Laserové urychlování iontů : teorie a simulace

Abstract

Laserem řízené iontové svazky se staly slibným zdrojem pro řadu budoucích aplikací se značným socio-ekonomickým dopadem. Tyto sekundární zdroje byly hojně studovány různými přístupy, například numerickými simulacemi, které poskytují cenný vhled do mechanismů urychlování a do kýžené modulace parametrů iontového svazku. V dizertační práci jsou prezentovány dvou a tří-dimenzionální Particle-in-cell (PIC) simulace implementující inter- akci vysoce-intenzivních femtosekundových laserových impulsů s designově pokročilými terči (konkrétně s rovnými či prohnutými fóliemi na jejichž zadní straně je připevněn kanál různého tvaru).

Two and three dimensional Particle-in-cell (PIC) simulations, implementing the interaction of high-intensity femtosecond laser pulses with advanced target designs are discussed. The main goal is to improve proton beam parameters directly using target shaping, specifically angular divergence and spatial uniformity of the produced beam, optimally accompanied by no significant drop of the maximum energy of particles. A detailed investigation of EM fields revealed the formation of magnetic multipoles, namely a magnetic quadrupole with a strong octupole component, and a long-lasting focusing transverse electric field inside a guiding cylinder of a channel-like target in contrast to a reference flat foil. Moreover, the effect of a preplasma generated by the laser prepulse on accelerated protons has been investigated and the discussion of experimental feasibility and various foreseen applications of laser-driven ion beams is provided.