[go: up one dir, main page]

RU2826450C1 - Method of spatially directed laser acceleration of beam of charged particles in plasma with inhomogeneous concentration of electrons - Google Patents

Method of spatially directed laser acceleration of beam of charged particles in plasma with inhomogeneous concentration of electrons Download PDF

Info

Publication number
RU2826450C1
RU2826450C1 RU2024107036A RU2024107036A RU2826450C1 RU 2826450 C1 RU2826450 C1 RU 2826450C1 RU 2024107036 A RU2024107036 A RU 2024107036A RU 2024107036 A RU2024107036 A RU 2024107036A RU 2826450 C1 RU2826450 C1 RU 2826450C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
plasma
pulse
axis
accelerating
laser
Prior art date
Application number
RU2024107036A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Константин Анатольевич Иванов
Андрей Борисович Савельев-Трофимов
Диана Алексеевна Горлова
Иван Николаевич Цымбалов
Сергей Анатольевич Шуляпов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова" (МГУ)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова" (МГУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова" (МГУ)
Application granted granted Critical
Publication of RU2826450C1 publication Critical patent/RU2826450C1/en

Links

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: invention relates to a method for spatially directed acceleration of particles by ultrashort laser pulses of high intensity in plasma with inhomogeneous distribution of electron concentration. Method involves directing a focused accelerating laser pulse of femtosecond duration with power of more than 0.1 terawatt through plasma, forming a plasma channel along the optical axis of the laser pulse and gaining energy by particles over the length of the plasma channel. Plasma channel curvature is provided, caused by deviation of the axis of propagation of the accelerating pulse relative to the initial direction, due to refraction of light in the presence of a transverse gradient of concentration of electrons in the plasma, as well as changing the direction of the beam of accelerated electrons in accordance with the curvature of the plasma channel and the axis of propagation of the accelerating pulse while maintaining the average energy of particles in the beam and divergence of the beam.
EFFECT: possibility of obtaining a collimated electron beam with divergence less than 0.1 rad and average particle energy of more than 1 MeV by means of pulsed laser acceleration of the beam in plasma with a transverse gradient of electron concentration relative to the axis of propagation of the accelerating laser pulse.
5 cl, 3 dwg

Description

Область техникиField of technology

Изобретение относится к области получения пучков заряженных частиц, в частности, к способам одновременного ускорения и управления направленностью коллимированного пучка высокоэнергетичных электронов и, точнее, к способам пространственно направленного ускорения частиц сверхкороткими лазерными импульсами высокой интенсивности в плазме с неоднородным распределением концентрации электронов.The invention relates to the field of producing beams of charged particles, in particular, to methods of simultaneously accelerating and controlling the directionality of a collimated beam of high-energy electrons and, more precisely, to methods of spatially directed acceleration of particles by ultra-short high-intensity laser pulses in a plasma with a non-uniform distribution of electron concentration.

Уровень техникиState of the art

Известны различные способы получения коллимированного электронного пучка с высокой энергией частиц, в частности, при прохождении лазерного излучения фемтосекундной длительности с высокой пиковой интенсивностью через плазму, сопровождающимся образованием плазменного канала в результате самофокусировки излучения и/или пондеромоторного действия лазерного импульса. Компактные размеры и высокая эффективность лазерных источников пучков заряженных частиц определяют перспективы их использования в медицинской физике, ядерной физике, генерации терагерцового излучения и других приложениях как фундаментального, так и прикладного характера.There are various methods for obtaining a collimated electron beam with high particle energy, in particular, when femtosecond laser radiation with high peak intensity passes through plasma, accompanied by the formation of a plasma channel as a result of self-focusing of radiation and/or ponderomotive action of the laser pulse. The compact size and high efficiency of laser sources of charged particle beams determine the prospects for their use in medical physics, nuclear physics, generation of terahertz radiation and other applications of both fundamental and applied nature.

Из уровня техники известен способ ускорения в плазменном канале за счёт электромагнитных полей лазерного излучения (так называемое «прямое лазерное ускорение» (Direct Laser Acceleration)), раскрытый, например, в публикации A.E. Hussein и др. «Towards the optimisation of direct laser acceleration» // New Journal of Physics (2021) 23 023031. Известен также способ ускорения в плазменном канале продольными полями плазменной волны («кильватерное ускорение» (Wakefield Acceleration)) на заднем фронте лазерного импульса, раскрытый, например, в публикации T. Tajima и др. «Wakefield acceleration» // Reviews of Modern Plasma Physics (2020) 4:7. The prior art includes a method for acceleration in a plasma channel using electromagnetic fields of laser radiation (the so-called "direct laser acceleration"), disclosed, for example, in the publication by A. E. Hussein et al. "Towards the optimisation of direct laser acceleration" // New Journal of Physics (2021) 23 023031. Also known is a method for acceleration in a plasma channel using longitudinal fields of a plasma wave ("wakefield acceleration") at the trailing edge of a laser pulse, disclosed, for example, in the publication by T. Tajima et al. "Wakefield acceleration" // Reviews of Modern Plasma Physics (2020) 4:7.

Указанные источники в разной степени раскрывают физический принцип формирования плазменного канала и механизма ускорения пучка электронов в нём, но не формулируют подходов к управлению направленностью электронного пучка. Интенсивность лазерного излучения с пиковой мощностью выше 0.1 тераватт достигается при фокусировке в условиях вакуума (менее 0.1 торр) значения выше 1017 Вт/см2. Прохождение такого лазерного излучения в области перетяжки через оптически прозрачную плазму (с концентрацией электронов менее критической величины, которая для длины волны 800 нм равна ~1.7x1021 см-3 или более с учётом релятивистских эффектов) сопровождается фазовой самомодуляцией, самофокусировкой за счёт вытеснения электронов от оси лазерного импульса пондеромоторным действием света, образованием плазменного канала и захватом фоновых электронов с последующим ускорением до средней энергии от 1 МэВ и более на масштабе длины около 0.05-10 мм. Коллимация электронного пучка составляет 0.1 рад и менее, а заряд достигает единиц нКл. The above sources to varying degrees disclose the physical principle of plasma channel formation and the mechanism of electron beam acceleration in it, but do not formulate approaches to controlling the electron beam directionality. The intensity of laser radiation with a peak power above 0.1 terawatt is achieved by focusing in vacuum conditions (less than 0.1 Torr) values above 10 17 W/cm 2 . The passage of such laser radiation in the waist region through optically transparent plasma (with an electron concentration below the critical value, which for a wavelength of 800 nm is equal to ~1.7x10 21 cm -3 or more, taking into account relativistic effects) is accompanied by phase self-modulation, self-focusing due to the displacement of electrons from the laser pulse axis by the ponderomotive action of light, the formation of a plasma channel and the capture of background electrons with subsequent acceleration to an average energy of 1 MeV or more on a length scale of about 0.05-10 mm. The collimation of the electron beam is 0.1 rad or less, and the charge reaches units of nC.

