Esta imagem mostra a intensificação do laser nas simulações e os elétrons sendo acelerados. Crédito:Laboratório Nacional Lawrence Livermore
Produção intensa conduzida por laser de pulso curto de fontes brilhantes de alta energia, como raios X, nêutrons e prótons, tem se mostrado uma ferramenta inestimável no estudo da ciência de alta densidade de energia.
Em um esforço para abordar algumas das aplicações mais desafiadoras, como radiografia de raios-X de objetos de alta densidade de área para aplicações industriais e de segurança nacional, tanto o rendimento quanto a energia das fontes devem ser aumentados além do que tem sido alcançado atualmente por sistemas de laser de alta intensidade de última geração.
Uma equipe de cientistas do Laboratório Nacional Lawrence Livermore (LLNL), A Universidade de Austin e a General Atomics aceitaram esse desafio. Especificamente, a equipe conduziu medições experimentais de produção de elétrons quentes usando um pulso curto, laser de alto contraste em alvos cônicos e planos.
A geometria do cone é um Concentrador Parabólico Composto (CPC) projetado para focar o laser na ponta. A geometria do cone mostra temperaturas de elétrons quentes mais altas do que as folhas planas. Simulações identificaram que a principal fonte desse aumento de temperatura é o aumento de intensidade causado pelo CPC.
Liderado pelo LLNL nomeado pós-doutorado Dean Rusby, os resultados da pesquisa são apresentados em Revisão Física E .
"Fomos capazes de aumentar a temperatura do feixe de elétrons de nossas interações de laser de alta intensidade, atirando em um alvo cônico de foco, "Rusby disse." Isso mostra que entendemos como o concentrador parabólico composto funciona sob essas condições de laser. "
Rusby disse que aumentar o acoplamento em elétrons de alta energia nessas interações é crucial para o desenvolvimento de aplicações a partir de interações laser-plasma.
Esta imagem mostra a configuração experimental exibindo o alvo, laser e espectrômetro de elétrons. Um desenho 3D do CPC, substrato de tântalo e o laser de entrada também são mostrados. Crédito:Laboratório Nacional Lawrence Livermore
"É muito encorajador ver que melhorias significativas são possíveis usando a plataforma de destino CPC em um sistema a laser classe petawatt 100 fs, que já é capaz de operação quase limitada por difração, "disse Andrew MacPhee, co-autor do artigo. "A ótica sem imagem aplicada às interações de alvos de laser está redefinindo o espaço de parâmetros acessível à comunidade."
A equipe usou o sistema de laser petawatt do Texas na Universidade de Austin durante um período de seis semanas, que tem um pulso curto e alto contraste que permitiu que o experimento funcionasse. O alvo é um CPC composto projetado especificamente para concentrar mais energia do laser na ponta e aumentar a intensidade.
"O aumento na temperatura do elétron concordou fortemente com o aumento que esperaríamos ao usar o CPC, "Rusby disse.
O Escritório de Ciência do Departamento de Energia apoiou a iniciativa LaserNetUS em Texas Petawatt e o programa de Pesquisa e Desenvolvimento Dirigido por Laboratório do LLNL financiou a equipe e o desenvolvimento de alvos crucialmente importante da General Atomics.
A equipe recebeu tempo adicional por meio do LaserNetUS no Texas petawatt para continuar a pesquisa sobre os alvos de CPCs. Desta vez, a equipe se concentrará na aceleração dos prótons da superfície traseira e no aprimoramento que os CPCs fornecem.
Andrew Mackinnon, co-autor do artigo e investigador principal de um Laboratório de Iniciativa Estratégica de Pesquisa e Desenvolvimento Dirigido, está usando essas metas de CPC para o projeto.
"Esses experimentos mostraram que os alvos de espelho de plasma em miniatura melhoram o acoplamento de lasers da classe petawatt aos elétrons MeV (megeletronvolt), que beneficia aplicações potenciais, como radiografia MeV baseada em laser, " ele disse.
