Генерация высокоэнергичных протонов и легких ионов

Большой интерес вызывает возможность использования сверхмощных лазерных систем для генерации и ускорения пучков протонов и легких ионов. Актуальность этой задачи связана с тем, что такие пучки с энергией 100 МэВ – 1 ГэВ необходимы для адронной терапии раковых опухолей, радио-графии плотных объектов, управления подкритическими ядерными реакторами. В ИПФ РАН под руководством А. В. Кима и А. М. Сергеева был проведен ряд теоретических исследований в этом направлении с использованием оригинальных компьютерных кодов, разработанных А. А. Гоносковым и А. В. Коржимановым.

Предложена оригинальная схема ускорения ионов, основанная на перераспределении под действием пондеромоторной силы электронов в твердотельной мишени при нормальном облучении ее поверхности циркулярно поляризованным излучением и инжекции протонов с лицевой поверхности мишени. Эта схема допускает каскадирование процесса ускорения в последовательно расположенных тонких фольгах. При достаточно малой толщине фольги наблюдается резкое падение коэффициента отражения при достижении интенсивностью падающего излучения определенного критического значения; таким образом, излучение проходит сквозь фольгу и может быть использовано для создания ускоряющего поля на второй фольге, расположенной вслед за первой и т. д. Путем численного моделирования было продемонстрировано получение квазимоно-хроматического протонного пучка на четырех фольгах с энергией более 200 МэВ.