В ряде задач помимо высокой энергии и заряда пучка необходима возможность управления направленностью движения частиц после ускорения. Обычно для этого используется магнитная оптика и дефлекторы. In a number of tasks, in addition to high energy and beam charge, it is necessary to be able to control the direction of particle motion after acceleration. Magnetic optics and deflectors are usually used for this purpose.

Известна система корректировки траекторий потока заряженных частиц в магнитном поле по патенту РФ №2643507, включающая электрически связанные между собой генератор высоковольтных импульсов, линии, обеспечивающие создание магнитного поля на пути потока частиц, средство передачи высоковольтного импульса от генератора высоковольтных импульсов к линии, обеспечивающей формирование магнитного поля на пути потока частиц, отличающаяся тем, что линии, обеспечивающие создание магнитного поля на пути потока частиц, образуют токовую петлю с волновым сопротивлением ρ, средство передачи высоковольтного импульса от генератора высоковольтных импульсов выполнено в виде передающих линий, каждая из которых имеет волновое сопротивление ρ, равное волновому сопротивлению токовой петли, а генератор высоковольтных импульсов построен на формирующих линиях с общим волновым сопротивлением ρ/2 и образован соединенными с внешним статическим источником питания n формирующими линиями, причем волновое сопротивление каждой формирующей линии равно nρ/2, при этом формирующие линии электрически связаны с управляемым разрядником, соединенным с передающими линиями и далее с токовой петлей. A system for correcting the trajectories of a flow of charged particles in a magnetic field is known according to Russian Patent No. 2643507, including a high-voltage pulse generator, lines that provide the creation of a magnetic field on the path of the particle flow, electrically interconnected, a means for transmitting a high-voltage pulse from the high-voltage pulse generator to a line that provides the formation of a magnetic field on the path of the particle flow, characterized in that the lines that provide the creation of a magnetic field on the path of the particle flow form a current loop with a wave impedance ρ, the means for transmitting a high-voltage pulse from the high-voltage pulse generator is made in the form of transmission lines, each of which has a wave impedance ρ equal to the wave impedance of the current loop, and the high-voltage pulse generator is built on forming lines with a total wave impedance ρ/2 and is formed by n forming lines connected to an external static power source, wherein the wave impedance of each forming line is equal to nρ/2, wherein the forming lines are electrically connected to a controlled arrester, connected to transmission lines and then to the current loop.

Указанная система обладает высокой инерционностью и не позволяет быстро изменять угол отклонения электронного пучка. Спектральная селективность магнитных систем снижает полезный заряд пучка и может снизить степень коллимации.The specified system has high inertia and does not allow for rapid changes in the electron beam deflection angle. Spectral selectivity of magnetic systems reduces the useful beam charge and can reduce the degree of collimation.

Известна полезная модель по патенту РФ №156716, раскрывающая пироэлектрический дефлектор пучка заряженных частиц, содержащий модуль с кронштейном-теплопроводом, два пироэлектрических кристалла, элемент Пельтье, отличающийся тем, что устройство состоит из двух модулей, расположенных друг напротив друга на расстоянии, определяемом поперечным размером управляемого пучка, каждый из модулей содержит один пироэлектрический кристалл, соединенный с элементом Пельтье, дополнительно встроенным теплопроводом, выполненным в виде пластины. С применением данной полезной модели экспериментально показана возможность отклонения пучка электронов с энергией 7 МэВ на угол 26 мрад (V.I. Alekseev et al. “Pyroelectric deflector of relativistic electron beam” // Chinese Journal of Physics 2022, 77, p.2298 ). A utility model is known under Russian patent No. 156716, which discloses a pyroelectric deflector of a charged particle beam, comprising a module with a bracket-heat conductor, two pyroelectric crystals, a Peltier element, characterized in that the device consists of two modules located opposite each other at a distance determined by the transverse size of the controlled beam, each of the modules contains one pyroelectric crystal connected to the Peltier element, an additional built-in heat conductor made in the form of a plate. Using this utility model, the possibility of deflecting an electron beam with an energy of 7 MeV by an angle of 26 mrad was experimentally demonstrated (V.I. Alekseev et al. “Pyroelectric deflector of relativistic electron beam” // Chinese Journal of Physics 2022, 77, p.2298).

Недостатком данного решения является малый угол отклонения, медленность отклика отклоняющего поля на изменение параметров системы, необходимость глубокого вакуума для недопущения пробоя между пироэлектрическими кристаллами.The disadvantage of this solution is the small deflection angle, the slow response of the deflection field to changes in system parameters, and the need for a deep vacuum to prevent breakdown between the pyroelectric crystals.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ отклонения оси распространения пучка электронов от первоначального направления оптическими методами при ускорении электронного пучка продольными плазменными полями в искривленном плазменном канале. Для этого плазма создается электрическим разрядом в наполненном газом капилляре, изготовленном внутри твердого тела путём выфрезерования, по которому проходит ускоряющий мощный фемтосекундный лазерный импульс (X. Zhu и др. «Experimental Demonstration of Laser Guiding and Wakefield Acceleration in a Curved Plasma Channel» // PHYSICAL REVIEW LETTERS 130. 215001, 2023).The closest in technical essence to the claimed invention is a method for deflecting the propagation axis of an electron beam from the initial direction using optical methods during acceleration of the electron beam by longitudinal plasma fields in a curved plasma channel. For this purpose, plasma is created by an electric discharge in a gas-filled capillary made inside a solid by milling, through which an accelerating powerful femtosecond laser pulse passes (X. Zhu et al. "Experimental Demonstration of Laser Guiding and Wakefield Acceleration in a Curved Plasma Channel" // PHYSICAL REVIEW LETTERS 130. 215001, 2023).

