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Dynamic control and enhancement of laser-accelerated protons using multiple laser pulses - 12/06/09

Doi : 10.1016/j.crhy.2009.03.003 
David C. Carroll a, Dimitri Batani g, Roger G. Evans d, Yannick Glinec c, Christian Homann c, Rashida Jafer g, Satyabrata Kar e, Filip Lindau c, Olle Lundh c, Keith Markey e, David Neely b, Frank Nürnberg f, Anders Persson c, Mark N. Quinn a, Alex P.L. Robinson b, Markus Roth f, Claes-Göran Wahlström c, Xiaohui Yuan a, Matthew Zepf e, Paul McKenna a,
a SUPA, Department of Physics, University of Strathclyde, Glasgow, G4 0NG, UK 
b STFC, Rutherford Appleton Laboratory, Didcot OX11 0QX, UK 
c Department of Physics, Lund University, P.O. Box 118, 221 00 Lund, Sweden 
d The Blackett Laboratory, Imperial College London, London, SW7 2AZ, UK 
e School of Mathematics and Physics, Queens University Belfast, Belfast BT7 1NN, UK 
f Technische Universität Darmstadt, Institut für Kernphysik, Schlossgartenstr. 9, 64289 Darmstadt, Germany 
g Dipartimento di Fisica, Università di Milano Bicocca, 20126 Milano, Italy 

Corresponding author.

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Abstract

The use of schemes involving multiple laser pulses to enhance and control the properties of beams of protons accelerated in ultra-intense laser irradiation of planar foil targets is discussed. Specifically, the schemes include the use of a second laser pulse to produce and control preplasma expansion of the target to enhance energy coupling to the proton beam; the use of a second laser pulse to drive shock deformation of the target to change the direction of the proton beam; and a scheme involving dual high intensity laser pulses to change the properties of the sheath field, with the aim of modifying the proton energy spectrum. An overview of our recent experimental and theoretical results is given. The overall aim of this work is to determine the extent to which the properties of the sheath-accelerated proton beam can be optically controlled, to enable beam delivery at high repetition rates. To cite this article: D.C. Carroll et al., C. R. Physique 10 (2009).

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Résumé

Le recours à des régimes utilisant plusieurs impulsions laser afin d’améliorer et de contrôler les caractéristiques des faisceaux de protons accélérés par l’interaction d’une impulsion laser ultra intense avec une cible solide est discuté. Plus particulièrement, l’utilisation d’une seconde impulsion laser pour produire un pré-plasma et en contrôler l’expansion afin d’augmenter le couplage entre l’énergie du laser et celle du faisceau de protons, ainsi que l’utilisation d’une seconde impulsion laser pour induire une déformation par choc de la cible afin de changer la direction du faisceau de protons sont discutés. Un régime impliquant l’utilisation de deux impulsions laser à haute intensité pour changer les propriétés du champ accélérateur dans le but de modifier la distribution énergétique des protons sont également discuté. Nos derniers résultats expérimentaux et théoriques sont présentés. Ces travaux ont été réalisés afin de déterminer jusqu’où il est possible de contrôler les propriétés des faisceaux d’ions accélérés par interaction laser–plasma en s’appuyant sur des méthodes optiques, ceci afin de pouvoir fournir ces faisceaux à un taux de répétition élevée. Pour citer cet article : D.C. Carroll et al., C. R. Physique 10 (2009).

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Keywords : Laser–particle acceleration, Proton beam, Laser–plasma interactions

Mots-clés : Accélération laser de particules, Faisceau de protons, Interactions laser–plasma


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Vol 10 - N° 2-3

P. 188-196 - mars 2009 Retour au numéro
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  • Laser acceleration of low emittance, high energy ions and applications
  • Julien Fuchs, Patrick Audebert, Marco Borghesi, Henri Pépin, Oswald Willi
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  • Ion acceleration with high-intensity lasers and application to isochoric heating
  • Erik Lefebvre, Michaël Carrié, Rachel Nuter

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