نقش یونیزاسیون میدانی در ساز و کار شتاب‌دهی پروتون از طریق برهم‌کنش پالس شدت بالا در پهناهای متفاوت

مکانیزم شتاب دهی غلافی پروتون (tnsa) یکی از رایج‌ترین مکانیزم‌های شتاب دهی پروتون در چیدمان‌های تجربی می‌باشد. در این پژوهش با استفاده از شبیه‌سازی‌های دو بعدی ذره‌ در سلول (pic) به مطالعه اثر یونیزاسیون میدانی در برهم کنش پالس لیزر شدت بالا با طول پالس‌های مختلف بر روی عملکرد شتاب دهی پروتون پرداخته شده است. برای این منظور دو هدف جامد (تقریباً خنثی) و نیز پلاسمای کاملاً یونیزه از جنس آلومینیم با ضخامت 5/0 میکرومتر که با یک لایه نازک هیدروژن با ضخامت 50 نانومتر جفت شده است در نظر گرفته شده‌اند. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد با ثابت گرفتن انرژی پالس لیزر و برای شدت‌های متوسط لیزری (در این‌جا a0=10 برای پالس با پهنای 25 فمتوثانیه) استفاده از ساختار جامد منجر به افزایش انرژی بیشینه پروتون‌ها حدود 36 درصد نسبت به حالت هدف با ساختار پلاسما می‌شود. به علاوه اختلاف ایجاد شده در انرژی قطع در دو حالت هدف جامد و پلاسمای ایده‌ آل با افزایش پهنای پالس لیزری کاهش می‌یابد.

field ionization effect on the proton acceleration scheme via high intensity laser interaction with target at different pulse durations

target normal sheath acceleration (tnsa) mechanism is one of the most common proton acceleration mechanisms in the experimental setup. in this work, the effect of field ionization on the proton acceleration performance in result of the interaction of high intensity laser pulses with different pulse lengths was studied using two-dimensional particle in cell (pic) simulations. for this purpose, two solid (neutral) targets as well as fully ionized plasma target, made of aluminum layer with thickness of 0.5 μm, and paired with a thin layer of hydrogen with thickness of 50 nm are considered.  simulation results showed that considering the constant pulse energy and a medium laser intensity (here a0 =10 for pulse width of 25 femtoseconds) the use of solid structure leads to an increase in the maximum energy of the protons by about 36%. in addition, the difference in proton cut-off energy between the solid target and the ideal plasma one decreases with increasing the laser pulse width.