Laserionacceleration bruger intense laserblink til at varme elektroner af et fast stof til enorme temperaturer og drive disse ladede partikler til ekstreme hastigheder. Disse har for nylig fået trækkraft til applikationer i selektivt ødelæggelse af kræftsusceller, under behandling af halvledermaterialer og på grund af deres fremragende egenskaber til billeddannelse og fusionsrelevante forhold.
Massive lasersystemer med flere joules lysenergi er nødvendige for at bestråle faste stoffer til formålet. Dette producerer et blitz af ioner, der accelereres til ekstreme hastigheder. Det er muligt at emulere store million-volt acceleratorer inden for tykkelsen af en hårstreng.
Sådanne lasere er typisk begrænset til et par blink i sekundet for at forhindre overophedning og skade på laserkomponenter. Således er laserdrevne ionacceleratorer begrænset til demonstrative anvendelser i store eksperimentelle faciliteter. Dette er langt fra applikationer i den virkelige verden, hvor blinkene af ioner med høj hastighed er ideelt tilgængelige meget hyppigere.
Små lasere, der leverer flere tusinde blink, er rutinemæssigt til stede i små universitetslaboratorier, der opererer på en tusindedel af en joule af laserpulsenergi.
Kendte mekanismer for laserdrevet ionacceleration ville forudsige, at ionacceleration med et par kilovolt er mulig under disse forhold. Dette er langt under MEV-området for ioner, der er drevet af store lasere. Denne afvejning udgør en grundlæggende udfordring i udviklingen af ionkilder med en høj gentagelsesgrad.
I en undersøgelse offentliggjort i Fysisk gennemgangsforskningSV Rahul og Ratul Sabui fra TIFR Hyderabad, ledet af prof. M Krishnamurthy, har broet over dette hul ved at producere megavolt energiprotoner ved hjælp af et par millijoule -lasere og gentaget tusind gange i sekundet.
De udnytter en velkendt hindring for laserion-accelerationsskemaer-nemlig præ-pulser-til deres fordel. Prepulser er små bursts af laserenergi forud for en intens laserpuls. De stammer fra lasersystemer på grund af forskellige ufuldkommenheder.
Ionaccelerationsprocessen er afhængig af forudsætningen for en enkelt intens laserpulsopvarmning et mål. Imidlertid ændrer præ-pulser for tidligt overfladen af det faste stof, ofte endda ødelægger de fine funktioner, der er til stede på dem.
Dedikerede systemer er ofte nødvendige for at undertrykke præ-pulser, tilføje til kompleksitet og begrænse skalerbarheden. I stedet for at fjerne præ-puls, demonstrerer TIFRH-gruppen en metode til at udnytte dens virkninger.
I deres eksperimenter skulpturerer præ-puls et hul hulrum i en flydende mikrodroplet, hvilket skaber et plasma med lav densitet. Dette bliver en frugtbar grund, hvor laserpulser absorberes for at drive et par gigantiske bølger i plasmaet.
Disse bølger har en tendens til hurtigt at kollapse, når de rejser, og frigiver bursts af energiske elektroner. Disse elektroner er til sidst ansvarlige for at køre effektiv acceleration af protoner til hundreder af kilovolt.
Ved at operere med tusind gange i sekundet og anvende Millijoule Energy Laser -pulser, muliggør fremgangsmåden effektiv ionacceleration.
Uden at kræve ekstreme laserintensiteter eller undertrykkelse af parasitisk præpuls, baner denne tilgang vejen for laserdrevet ionacceleratorer med høj gentagelse.