Недостатком данного технического решения является постоянство угла отклонения электронного пучка от первоначальной оси, которая определяется фрезеровкой капилляра. Помимо этого, капилляр подвержен постепенной деградации из-за оптического пробоя его стенок лазерным излучением. Также работа с газовыми мишенями на высокой частоте повторения импульсов создаёт высокую нагрузку на вакуумную систему откачки газа.The disadvantage of this technical solution is the constancy of the angle of deviation of the electron beam from the initial axis, which is determined by the milling of the capillary. In addition, the capillary is subject to gradual degradation due to optical breakdown of its walls by laser radiation. Also, working with gas targets at a high pulse repetition rate creates a high load on the vacuum gas pumping system.

Таким образом, техническая проблема, решаемая посредством заявляемого изобретения, заключается в необходимости преодоления недостатков, присущих приведенным выше аналогам и прототипу, за счёт создания способа одновременного ускорения и быстрого контролируемого управления в значительных угловых пределах направленностью электронного пучка, получаемого на лазерном ускорителе непосредственно на этапе набора частицами энергии в плазме.Thus, the technical problem solved by the claimed invention consists in the need to overcome the shortcomings inherent in the above-mentioned analogs and prototype, by creating a method for simultaneous acceleration and rapid controlled control over significant angular limits of the directionality of an electron beam obtained in a laser accelerator directly at the stage of gaining energy by particles in the plasma.

Краткое раскрытие сущности изобретенияBrief description of the invention

Технический результат изобретения заключается в получении коллимированного пучка электронов с высокой энергией и зарядом с контролируемой направленностью и достигаемый в схеме импульсного лазерного ускорения пучка в плазме с поперечным градиентом концентрации электронов относительно оси распространения ускоряющего лазерного импульса.The technical result of the invention consists in obtaining a collimated electron beam with high energy and charge with controlled directionality and achieved in a scheme of pulsed laser beam acceleration in plasma with a transverse gradient of electron concentration relative to the axis of propagation of the accelerating laser pulse.

Заявленный технический результат достигается в результате реализации способа пространственно направленного лазерного ускорения пучка заряженных частиц с расходимостью менее 0.1 рад и средней энергией частиц более 1 МэВ в плазме с неоднородной концентрацией электронов, который включает следующие действия: The stated technical result is achieved as a result of implementing a method of spatially directed laser acceleration of a beam of charged particles with a divergence of less than 0.1 rad and an average particle energy of more than 1 MeV in a plasma with a non-uniform electron concentration, which includes the following actions:

- направление сфокусированного ускоряющего лазерного импульса фемтосекундной длительности с мощностью более 0.1 тераватт через плазму, при этом концентрация электронов в плазме для центральной длины волны ускоряющего импульса ниже критической и обладает поперечным градиентом, определяющим градиент показателя преломления плазмы, относительно оси направления фемтосекундного импульса, - direction of a focused accelerating laser pulse of femtosecond duration with a power of more than 0.1 terawatt through the plasma, while the electron concentration in the plasma for the central wavelength of the accelerating pulse is below the critical value and has a transverse gradient that determines the gradient of the refractive index of the plasma relative to the axis of the direction of the femtosecond pulse,

- формирование вдоль оптической оси лазерного импульса плазменного канала с длиной, превышающей длину перетяжки сфокусированного фемтосекундного импульса, в результате самофокусировки фемтосекундного импульса и/или пондеромоторного действия света по мере распространения лазерного излучения сквозь плазму,- formation along the optical axis of the laser pulse of a plasma channel with a length exceeding the waist length of the focused femtosecond pulse, as a result of self-focusing of the femtosecond pulse and/or the ponderomotive action of light as the laser radiation propagates through the plasma,

- набор энергии частицами в схеме импульсного лазерно-плазменного ускорения на длине плазменного канала в поле поперечных электромагнитных волн ускоряющего лазерного импульса или в продольных электрических полях плазменной волны, формируемой ускоряющим лазерным импульсом,- energy accumulation by particles in the pulsed laser-plasma acceleration scheme along the length of the plasma channel in the field of transverse electromagnetic waves of the accelerating laser pulse or in the longitudinal electric fields of the plasma wave formed by the accelerating laser pulse,

- искривление плазменного канала, вызванное отклонением оси распространения фемтосекундного лазерного импульса относительно начального направления за счёт преломления света в присутствии поперечного градиента концентрации электронов в плазме, - curvature of the plasma channel caused by the deviation of the propagation axis of the femtosecond laser pulse relative to the initial direction due to the refraction of light in the presence of a transverse gradient of electron concentration in the plasma,

- изменение направления пучка ускоряемых электронов в соответствии с искривлением плазменного канала и оси распространения ускоряющего фемтосекундного импульса с сохранением средней энергии частиц в пучке и расходимости пучка, при этом угол отклонения пучка частиц от первоначальной оси определяется градиентом концентрации электронов в плазме. - changing the direction of the beam of accelerated electrons in accordance with the curvature of the plasma channel and the axis of propagation of the accelerating femtosecond pulse while maintaining the average energy of the particles in the beam and the divergence of the beam, while the angle of deviation of the particle beam from the original axis is determined by the gradient of the electron concentration in the plasma.

Плазма обладает цилиндрически симметричным распределением концентрации электронов, при этом градиент направлен поперёк оси распространения ускоряющего фемтосекундного импульса. Параллельное смещение первоначальной оси распространения ускоряющего фемтосекундного импульса относительно оси симметрии плазмы обеспечивает прохождение импульса через плазму с поперечным градиентом концентрации и искривление плазменного канала и изменение направления пучка ускоряемых частиц. В плазме с цилиндрически симметричным распределением концентрации электронов параллельное смещение может быть осуществлено в любом радиальном направлении, что приводит к отклонению пучка частиц также в любом направлении при сохранении средней энергии частиц в пучке и расходимости пучка. Плазму с цилиндрически симметричным распределением концентрации предварительно формируют при ионизации, абляции и пробое тонкой твердотельной фольги греющим лазерным импульсом длительностью в 0.1-10 наносекунд, сфокусированном на поверхность фольги. The plasma has a cylindrically symmetric electron density distribution, with the gradient directed across the propagation axis of the accelerating femtosecond pulse. Parallel displacement of the initial propagation axis of the accelerating femtosecond pulse relative to the plasma symmetry axis ensures the pulse passage through the plasma with a transverse density gradient and the plasma channel curvature and change in the direction of the accelerated particle beam. In a plasma with a cylindrically symmetric electron density distribution, parallel displacement can be performed in any radial direction, which leads to the particle beam deflection also in any direction while maintaining the average particle energy in the beam and the beam divergence. Plasma with a cylindrically symmetric density distribution is preliminarily formed by ionization, ablation and breakdown of a thin solid foil with a heating laser pulse of 0.1-10 nanoseconds duration, focused onto the foil surface.

