Intensa produzione laser a impulsi brevi di sorgenti luminose ad alta energia, come i raggi X, neutroni e protoni, ha dimostrato di essere uno strumento inestimabile nello studio della scienza ad alta densità di energia.

Nel tentativo di affrontare alcune delle applicazioni più impegnative, come la radiografia a raggi X di oggetti ad alta densità d'area per applicazioni di sicurezza industriale e nazionale, sia la resa che l'energia delle sorgenti devono essere aumentate oltre quanto è stato attualmente raggiunto dai sistemi laser ad alta intensità di ultima generazione.

Un team di scienziati del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), L'Università di Austin e la General Atomics hanno raccolto questa sfida. Nello specifico, il team ha condotto misurazioni sperimentali della produzione di elettroni caldi utilizzando un impulso breve, laser ad alto contrasto su target conici e planari.

La geometria del cono è un concentratore parabolico composto (CPC) progettato per focalizzare il laser sulla punta. La geometria del cono mostra temperature degli elettroni caldi più elevate rispetto alle lamine planari. Le simulazioni hanno identificato che la fonte primaria di questo aumento della temperatura è l'aumento di intensità causato dal CPC.

Guidato da Dean Rusby, nominato post-dottorato del LLNL, i risultati della ricerca sono presentati in Revisione fisica E .

"Siamo stati in grado di migliorare la temperatura del fascio di elettroni dalle nostre interazioni laser ad alta intensità sparando in un bersaglio cono di messa a fuoco, " Disse Rusby. "Dimostra che capiamo come funziona il concentratore parabolico composto in queste condizioni laser".

Rusby ha affermato che aumentare l'accoppiamento in elettroni ad alta energia in queste interazioni è cruciale per lo sviluppo di applicazioni dalle interazioni laser-plasma.

"È molto incoraggiante vedere che sono possibili miglioramenti significativi utilizzando la piattaforma target CPC su un sistema laser di classe petawatt 100 fs, che è già in grado di eseguire operazioni limitate vicino alla diffrazione, " ha detto Andrew MacPhee, coautore del paper. "L'ottica non-imaging applicata alle interazioni del target laser sta ridefinendo lo spazio dei parametri accessibile alla comunità".

Il team ha utilizzato il sistema laser petawatt del Texas presso l'Università di Austin per un periodo di sei settimane, che ha un impulso breve e un contrasto elevato che ha permesso all'esperimento di funzionare. L'obiettivo è un CPC composto specificamente progettato per concentrare più energia laser verso la punta e aumentare l'intensità.

"L'aumento della temperatura degli elettroni concordava fortemente con l'aumento che ci aspetteremmo quando si utilizza il CPC, " ha detto Ruby.

L'Ufficio delle scienze del Dipartimento dell'energia ha sostenuto l'iniziativa LaserNetUS in Texas Petawatt e il programma di ricerca e sviluppo diretto dal laboratorio di LLNL ha finanziato il team e lo sviluppo di obiettivi di cruciale importanza da parte di General Atomics.

Il team ha ottenuto ulteriore tempo tramite LaserNetUS presso il Texas petawatt per continuare la ricerca sugli obiettivi CPC. Questa volta, il team si concentrerà sull'accelerazione dei protoni dalla superficie posteriore e sul potenziamento fornito dai CPC.

Andrew Mackinnon, un co-autore del documento e un investigatore principale per una ricerca e sviluppo diretti da un laboratorio di iniziativa strategica, sta utilizzando questi target CPC per il progetto.

"Questi esperimenti hanno mostrato che gli obiettivi a specchio al plasma in miniatura migliorano l'accoppiamento dei laser di classe petawatt agli elettroni MeV (mega-elettronvolt), che avvantaggia potenziali applicazioni come la radiografia MeV basata su laser, " Egli ha detto.