برای پروتونها نسبت به فوم بدون تخلخل مشاهده میشود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Studying and surveying proton acceleration in high power laser interaction with foam targets

نویسندگان [English]

  • Reza Goodarzi 1
  • Elnaz Yazdani 2
2 Assistant Professor at Tarbiat Modares university
چکیده [English]

High energy charged particles acceleration is one of the most important applications of high-power lasers interaction with plasma. By using near critical density targets, because of better laser-plasma coupling, the transferred energy from the laser to plasma will be increased. Today, because of foam targets production, with densities near to near critical density, it is possible to use such targets in order to study more about the acceleration process of particles in densities near to critical density. In this paper, using particle in cell simulation, a realistic form of foam structure for careful studying of laser interaction with targets have been studied. The optimum conditions for porous foam’s holes’ radius and the distance between holes’ centers are proposed by considering accelerated protons’ maximum energy after finishing laser duration and it is found out that for a foam with a density of 3.6 critical density and 16 micrometer length, existence of holes with 0.5 micrometer radius and 1.5 micrometers for the distance between the centers can produce protons with 40 MeV energy but if the holes were not in proper conditions, protons’ maximum energy will be decreased about 20 percent relative to without porous foam.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Laser
  • Accelerator
  • Plasma
  • Near-critical density
  • Foam
  • Proton