Релятивистский лазерно-плазменный электронный источник на основе гибридных мишеней нового типа для генерации мягкого рентгеновского излучения.

Предлагаемый проект направлен на изучение ускорения электронов при нелинейном высокоинтенсивном (свыше 10^18 Вт/см^2) взаимодействии фемтосекундного лазерного импульса мощностью около 1 ТВт с пространственно-неоднородной плазмой, формируемой с использованием комбинированных мишеней нового типа, а также исследование возможности генерации мягкого рентгеновского излучения при обратном комптоновском рассеянии электронного сгустка на оптическом импульсе с высокой плотностью мощности. Интерес к подобного рода источникам возрос в связи с открытием новых эффектов ускорения частиц в лазерной плазме, позволивших значительно поднять характеристи быстрых пучков, используемых для генерации рентгеновского излучения. Компактная конструкция таких систем даёт неоспоримое преимущество перед традиционными источниками (синхротроны, лазеры на свободных электронах) с точки зрения их стоимости и доступности для широкого круга пользователей.За последние несколько лет научные исследования по тематике лазерного ускорения частиц привели к открытию механизмов ускорения электронов до энергий в единицы и десятки МэВ уже при относительно “скромных” по современным мерками мощностях лазерных системе до нескольких тераватт. И связано это во многом с оптимизацией процесса лазерно-плазменного взаимодействия. Поэтому основной идеей настоящего проекта является поиск и создание оптимальной конфигурации плазменной мишени нового типа для облучения фемтосекундным лазерным импульсом мощностью около 1 ТВт и интенсивностью 10^18-10^19 Вт/см^2 с целью получения максимальных энергий и тока электронного пучка при его минимальной расходимости. Для этого в рамках гранта планируется исследовать возможности гибридных мишеней, объединяющих в себе преимущества твердотельных и газовых мишеней. Согласно предварительным расчётам ожидается, что электронный пучок, генерируемый лазерным импульсом в области плотной плазмы, затем будет дополнительно ускоряться лазерным полем в протяженном облаке подкритической плотности, прозрачном для оптического импульса. Это позволит существенно поднять энергию частиц (до 10 МэВ), заряд пучка (до сотни пКл) и уменьшить его расходимость (до 0.1 рад). Последние свойства играют ключевую роль для задачи генерации мягкого рентгеновского излучения в диапазоне 0.1-1 кэВ на основе обратного комптоновского рассеяния. Решение такой задачи предлагается впервые с использованием лазерных систем тераваттного уровня и имеет важное значение для доступности прикладных исследований с использованием сверхкоротких рентгеновских импульсов. Для осуществления проекта полученный в гибридной мишени электронный пучок будет сталкиваться с дополнительным мощным фемтосекундным лазерным импульсом, сфокусированным до интенсивности около 10^18 Вт/см^2 навстречу пучку заряженных частиц. Наши оценки показывают, что поток мягкого рентгеновского излучения в диапазоне 0.1-1 кэВ может достигать 10^6 за выстрел, что может составить конкуренцию лазерным источникам другого типа с учётом относительно небольшой расходимости потока квантов. На основе измерений параметров рентгеновского источника будут даны оценки его применимости в различных прикладных и фундаментальных задачах, проведён расчёт и обоснование геометрии будущих экспериментов и пр.