Искривление плазменного канала зависит от параллельного смещения первоначальной оси ускоряющего фемтосекундного лазерного импульса относительно оси симметрии плазмы, при этом распространение импульса через среду с радиальной зависимостью показателя преломления сопровождается его отклонением на угол, определяемый градиентом концентрации частиц в плазме в поперечном направлении и длиной плазмы вдоль направления распространения импульса, при этом плазменный канал также искривляется, что приводит к отклонению ускоряемого электронного пучка на угол, сравнимый с углом отклонения лазерного пучка и достигающий десятка градусов, при сохранении параметров электронного пучка (средней энергии и расходимости) по сравнению со случаем распространения ускоряющего импульса вдоль оси симметрии плазмы (в отсутствие отклонения). Радиальная симметрия распределения концентрации электронов в плазме позволяет отклонять электронный пучок в любом радиальном направлении, определяемом направлением поперечного параллельного смещения первоначальной оси распространения ускоряющего фемтосекундного импульса относительно оси симметрии плазмы. The plasma channel curvature depends on the parallel displacement of the initial axis of the accelerating femtosecond laser pulse relative to the plasma symmetry axis, while the pulse propagation through a medium with a radial dependence of the refractive index is accompanied by its deflection by an angle determined by the particle concentration gradient in the plasma in the transverse direction and the plasma length along the pulse propagation direction, while the plasma channel is also curved, which leads to a deflection of the accelerated electron beam by an angle comparable to the laser beam deflection angle and reaching tens of degrees, while maintaining the electron beam parameters (average energy and divergence) compared to the case of accelerating pulse propagation along the plasma symmetry axis (in the absence of deflection). The radial symmetry of the electron concentration distribution in the plasma allows deflecting the electron beam in any radial direction determined by the direction of the transverse parallel displacement of the initial axis of propagation of the accelerating femtosecond pulse relative to the plasma symmetry axis.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

Изобретение поясняется следующими изображениями, гдеThe invention is illustrated by the following images, where

на фиг. 1 а) показана схема воздействия на мишень из фольги 1 греющего импульса 2, приводящее к ионизации, абляции и пробою пленки;Fig. 1 a) shows a diagram of the effect of a heating pulse 2 on a target made of foil 1, leading to ionization, ablation and breakdown of the film;

на фиг. 1 б) показан сформированный цилиндрический симметричный пробой 3 спустя определенный промежуток времени после воздействия греющего импульса 2, за которое плотность частиц в области пробоя снизилась за счёт разлёта вещества изначально плотной фольги 1;Fig. 1 b) shows a formed cylindrical symmetrical breakdown 3 after a certain period of time following the impact of the heating pulse 2, during which the density of particles in the breakdown area decreased due to the dispersion of the substance of the initially dense foil 1;

на фиг. 2 а) показано прохождение фокусирующегося фемтосекундного импульса 4, ускоряющего электронный пучок 5 в плазме при распространении импульса вдоль оси пробоя;Fig. 2 a) shows the passage of a focusing femtosecond pulse 4, accelerating an electron beam 5 in the plasma as the pulse propagates along the breakdown axis;

на фиг. 2 б) показано прохождение и отклонение фокусирующегося фемтосекундного импульса 4, ускоряющего электронный пучок 5 в плазме при распространении импульса с параллельным смещением относительно оси пробоя;Fig. 2 b) shows the passage and deflection of a focusing femtosecond pulse 4, accelerating an electron beam 5 in the plasma during pulse propagation with a parallel displacement relative to the breakdown axis;

на фиг. 3 а) показана схема воздействия импульсов на мишень и расположение сцинтилляционного детектора для электронного пучка;Fig. 3 a) shows the diagram of the effect of pulses on the target and the location of the scintillation detector for the electron beam;

на фиг. 3 б) показано изображение плазменного канала в оптическом свете, полученное с помощью камеры 6, при распространении ускоряющего импульса вдоль оси пробоя. Сплошные линии обозначают положение мишени. Белая стрелка указывает направление падающего лазерного излучения на мишень;Fig. 3 b) shows an image of the plasma channel in optical light, obtained using camera 6, during the propagation of the accelerating pulse along the breakdown axis. The solid lines indicate the position of the target. The white arrow indicates the direction of the incident laser radiation on the target;

на фиг. 3 в) показан зарегистрированный электронный пучок на сцинтилляционном детекторе, где кружок указывает на направление, совпадающее с направлением распространения исходного приходящего в плазму лазерного импульса;Fig. 3c) shows the registered electron beam on the scintillation detector, where the circle indicates the direction that coincides with the direction of propagation of the initial laser pulse entering the plasma;

на фиг. 3 г) показано изображение плазменного канала в оптическом свете, полученное с помощью камеры 6, с отклонением от исходной оси при распространении ускоряющего импульса с параллельным смещением относительно оси пробоя на 10 мкм. Сплошные линии обозначают положение мишени. Белая стрелка указывает направление падающего лазерного излучения на мишень;Fig. 3 d) shows an image of the plasma channel in optical light, obtained using camera 6, with a deviation from the initial axis during the propagation of the accelerating pulse with a parallel shift relative to the breakdown axis by 10 μm. The solid lines indicate the position of the target. The white arrow indicates the direction of the incident laser radiation on the target;

на фиг. 3 д) показан зарегистрированный смещенный электронный пучок на сцинтилляционном детекторе, где указанное отклонение на детекторе соответствует углу вылета пучка в 10 градусов по отношению с исходной оси распространении ускоряющего импульса.Fig. 3 d) shows the registered shifted electron beam on the scintillation detector, where the indicated deviation on the detector corresponds to the beam emission angle of 10 degrees relative to the initial axis of propagation of the accelerating pulse.

