Новые методы лазерно-плазменного ускорения заряженных частиц и генерации излучения с использованием волноводных и профилированных мишеней

Объект исследования - процессы взаимодействия лазерного излучения с плазмой для получения высокоэнергичных пучков электронов. Цель исследования - изучение характеристик сгустков электронов, ускоряемых в плазменных полях в направляющих структурах, таких как плазменный канал или капиллярный волновод, а также изучение влияния самофокусировки на процесс генерации плазменной волны, захват и ускорение электронов. Разработано программное обеспечение, позволяющее моделировать процесс лазерно-плазменного ускорения поляризованных частиц с учетом бетатронного излучения. Проведены численные расчёты с использование PIC-кода и их сравнение с экспериментом и аналитическими результатами. Выполнены оригинальные исследования влияния бетатронного излучения на набор энергии и деполяризацию электронов при различных режимах лазерно-плазменного ускорения. Получен характерный параметр для оценки влияния излучения на деполяризацию пучка частиц. Впервые проведены исследования влияния нелинейных процессов самофокусировки и самомодуляции лазерного импульса субтераваттной мощности на захват и ускорение электронов в газовой струе. Область применения - структурные исследования вещества, физика высоких энергий, радиография с низкой дозой облучения. Полученные результаты могут быть использованы в проектах, нацеленных на создание лазерно-плазменных ускорителей частиц до высоких энергий, таких как проект EuPRAXIA (European Plasma Research Accelerator with Excellence In Applications, http://www.eupraxia-project.eu), в котором планируется создать многокаскадный лазерно-плазменный ускоритель электронов. Результаты исследования вносят вклад в разработку и построение многостадийного лазерно-плазменного коллайдера лептонов, позволяющего ускорять пучки частицы до энергий ТэВ-диапазона. Создание лазерно-плазменного ускорителя, включающего несколько ускоряющих каскадов, каждый из которых даёт прирост энергии частиц в несколько ГэВ с сохранением качества сгустка. Эмиттанс и угловой разброс в пучке будут оставаться в ограниченном диапазоне, пригодном для практических приложений.