Esta imagen muestra la intensificación del láser en simulaciones y la aceleración de los electrones. Crédito:Laboratorio Nacional Lawrence Livermore
Producción intensa impulsada por láser de pulso corto de fuentes brillantes de alta energía, como radiografías, neutrones y protones, se ha demostrado que es una herramienta invaluable en el estudio de la ciencia de alta densidad de energía.
En un esfuerzo por abordar algunas de las aplicaciones más desafiantes, como la radiografía de rayos X de objetos de alta densidad de área para aplicaciones industriales y de seguridad nacional, tanto el rendimiento como la energía de las fuentes deben incrementarse más allá de lo que se ha logrado actualmente con los sistemas láser de alta intensidad de última generación.
Un equipo de científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL), La Universidad de Austin y General Atomics asumieron este desafío. Específicamente, El equipo realizó mediciones experimentales de la producción de electrones calientes utilizando un pulso corto, láser de alto contraste en objetivos cónicos y planos.
La geometría del cono es un concentrador parabólico compuesto (CPC) diseñado para enfocar el láser en la punta. La geometría del cono muestra temperaturas de electrones calientes más altas que las láminas planas. Las simulaciones identificaron que la fuente principal de esta mejora de temperatura es el aumento de intensidad causado por el CPC.
Dirigido por Dean Rusby, designado postdoctoral de LLNL, los resultados de la investigación se presentan en Revisión física E .
"Pudimos mejorar la temperatura del haz de electrones de nuestras interacciones láser de alta intensidad disparando a un objetivo de cono de enfoque, "Demuestra que entendemos cómo funciona el concentrador parabólico compuesto en estas condiciones de láser", dijo Rusby.
Rusby dijo que aumentar el acoplamiento en electrones de alta energía en estas interacciones es crucial para desarrollar aplicaciones a partir de interacciones láser-plasma.
Esta imagen muestra la configuración experimental que muestra el objetivo, espectrómetro láser y de electrones. Un dibujo en 3D del CPC, También se muestra el sustrato de tantalio y el láser entrante. Crédito:Laboratorio Nacional Lawrence Livermore
"Es muy alentador ver que se pueden realizar mejoras significativas utilizando la plataforma de destino CPC en un sistema láser de clase petawatt 100 fs, que ya es capaz de un funcionamiento limitado por difracción cercana, "dijo Andrew MacPhee, coautor del artículo. "La óptica sin imágenes aplicada a las interacciones del objetivo láser está redefiniendo el espacio de parámetros accesible a la comunidad".
El equipo utilizó el sistema láser de petavatios de Texas en la Universidad de Austin durante un período de seis semanas. que tiene un pulso corto y alto contraste que permitió que el experimento funcionara. El objetivo es un CPC compuesto que está diseñado específicamente para enfocar más energía láser hacia la punta y aumentar la intensidad.
"El aumento en la temperatura de los electrones estuvo muy de acuerdo con el aumento que esperaríamos al usar el CPC, "Dijo Rusby.
La Oficina de Ciencia del Departamento de Energía apoyó la iniciativa LaserNetUS en Texas Petawatt y el programa de Investigación y Desarrollo Dirigido por Laboratorio de LLNL financió el equipo y el desarrollo de objetivos de crucial importancia de General Atomics.
El equipo ha recibido tiempo adicional a través de LaserNetUS en el petavatio de Texas para continuar la investigación sobre los objetivos de CPC. Esta vez, el equipo se concentrará en la aceleración de los protones de la superficie trasera y la mejora que proporcionan los CPC.
Andrew Mackinnon, coautor del artículo e investigador principal de una iniciativa estratégica de investigación y desarrollo dirigidos por el laboratorio, utiliza estos objetivos de CPC para el proyecto.
"Estos experimentos demostraron que los objetivos de espejo de plasma en miniatura mejoran el acoplamiento de láseres de clase de petavatios a electrones MeV (mega-electronvoltios), lo que beneficia a aplicaciones potenciales como la radiografía MeV basada en láser, " él dijo.