Позициями на чертежах обозначены:The following positions are indicated on the drawings:

1 - мишень из фольги,1 - foil target,

2 - греющий лазерный импульс2 - heating laser pulse

3 - пробой в мишени3 - breakthrough in the target

4 - ускоряющий лазерный импульс4 - accelerating laser pulse

5 - электронный пучок5 - electron beam

6 - камера для регистрации свечения плазменного канала в оптическом диапазоне6 - a camera for recording the glow of the plasma channel in the optical range

7 - позиционно-чувствительный сцинтилляционный детектор электронов 7 - position-sensitive scintillation electron detector

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Изобретение реализуют следующим образом.The invention is implemented as follows.

Мишень 1 в виде фольги толщиной в несколько десятков микрометров помещают вблизи перетяжки грающего лазерного импульса 2. В качестве фольги может быть использована пластиковая (или лавсановая) плёнка или другая тонкая мишень твердотельной плотности, размещенная в условиях вакуума с остаточным давлением газа ниже 1 торр. Обеспечивают воздействие на мишень греющего лазерного импульса. В качестве греющего лазерного импульса может быть использовано излучения ИК или видимого диапазона длительностью 0.1-10 нс с пиковой интенсивностью в перетяжке, достаточной для плазмообразования на поверхности плёнки (свыше 1010 Вт/см2). Энерговклад в плазму должен быть достаточным для формирования сквозного радиально симметричного пробоя 3 в пленке. Динамика плазмы и развитие пробоя на временах порядка единиц наносекунд после пика греющего импульса приводят к формированию поперечного градиента концентрации - понижению концентрации частиц в плазме на оси пробоя по сравнению с периферийными областями. Динамика разлёта плазмы может быть установлена экспериментально, например, методами интерферометрической диагностики или численно, например, путём гидродинамического моделирования разлёта лазерной плазмы. Target 1 in the form of a foil several tens of micrometers thick is placed near the waist of the heating laser pulse 2. A plastic (or lavsan) film or another thin target of solid density, placed in vacuum conditions with a residual gas pressure below 1 Torr, can be used as the foil. The effect of the heating laser pulse on the target is ensured. Radiation in the IR or visible range with a duration of 0.1-10 ns with a peak intensity in the waist sufficient for plasma formation on the film surface (over 10 10 W/cm 2 ) can be used as the heating laser pulse. The energy input to the plasma must be sufficient to form a through radially symmetric breakdown 3 in the film. The plasma dynamics and breakdown development on times of the order of nanoseconds after the peak of the heating pulse lead to the formation of a transverse concentration gradient - a decrease in the particle concentration in the plasma on the breakdown axis compared to the peripheral regions. The dynamics of plasma expansion can be established experimentally, for example, by interferometric diagnostics methods, or numerically, for example, by hydrodynamic modeling of laser plasma expansion.

Далее через плазму пропускают мощный ускоряющий лазерный импульс фемтосекундной длительности 4 мощностью выше 0.1 тераватт, фокусирующийся до пиковой интенсивности выше 1017 Вт/см2. При этом изначальное положение плоскости фольги находится в пределах длины перетяжки фемтосекундного импульса, а распространение импульса происходит соосно с осью симметрии плазмы в пробое фольги. Распространение импульса через плазму сопровождается самофокусировкой и/или пондеромоторным действием света, приводящим к формированию плазменного канала с длиной, сравнимой с продольным размером плазмы. В канале происходит набор энергии электронами по методу прямого лазерного ускорения или кильватерного ускорения до средней энергии порядка 1 МэВ и более в виде коллимированного пучка 5 с расходимостью около 0.1 рад.Next, a powerful accelerating laser pulse of femtosecond duration 4 with a power higher than 0.1 terawatt is passed through the plasma, focusing to a peak intensity higher than 10 17 W/cm 2 . In this case, the initial position of the foil plane is within the waist length of the femtosecond pulse, and the pulse propagates coaxially with the plasma symmetry axis in the foil breakdown. The propagation of the pulse through the plasma is accompanied by self-focusing and/or ponderomotive action of light, leading to the formation of a plasma channel with a length comparable to the longitudinal size of the plasma. In the channel, electrons gain energy using the method of direct laser acceleration or wake acceleration to an average energy of about 1 MeV or more in the form of a collimated beam 5 with a divergence of about 0.1 rad.

Параллельное смещение первоначальной оси распространения ускоряющего импульса относительно оси симметрии плазмы в области пробоя фольги на величину в пределах диаметра пробоя приводит к отклонению лазерного излучения в силу наличия радиальной зависимости показателя преломления плазмы в пробое. Показатель преломления плазмы, в свою очередь определяется распределением концентрации электронов в плазме. Угол отклонения θ по мере распространения лазерного излучения вдоль оси пробоя z связан с зависимостью вдоль радиальной оси r показателя преломления среды n как . При этом максимальное преломление достигается в области, где наиболее высок градиент показателя преломления в радиальном направлении. Преломление и отклонение лазерного импульса 4 приводит также и к искривлению плазменного канала. Пучок ускоряемых электронов 5 также отклоняется от изначальной оси на угол, сопоставимый с углом отклонения ускоряющего импульса, который достигает десятка градусов, при сохранении параметров электронного пучка (средней энергии и расходимости), идентичных случаю распространения ускоряющего импульса вдоль оси симметрии плазмы. При этом параллельное смещение ускоряющего фемтосекундного импульса относительно оси симметрии плазмы может быть осуществлено в любую сторону, что в силу радиальной симметрии концентрации электронов в плазме позволяет управлять углом вылета электронного пучка θ в любом радиальном направлении.A parallel shift of the initial propagation axis of the accelerating pulse relative to the plasma symmetry axis in the region of the foil breakdown by a value within the breakdown diameter leads to a deviation of the laser radiation due to the presence of a radial dependence of the plasma refractive index in the breakdown. The plasma refractive index, in turn, is determined by the distribution of the electron concentration in the plasma. The deviation angle θ as the laser radiation propagates along the breakdown axis z is related to the dependence along the radial axis r of the refractive index of the medium n as . In this case, the maximum refraction is achieved in the region where the gradient of the refractive index in the radial direction is the highest. Refraction and deflection of the laser pulse 4 also leads to curvature of the plasma channel. The beam of accelerated electrons 5 also deflects from the initial axis by an angle comparable to the deflection angle of the accelerating pulse, which reaches tens of degrees, while maintaining the electron beam parameters (average energy and divergence) identical to the case of propagation of the accelerating pulse along the plasma symmetry axis. In this case, the parallel displacement of the accelerating femtosecond pulse relative to the plasma symmetry axis can be carried out in any direction, which, due to the radial symmetry of the electron concentration in the plasma, makes it possible to control the emission angle of the electron beam θ in any radial direction.

