Target design for high-power laser accelerated ions

Details Target design for high-power laser accelerated ions Target design for high-power laser accelerated ions

H - Electricity

01

J

H01J 49/16 (2006.01) H01L 21/26 (2006.01)

Patent

CA 2592029

Methods for designing a laser-accelerated ion beam are disclosed. The methods include modeling a system including a heavy ion layer, an electric field, and high energy light positive ions having a maximum light positive ion energy, correlating physical parameters of the heavy ion layer, the electric field, and the maximum light positive ion energy using the model, and varying the parameters of the heavy ion layer to optimize the energy distribution of the high energy light positive ions. One method includes analyzing the acceleration of light positive ions, for example protons, through interaction of a high-power laser pulse with a double-layer target using two-dimensional particle-in-cell (PIC) simulations and a one-dimensional analytical model. The maximum energy acquired by the accelerated light positive ions, e.g., protons, in this model depends on the physical characteristics of the heavy-ion layer- the electron-ion mass ratio and effective charge state of the ions. The hydrodynamic equations for both electron and heavy ion species solved and the test-particle approximation for the protons is applied. It was found that the heavy ion motion modifies the longitudinal electric field distribution, thus changing the acceleration conditions for the light positive ions.

L'invention concerne des procédés destinés à la conception d'un faisceau ionique accéléré par laser. Ces procédés consistent à produire un modèle d'un système comprenant une couche d'ions lourds, un champ électrique et des ions positifs légers à énergie élevée possédant une énergie d'ions positifs légers maximale, à établir une corrélation entre les paramètres physiques de la couche d'ions lourds, le champ électrique et l'énergie d'ions positifs légers maximale à l'aide du modèle, et à faire varier les paramètres de la couche d'ions lourds pour optimiser la distribution énergétique des ions positifs légers à énergie élevée. Un procédé consiste à analyser l'accélération d'ions positifs légers, tels que des protons, en analysant l'interaction entre une impulsion laser de forte puissance et une cible double couche à l'aide de simulations à deux dimensions de type PIC (particle-in-cell) et d'un modèle analytique à une dimension. L'énergie maximale acquise par les ions positifs légers accélérés, tels que des protons, dans ce modèle, dépend des caractéristiques physiques de la couche d'ions lourds, notamment le rapport de masse électron-ion et l'état de charge réel des ions. Les équations hydrodynamiques pour les espèces d'électrons et d'ions lourds résolues et l'approximation de particule d'essai pour les protons est appliquée. Il s'est avéré que le mouvement des ions lourds modifie la distribution du champ électrique dans la longueur, ce qui modifie les conditions d'accélération pour les ions positifs légers.

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