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

Abstract

شتاب‌­دهی ذرات باردار پر انرژی از مهم‌­ترین کاربردهای اندرکنش لیزرهای پرتوان با پلاسما می‌­باشد. با استفاده از هدف با چگالی‌­های نزدیک به چگالی بحرانی، به ­دلیل همبستگی بیش‌تر لیزر با پلاسما، انرژی منتقل شده از لیزر به پلاسما افزایش می‌­یابد. امروزه به ­دلیل ساخت هدف‌­های با ساختار فومی با چگالی نزدیک به چگالی بحرانی، امکان استفاده از این نوع هدف‌­های شتاب­‌دهی جهت مطالعه هرچه بیش‌تر فرایند شتاب‌­دهی ذرات در چگالی­‌های نزدیک به چگالی بحرانی فراهم شده است. در این پژوهش با استفاده از روش شبیه‌­سازی ذره در جعبه، شکل واقعی ساختار اهداف فومی به­ منظور مطالعه دقیق‌­تر 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 بیشینه‌­ی انرژی پروتون­‌های 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 حفره­‌هایی به قطر μm 5_/0 و فواصل بین مراکز حفره­ای μm 5_/1 منجر به تولید پروتون‌­هایی با بیشینه انرژی MeV 40 می‌‎­شود. در صورتی‌­که حفره‌­ها از حالت بهینه خارج شوند، کاهش انرژی بیشینه­ 20 درصدی برای پروتون‌­ها نسبت به فوم بدون تخلخل مشاهده خواهد شد.