Смещение оси ускоряющего импульса относительно оси симметрии плазмы в пробое осуществляется при небольшом повороте оптомеханического держателя зеркала оптического тракта греющего или ускоряющего импульса. При этом применение автоматизации и управления с помощью пьезоактуаторов или моторов другого типа (шаговых или постоянного тока) обеспечивает смещение до десятков микрометров за время менее 10 мс. Точность смещения может быть лучше 0.1 мкм, что определяет точность угла отклонения пучка лучше 0.1 градуса. Таким образом угол направления вылета электронного пучка может быть контролирован с высокой точностью в каждом ускоряющем лазерном импульсе при частотной генерации электронного пучка (до 1 кГц).The displacement of the accelerating pulse axis relative to the plasma symmetry axis in the breakdown is achieved by a small rotation of the optomechanical mirror holder of the optical path of the heating or accelerating pulse. In this case, the use of automation and control using piezo actuators or other types of motors (step or direct current) provides a displacement of up to tens of micrometers in less than 10 ms. The displacement accuracy can be better than 0.1 μm, which determines the accuracy of the beam deflection angle better than 0.1 degree. Thus, the angle of the electron beam emission direction can be controlled with high accuracy in each accelerating laser pulse with frequency generation of the electron beam (up to 1 kHz).

Пример конкретного выполненияExample of specific implementation

С целью подтверждения эффективности заявляемого изобретения проведена опытная реализация заявляемого способа в схеме, показанной на фиг. 3а. Греющее лазерное излучения с длительностью импульса 8 нс по полувысоте интенсивности на длине волны 1064 нм и энергией в импульсе 100 мДж фокусируется в условиях вакуума (остаточное давление 0.1 торр) в пятно диаметром 13 мкм по полувысоте интенсивности до пиковой интенсивности около 1013 Вт/см2 на поверхность лавсановой плёнки толщиной 16 мкм под углом близким к нормали. Лавсановая пленка представляет собой ленту шириной 10 мм, намотанную на катушку и перематываемую на приемную катушку. Постоянство положения плоскости пленки в плоскости перетяжки грающего импульса поддерживается при прохождении ленты около двух стоек, положение которых зафиксировано. При воздействии греющего импульса за счёт высокой интенсивности происходит нагрев и ионизация вещества плёнки, формируется плазма с высокой температурой. Разлет плазмы и абляция из области воздействия приводят к образованию пробоя в пленке. Спустя 2 нс после воздействия пика греющего импульса на оси пробоя, диаметр которого составляет около 50 мкм, остаточная плотность вещества находится на уровне тысячных долей от изначальной плотности, согласно расчётной модели. В силу осевой симметрии воздействия концентрация в области пробоя имеет цилиндрически симметричное распределение, при удалении в радиальном направлении от оси пробоя концентрация возрастает. В этот момент по направлению, параллельному оси пробоя пленки, в разреженную плазму попадает лазерный импульс с пиковой мощностью 1 тераватт при длительности 50 фс и энергии 50 мДж на центральной длине волны 800 нм, фокусирующийся в область пробоя до пиковой интенсивности свыше 1018 Вт/см2. Прохождение лазерного импульса через плазму сопровождается нелинейным оптическим самовоздействием и образованием плазменного канала из-за пондеромоторного действия света. Изображение свечения канала в оптическом диапазоне регистрируется камерой. На фиг. 3б показан канал при распространении фемтосекундного импульса вдоль оси пробоя плёнки. Длина светящейся области канала составляет около 150 мкм. Совокупное воздействие на частицы полей канала и импульса приводит к формированию и ускорению пучка электронов, суммарный заряд в котором для частиц с энергией более 1 МэВ составляет около 100 пКл, а расходимость на выходе из ускоряющей стадии не превышает 0.1 рад. Электронный пучок регистрируется на сцинтилляционном экране, расположенном на пути пучка частиц, фиг. 3в. Параллельный сдвиг оси лазерного импульса относительно оси пробоя плёнки на величину в 5 мкм приводит к прохождению излучения через область с градиентом показателя преломления (вследствие градиента концентрации частиц) в радиальном направлении, влекущее отклонение лазерного импульса от первоначального направления распространения. Плазменный канал также испытывает отклонение, фиг. 3г, угол составляет примерно 6 градусов от исходной оси. На сцинтилляционном экране след от пучка электронов также смещается на расстояние, соответствующее углу отклонения также в 6 градусов, фиг. 3д. При этом яркость свечения сцинтилляционного экрана и поперечный размер пучка не изменяются в значительной степени относительно фиг. 3б, где электронный пучок получен при соосном прохождении лазерного импульса через пробой пленки. Таким образом в каждом лазерном импульсе ускоряемый пучок электронов может быть выведен под заданным углом. При этом в силу осевой симметрии пробоя пленки отклонение пучка частиц может быть осуществлено как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении. Скорость сдвига оси импульса относительно оси пробоя определяется применяемыми оптомеханическими компонентами. В данном примере смещение на 5 мкм происходит за время менее 5 мс с точностью лучше 0.5 мкм, что соответствует точности контроля угла вылета лучше 0.5 градуса. Следовательно, при частоте повторения лазерных импульсов, а также и электронных пучков выше 100 Гц направление вылета пучка заряженных частиц может быть контролируемо для каждого электронного сгустка.In order to confirm the efficiency of the claimed invention, an experimental implementation of the claimed method was carried out in the circuit shown in Fig. 3a. Heating laser radiation with a pulse duration of 8 ns at half-maximum intensity at a wavelength of 1064 nm and a pulse energy of 100 mJ is focused under vacuum conditions (residual pressure of 0.1 Torr) into a spot with a diameter of 13 μm at half-maximum intensity to a peak intensity of about 10 13 W/cm 2 on the surface of a 16 μm thick lavsan film at an angle close to the normal. The lavsan film is a 10 mm wide tape wound on a reel and rewound onto a receiving reel. The constancy of the position of the film plane in the waist plane of the heating pulse is maintained when the tape passes near two posts, the position of which is fixed. When exposed to a heating pulse, due to the high intensity, the film substance is heated and ionized, and a high-temperature plasma is formed. Plasma expansion and ablation from the impact area lead to breakdown in the film. After 2 ns from the impact of the heating pulse peak on the breakdown axis, the diameter of which is about 50 μm, the residual density of the substance is at the level of thousandths of the initial density, according to the calculation model. Due to the axial symmetry of the impact, the concentration in the breakdown area has a cylindrically symmetric distribution; with distance in the radial direction from the breakdown axis, the concentration increases. At this moment, a laser pulse with a peak power of 1 terawatt, a duration of 50 fs and an energy of 50 mJ at a central wavelength of 800 nm enters the rarefied plasma in the direction parallel to the film breakdown axis, focusing into the breakdown area to a peak intensity of over 10 18 W/cm 2 . The passage of the laser pulse through the plasma is accompanied by nonlinear optical self-action and the formation of a plasma channel due to the ponderomotive action of light. The image of the channel glow in the optical range is recorded by the camera. Fig. 3b shows the channel during propagation of a femtosecond pulse along the film breakdown axis. The length of the luminous region of the channel is about 150 μm. The combined effect of the channel and pulse fields on the particles leads to the formation and acceleration of an electron beam, the total charge in which for particles with an energy of more than 1 MeV is about 100 pC, and the divergence at the exit from the accelerating stage does not exceed 0.1 rad. The electron beam is recorded on a scintillation screen located in the path of the particle beam, Fig. 3c. A parallel shift of the laser pulse axis relative to the film breakdown axis by 5 μm leads to the passage of radiation through a region with a refractive index gradient (due to the particle concentration gradient) in the radial direction, entailing a deviation of the laser pulse from the original direction of propagation. The plasma channel also experiences a deviation, Fig. 3d, the angle is approximately 6 degrees from the original axis. On the scintillation screen, the trace of the electron beam also shifts by a distance corresponding to a deflection angle of 6 degrees, Fig. 3d. In this case, the brightness of the scintillation screen glow and the transverse size of the beam do not change significantly relative to Fig. 3b, where the electron beam is obtained during the coaxial passage of the laser pulse through the film breakdown. Thus, in each laser pulse, the accelerated electron beam can be output at a given angle. In this case, due to the axial symmetry of the film breakdown, the particle beam can be deflected both vertically and horizontally. The rate of shift of the pulse axis relative to the breakdown axis is determined by the optomechanical components used. In this example, a shift of 5 μm occurs in less than 5 ms with an accuracy of better than 0.5 μm, which corresponds to an accuracy of control of the emission angle of better than 0.5 degrees. Consequently, at a repetition rate of laser pulses, as well as electron beams, above 100 Hz, the direction of emission of the beam of charged particles can be controlled for each electron bunch.

