Studium interakce laserového záření s pevnými terči v kontextu urychlování iontů a zapálení jaderné fúze rázovou vlnou

Abstract

Při interakci vysoce intenzivního laserového impulsu s hmotou vzniká horké plazma. Tento fakt je znám již od poloviny 70. let 20. století a ze stejné doby pochází i myšlenka o využití intenzivního laserového záření k zapálení termojaderné fúze. Tato myšlenka byla do značné míry hnacím motorem vědeckého a technologického vývoje v oblasti pulzních laserových systémů s vysokou energií. Ačkoliv se tehdy zdálo, že k průlomové události demonstrující možnost výroby energie za pomocí laserem zapálené termojaderné fúze dojde již v blízké budoucnosti, na takovou událost stále čekáme i dnes. Překážku na cestě k dosažení inerciální fúzi tvoří dva hlavní faktory. Jsou to hydrodynamické nestability a nestability laserového plazmatu. Nestability laserového plazmatu vznikají v dlouhé koroně před povrchem terče a vedou pře vážně k rozptylu laserového záření a urychlování elektronů. Rychlost jejich růstu se zvyšuje s intenzitou a vlnovou délkou laserového záření. Proto mohou představovat problém zejména v nově představeném způsobu zapálení inerciální fúze tzv. "Shock ignition", kdy má být k za pálení reakce v již stlačeném palivu použita dodatečná silná rázová vlna, vyvolaná absorpcí laserového záření o zvýšené intenzitě. I když tento přístup k zapálení fúze sebou přináší některé výhody, jako například lepší hydrodynamickou stabilitu a vyšší energetický zisk, není jasné, zda jeho úspěšné použití neznemožní právě nestability interakce laserového záření s plazmatem. Stu diu těchto nestabilit v podmínkách relevantních pro zapálení inerciální fúze dodatečnou silnou rázovou vlnou se věnuje první část této habilitační práce, která prezentuje souhrn publikací autora na toto téma. Kromě aplikací v termojaderné fúzi se s rozvojem technologie generování a zesilování krát kých laserových impulsů objevila i perspektivní možnost použití laserové interakce jako mi kroskopického krátko-pulzního zdroje energetických částic, zejména elektronů, iontů a fotonů (ale sekundárně například i neutronů a pozitronů). Elektrony v terči jsou urychlovány rovněž samotným elektrickým a magnetickým polem laserové vlny, ale k urychlování nabitých čás tic na velmi vysoké energie se obecně používají pole indukovaná v průběhu laserové interakce s plazmatem. K urychlování iontů tak dochází především na povrchu pevných terčů v důsledku porušení kvazineutrality plazmatu, které je způsobené pohybem urychlených elektronů. Druhá část této habilitační práce prezentuje souhrn publikací autora, zabývajících se novými mož nostmi v urychlování iontů, s důrazem na efektivitu tohoto procesu a na možnosti generace iontových svazků s úzkým energetickým spektrem.