Nacházíte se

Domů

Zlepšení parametrů laserem řízené akcelerace iontů pomocí nanostruktur na terči

D. Margarone1, O. Klimo1,2, I. J. Kim3, J. Prokupek1,2, J. Limpouch1,2, T. M. Jeong3, T. Mocek1, J. Psikal1,2, H. T. Kim3, J. Proska2, K. H Nam3, L. Stolcova1,2, I.W. Choi3, S. K. Lee3, J. H. Sung3, T. J. Yu3, G. Korn1
Phys. Rev. Lett. 109 (2012) 234801, doi: 10.1103/PhysRevLett.109.234801

Laserem řízené urychlování iontů je velmi slibnou metodou, která může výrazně snížit rozměry a cenu konvenčního urychlovače. Nicméně výzkum zaměřený na laserové urychlování částic musí do budoucna vylepšit některé vlastnosti produkovaných svazků, jako jsou energie, počet a divergence částic, opakovatelnost výstřelů, atd. Během nedávné experimentální kampaně se našemu týmu podařilo výrazně zlepšit maximální dosaženou energii protonů (nárůst okolo 60%) a zvýšit jejich počet (přibližně 5 krát). Jako zdroj protonů při interakci s vysoko-intenzivním laserem posloužil nanostrukturovaný terč.

Náš výsledek představuje první teoretický a experimentální důkaz o takovém zlepšení vlastností v urychlovacím režimu TNSA (z angl. Target Normal Sheath Acceleration). Bylo ho dosaženo použitím speciální techniky nanokuliček o průměru blízkém (nebo menším) vlnové délce laseru, jež jsou homogenně rozmístěny na přední straně tenkého terče. Přítomnost těchto nanokuliček vede ke zvýšené absorpci laserového záření. To pak vede k vyšší generaci horkých elektronů a nárůstu jejich teploty, což má za následek efektivnější urychlování a tedy vyšší energie i počet urychlených protonů.

Tohoto původního výsledku bylo dosaženo ve spolupráci s vědeckým týmem na unikátním laserovém systému třídy petawatt na APRI-GIST v Korejské republice, týmem teoretiků a týmem připravujícím speciální nanostrukturované terče z Fakulty jaderné a fyzikálně inženýrské ČVUT v Praze. Při použití ještě vyšších intenzit laserů dávají naše výsledky slibný výhled pro využití v dalších oborech, například při návrhu budoucího centra hadronové terapie pro léčbu rakoviny.

Vlevo: Mechanizmus TNSA se speciální geometrií terče použitou v experimentu (boční pohled). Laser se absorbuje na rozhraní nanokuliček a vakua, kam dopadá pod úhlem 22,5°. Horké elektrony (generované na přední straně terče) prolétávají skrz terč a urychlují protony na jeho zadní straně. Vpravo: energetické spektrum urychlených protonů pro různé průměry nanokuliček na terči.

1Institute of Physics of the ASCR, ELI-Beamlines/HiLASE projects, Na Slovance 2, 18221 Prague, Czech Republic
2Czech Technical University in Prague, FNSPE, Brehova 7, 115 19 Prague, Czech Republic
3Advanced Photonics Research Institute, GIST, 1 Oryong-dong, Buk-gu, Gwangju 500-712, Republic of Korea