Claims (10)

1. Способ пространственно направленного лазерного ускорения пучка заряженных частиц с расходимостью менее 0.1 рад и средней энергией частиц более 1 МэВ в плазме с неоднородной концентрацией электронов, включающий 1. A method of spatially directed laser acceleration of a beam of charged particles with a divergence of less than 0.1 rad and an average particle energy of more than 1 MeV in a plasma with a non-uniform electron concentration, including - направление сфокусированного ускоряющего лазерного импульса фемтосекундной длительности с мощностью более 0.1 тераватт через плазму, при этом концентрация электронов в плазме для центральной длины волны ускоряющего импульса ниже критической и обладает поперечным градиентом, определяющим градиент показателя преломления плазмы, относительно оси направления фемтосекундного импульса, - direction of a focused accelerating laser pulse of femtosecond duration with a power of more than 0.1 terawatt through the plasma, wherein the electron concentration in the plasma for the central wavelength of the accelerating pulse is below the critical value and has a transverse gradient that determines the gradient of the refractive index of the plasma, relative to the axis of the direction of the femtosecond pulse, - формирование вдоль оптической оси лазерного импульса плазменного канала с длиной, превышающей длину перетяжки сфокусированного фемтосекундного импульса, в результате самофокусировки фемтосекундного импульса и/или пондеромоторного действия света по мере распространения лазерного излучения сквозь плазму,- formation along the optical axis of the laser pulse of a plasma channel with a length exceeding the waist length of the focused femtosecond pulse, as a result of self-focusing of the femtosecond pulse and/or the ponderomotive action of light as the laser radiation propagates through the plasma, - набор энергии частицами в схеме импульсного лазерно-плазменного ускорения на длине плазменного канала в поле поперечных электромагнитных волн ускоряющего лазерного импульса или в продольных электрических полях плазменной волны, формируемой ускоряющим лазерным импульсом,- energy accumulation by particles in the pulsed laser-plasma acceleration scheme along the length of the plasma channel in the field of transverse electromagnetic waves of the accelerating laser pulse or in the longitudinal electric fields of the plasma wave formed by the accelerating laser pulse, - искривление плазменного канала, вызванное отклонением оси распространения фемтосекундного лазерного импульса относительно начального направления за счёт преломления света в присутствии поперечного градиента концентрации электронов в плазме, - curvature of the plasma channel caused by the deviation of the propagation axis of the femtosecond laser pulse relative to the initial direction due to the refraction of light in the presence of a transverse gradient of electron concentration in the plasma, - изменение направления пучка ускоряемых электронов в соответствии с искривлением плазменного канала и оси распространения ускоряющего фемтосекундного импульса с сохранением средней энергии частиц в пучке и расходимости пучка, при этом угол отклонения пучка частиц от первоначальной оси определяется градиентом концентрации электронов в плазме.- changing the direction of the beam of accelerated electrons in accordance with the curvature of the plasma channel and the axis of propagation of the accelerating femtosecond pulse while maintaining the average energy of the particles in the beam and the divergence of the beam, while the angle of deviation of the particle beam from the original axis is determined by the gradient of the electron concentration in the plasma. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что плазма обладает цилиндрически симметричным распределением концентрации электронов, при этом градиент направлен поперёк оси распространения ускоряющего фемтосекундного импульса. 2. The method according to claim 1, characterized in that the plasma has a cylindrically symmetric distribution of electron concentration, wherein the gradient is directed across the axis of propagation of the accelerating femtosecond pulse. 3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что параллельное смещение первоначальной оси распространения ускоряющего фемтосекундного импульса относительно оси симметрии плазмы обеспечивает прохождение импульса через плазму с поперечным градиентом концентрации, и искривление плазменного канала, и изменение направления пучка ускоряемых частиц.3. The method according to item 2, characterized in that the parallel displacement of the initial axis of propagation of the accelerating femtosecond pulse relative to the axis of symmetry of the plasma ensures the passage of the pulse through the plasma with a transverse concentration gradient, and the curvature of the plasma channel, and a change in the direction of the beam of accelerated particles. 4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что в плазме с цилиндрически симметричным распределением концентрации электронов параллельное смещение осуществляют в любом радиальном направлении, что приводит к отклонению пучка частиц также в любом направлении при сохранении средней энергии частиц в пучке и расходимости пучка.4. The method according to paragraph 3, characterized in that in a plasma with a cylindrically symmetric distribution of electron concentration, parallel displacement is carried out in any radial direction, which leads to a deflection of the particle beam also in any direction while maintaining the average energy of the particles in the beam and the divergence of the beam. 5. Способ по п. 2, отличающийся тем, что плазму с цилиндрически симметричным распределением концентрации предварительно формируют при ионизации, абляции и пробое тонкой твердотельной фольги греющим лазерным импульсом длительностью в 0.1-10 наносекунд, сфокусированном на поверхность фольги. 5. The method according to item 2, characterized in that the plasma with a cylindrically symmetrical concentration distribution is preliminarily formed during ionization, ablation and breakdown of a thin solid foil by a heating laser pulse with a duration of 0.1-10 nanoseconds, focused on the surface of the foil.
RU2024107036A 2024-03-18 Method of spatially directed laser acceleration of beam of charged particles in plasma with inhomogeneous concentration of electrons RU2826450C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2826450C1 true RU2826450C1 (en) 2024-09-11

