مطالعه و بررسی شتاب‌دهی پروتون‌ها در اندرکنش لیزرهای پرتوان با هدف‌های فومی

شتاب‌ دهی ذرات باردار پر انرژی از مهم‌ ترین کاربردهای اندرکنش لیزرهای پرتوان با پلاسما می‌ باشد. با استفاده از هدف با چگالی‌ های نزدیک به چگالی بحرانی، به دلیل همبستگی بیش‌تر لیزر با پلاسما، انرژی منتقل شده از لیزر به پلاسما افزایش می‌ یابد. امروزه به دلیل ساخت هدف‌ های با ساختار فومی با چگالی نزدیک به چگالی بحرانی، امکان استفاده از این نوع هدف‌ های شتاب ‌دهی جهت مطالعه هرچه بیش‌تر فرایند شتاب‌ دهی ذرات در چگالی ‌های نزدیک به چگالی بحرانی فراهم شده است. در این پژوهش با استفاده از روش شبیه‌ سازی ذره در جعبه، شکل واقعی ساختار اهداف فومی به منظور مطالعه دقیق‌ تر اندرکنش لیزر با هدف مورد بررسی قرار گرفته است و حالت بهینه برای فوم متخلخل از نظر ابعاد و فواصل بین حفره ها بر مبنای بیشینه‌ ی انرژی پروتون ‌های تولید شده پس از اتمام تپ لیزر، پیشنهاد شده است. بر اساس این مطالعات، برای فوم با چگالی 6/3 برابر چگالی بحرانی و ضخامت μm 16، وجود حفره ‌هایی به قطر μm 5/0 و فواصل بین مراکز حفره ای μm 5/1 منجر به تولید پروتون‌ هایی با بیشینه انرژی mev 40 می‌‎ شود. در صورتی‌ که حفره‌ ها از حالت بهینه خارج شوند، کاهش انرژی بیشینه 20 درصدی برای پروتون‌ ها نسبت به فوم بدون تخلخل مشاهده خواهد شد.

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

Acceleration of high energy charged particles is one of the most important applications of highpower lasers interaction with plasma. Using targets with densities close to critical densities, because of better laserplasma coupling, the transferred energy from the laser to plasma will be increased. Today, due to the construction of foamstructured targets, with a density close to critical density, it is possible to use such targets in order to study more about the acceleration process of particles with densities close to the critical density. In this paper, using particle simulation in a cell, a realistic form of foam structure of laser interaction with targets has been studied in more detail. The optimal state for porous foam in terms of dimensions and distances between holes is proposed based on the maximum energy of the protons produced after the laser pulse is completed and it is found out that for a foam with a density of 3.6 critical density and 16micrometer length, the existence of holes with 0.5micrometer radius and 1.5micrometers for the distance between the centers can produce protons with 40 MeV energy but if the holes are not in proper conditions, protons’ maximum energy will be decreased about 20 percent relative to the condition without porous foam.