Лазерная генерация пучков ускоренных электронов и потоков нейтронов в плазме газовой струи, модифицированной ударными волнами

Для широкого спектра лабораторных приложений, связанных с передовыми областями ядерной фотоники, рентгенографии с высоким временным и пространственным разрешением, создания источников корпускулярного излучения и т.п., необходим яркий и одновременно компактный источник пучка электронов с энергией в десятки МэВ. Для решения этих задач наблюдается возрастающий интерес к лазерно-плазменным источникам быстрых электронов в свете развития лазерных систем высокой пиковой мощности, способных работать на высокой частоте повторения импульсов, и выявления новых режимов ускорения заряженных частиц в сверхкороткой релятивистской лазерной плазме. Отдельно стоит отметить одно из наиболее интересных применений лазерно-плазменного ускорителя - создание компактного импульсного нейтронного источника (за счёт возбуждения электронным пучком вторичных процессов) для задач нейтронной радиографии. Генерация пучков электронов с высокими показателями средней и пиковой мощности интенсивным (свыше 10^18 Вт/см^2) лазерным импульсом во многом связана с инженерией плазменной мишени, параметры которой определяют как эффективность процесса ускорения частиц, так и способность к быстрому возобновлению к приходу следующего импульса. Для этого применяются газовые струи, кластерные мишени, пленки и проволоки и прочие виды. Проект нацелен на создание для указанных выше приложений яркого лазерно-плазменного источника потоков высокоэнергетических электронов и нейтронов на основе взаимодействия интенсивного лазерного излучения с плазмой газовой струи, модифицированной ударными волнами дополнительных лазерных импульсов. В настоящей заявке впервые для задач ускорения электронов будет использована контролируемая модификация газовой струи ударными волнами отдельных лазерных импульсов. Помимо решения прикладной задачи создания яркого лазерной плазменного источника электронов и нейтронов будет проведено масштабное исследование механизмов взаимодействия интенсивного лазерного излучения с плазмой подобной мишени и поиск путей оптимизации энергетических характеристик расходимости и заряда электронного пучков. Также будет проведена оптимизация схемы генерации нейтронов для получения максимального выхода и проведен перенос разработанных методик создания модифицированной газовой мишени на системы с высокой частотой повторения. При решении задачи будут использованы как экспериментальные, так и численные методы. У коллектива имеется большой опыт исследования процессов ускорения электронов в плазме, созданной при воздействии предымпульса на твердотельные мишени. Были отработаны различные методы диагностики параметров плазмы и пучков электронов. Кроме того, был проведен предварительный эксперимент по генерации электронного пучка в модифицированной ударной волной газовый мишени. При взаимодействии полученного пучка с вольфрамовой мишенью конвертером был зарегистрирован высокий для тераваттной лазерной системы выход нейтронов 10^4 на выстрел. Таким образом, в предварительном эксперименте показана работоспособность и перспективность предлагаемого подхода.