Family

ID=

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2167504C1 (en) * 1999-12-10 2001-05-20 Физический факультет Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова Method and device for laser electron acceleration
US6566667B1 (en) * 1997-05-12 2003-05-20 Cymer, Inc. Plasma focus light source with improved pulse power system
RU156716U1 (en) * 2015-04-07 2015-11-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") Pyroelectric deflector of a bunch of charged particles
RU2643507C1 (en) * 2017-03-17 2018-02-02 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") System of correcting flow trajectors of charged particles
WO2020102899A1 (en) * 2018-11-21 2020-05-28 Techinsights Inc. Ion beam delayering system and method, topographically enhanced delayered sample produced thereby, and imaging methods and systems related thereto
RU2724865C1 (en) * 2019-06-26 2020-06-25 Общество с ограниченной ответственностью "Специальное конструкторское бюро "Инновационно-аналитические разработки" Beam devices, system and complex of ion-beam nano-invasive low-energy action on biological tissues and agglomerates of cells, with functions of injection and monitoring

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6566667B1 (en) * 1997-05-12 2003-05-20 Cymer, Inc. Plasma focus light source with improved pulse power system
RU2167504C1 (en) * 1999-12-10 2001-05-20 Физический факультет Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова Method and device for laser electron acceleration
RU156716U1 (en) * 2015-04-07 2015-11-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") Pyroelectric deflector of a bunch of charged particles
RU2643507C1 (en) * 2017-03-17 2018-02-02 Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") System of correcting flow trajectors of charged particles
WO2020102899A1 (en) * 2018-11-21 2020-05-28 Techinsights Inc. Ion beam delayering system and method, topographically enhanced delayered sample produced thereby, and imaging methods and systems related thereto
RU2724865C1 (en) * 2019-06-26 2020-06-25 Общество с ограниченной ответственностью "Специальное конструкторское бюро "Инновационно-аналитические разработки" Beam devices, system and complex of ion-beam nano-invasive low-energy action on biological tissues and agglomerates of cells, with functions of injection and monitoring

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
V.I. Alekseev et al. Pyroelectric deflector of relativistic electron beam// Chinese Journal of Physics 2022, 77, p.2298. T. Tajima et al. Wakefield acceleration // Reviews of Modern Plasma Physics (2020) 4:7. A.E. Hussein et al. Towards the optimisation of direct laser acceleration // New Journal of Physics (2021) 23 23031. *
X. Zhu et al. Experimental Demonstration of Laser Guiding and Wakefield Acceleration in a Curved Plasma Channel // *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US12245350B2 (en) Optical isolation module
US5637966A (en) Method for generating a plasma wave to accelerate electrons
TWI499358B (en) Plasma source and plasma light generation method
US5394411A (en) Method for producing high intensity optical through x-ray waveguide and applications
KR20160022357A (en) Lithographic method and system
CN109041393B (en) A device and method for generating an ultrafast hard X-ray source
CN102185250A (en) Device and method for generating femtosecond time-resolved X-ray source
Hooker et al. Guiding of high-intensity picosecond laser pulses in a discharge-ablated capillary waveguide
RU2826450C1 (en) Method of spatially directed laser acceleration of beam of charged particles in plasma with inhomogeneous concentration of electrons
CN110887858B (en) An ultrafast high-energy electron probe system based on an ultrafast broad-spectrum electron beam
US3766004A (en) Laser assisted neutron generator
Mishra et al. Enhanced betatron x-ray emission in a laser wakefield accelerator and wiggler due to collective oscillations of electrons
US11576251B2 (en) Reflective optical system
WO2023078270A1 (en) Laser-induced discharging method and system for generating long-range controllable high-voltage discharge
CN111050457A (en) Device and method for improving neutron yield based on laser-induced plasma
Ivanov et al. Laser-driven pointed acceleration of electrons with preformed plasma lens
CN113543447B (en) Middle-micro sub-beam generating device based on laser accelerator
JP2012133935A (en) Heavy particle ion generator for heavy particle beam therapy
Aktan Laser pump-probe experimental studies in the relativistic regime
WO2024081239A2 (en) Converging-front laser ion acceleration
Balabaev et al. Laser-Plasma Ion Source of Wide Range of Elements for Heavy-Ion Beam Injection into Synchrotrons
Lacoste et al. Experimental and numerical investigation of the impact of helical coil targets on laser-driven proton and carbon accelerations
CN119603845A (en) A system and method for generating a strong pulse particle beam based on metal wire electric explosion
Swanson Injection and Plasma Waveguides for Multi-Stage Laser Plasma Acceleration
CN114786323A (en) An all-optical Compton scattering device with even-order aspheric mirrors