Персона: Корнеев, Филипп Александрович
Email Address
Birth Date
Результаты поиска
Взаимодействие лазерного импульса с плазмой в условиях нарушенной аксиальной симметрии
Нелинейное взаимодействие интенсивных лазерных импульсов с веществом может приводить к возбуждению самосогласованного движения зарядов и генерации магнитного поля, остающегося в плазме после прекращения лазерного воздействия. Одним из способов индуцировать азимутальные токи в заданном направлении является внесённое в систему нарушение аксиальной симметрии. Рассмотрено два способа создания выделенного направления движения зарядов при взаимодействии, один из которых связан со структурой мишени, а второй – со структурой самого импульса. Для случая сверхмощных мультипетаваттных фемтосекундных лазерных импульсов, соответствующих установке XCELS, приведены оценки характерных параметров, согласно которым индукция аксиальных магнитных полей может достигать десятков кТл в микрокапиллярных структурированных мишенях, а в случае взаимодействия структурированных импульсов с однородной плазмой аксиальное магнитное поле порядка десятков Тл может занимать область диаметром в сотни микрометров. Предложены схемы соответствующих экспериментов, обсуждаются возможные приложения
Диагностика экстремального света
Генерация мощных коротких лазерных импульсов ультрарелятивистской интенсивности (свыше 1020 Вт/см2) с использованием инфраструктуры XCELS и их применение для решения задач лазерно-плазменного взаимодействия и ускорения заряженных частиц, а также задач квантовой электродинамики требуют корректной диагностики параметров лазерного импульса в области взаимодействия при его острой фокусировке. Предлагается подход к измерению ключевых параметров XCELS-пучка, таких как его размер в каустике и пиковая интенсивность лазера. Предлагаемый метод основан на использовании процесса вакуумного ускорения заряженных частиц – электронов и протонов – из фокального объёма. При использовании распределения полей лазерного импульса вблизи его фокуса с помощью дифракционных интегралов Стрэттона –Чу и метода пробных частиц характеристики ускоренных электронов и ионов могут быть определены количественно строго (например, энергии ускоренных частиц и углы их вылета). Последнее позволяет предложить практически доступный экспериментальный метод диагностики излучения в отдельном лазерном выстреле и дизайн XCELS-эксперимента.
Stochastic electron heating in an interference field of several laser pulses of a picosecond duration
© 2019 IOP Publishing Ltd. Efficient electron acceleration and heating is demonstrated in a multimode structure created by interference of several laser beams of a relativistic intensity and a picosecond duration near a sharp target boundary. Electron energization proceeds in two steps, with a slow stochastic heating followed by a fast regular acceleration in a resonance interaction with one of wave packets. It results in formation of a population of energetic electrons with an exponential distribution in energy characterized by a high effective temperature and a sharp cutoff. Hot electron characteristics depend on the number of crossing laser beams and their respective angles. This process is an example of efficient electron heating in vacuum by electromagnetic fields without participation of electrostatic plasma waves. It might contribute to creation of a superthermal particle population with an effective temperature significantly exceeding the common ponderomotive scaling.
Specifics of powerful shock initialization by energetic ion beam
An analytical model for heating matter in the semi-infinite space by a high-energy ion flow is presented. The obtained solution obtained describes the temporal evolution of the thermodynamics and hydrodynamics of plasma in the heated region. It counts for the general stopping power dependence on plasma temperature. While the matter is heated, the mean free path of heating ions changes functionally with temperature. Namely, it does not depend on the plasma temperature at the beginning and increases with the temperature after it passes a thermal threshold. At this threshold, the thermal velocity of plasma electrons is equal to the velocity of the ions in the heating beam. The solution shows that the most advantageous regime for the initialization of the quasi-stationary shock wave realizes when the ion energy is equal to the thermal threshold. This regime corresponds to the maximum shock pressure and the slowest subsequent pressure decay with time. Special attention is devoted to the powerful shock wave driven by the laser-accelerated fast ion beam. For example, a Gbar shock pressure may be achieved by heating an aluminum target by a proton beam with intensity of about 5 x 10(15) W cm(-2) and particle energy of about 4 MeV.
Генерация мощного излучения терагерцевого диапазона с помощью интенсивных фемтосекундных лазерных импульсов
Рассмотрен процесс генерации сверхмощного контролируемого излучения терагерцевого диапазона разрядными токами, возбуждаемыми при облучении мультипетаваттными лазерными импульсами протяжённой мишени заданной геометрии. Показано, что использование нескольких лазерных импульсов позволяет пропорционально увеличить интенсивность излучаемых терагерцевых импульсов при коэффициенте преобразования излучения порядка нескольких процентов. Предложена схема интерференционного усиления терагерцевых импульсов в заданном направлении при синхронном облучении нескольких идентичных мишеней.
Рентгеноспектральная диагностика сверхсильных магнитных полей в ультрарелятивистской лазерной плазме
Под действием лазерного излучения ультрарелятивистской интенсивности на микроструктурированные мишени может формироваться вещество в экстремальном состоянии – с плотностью, близкой к твердотельной, и сверхсильными магнитными полями. Экспериментальная диагностика таких полей оптическими методами оказывается невозможной в силу высокой плотности и самоизлучения плазмы, поэтому более актуальными становятся рентгеноспектральные методы. В работе рассмотрены особенности методики такой диагностики сверхсильных магнитных полей, основанной на анализе формы профилей спектральных линий, испускаемых многозарядными ионами плазмы. В качестве примера рассмотрены мишени со структурой, сформированной регулярными столбиками вещества микронного размера, облучаемые лазерными импульсами с параметрами, соответствующими импульсам перспективной строящейся установки XCELS.
Hydrodynamic model of plasma evolution under heating by high-energy ion flux
© Published under licence by IOP Publishing Ltd.The analytical solution is found for thermodynamic state of plasma created when the half-space is heating by high-energy ion flow. The dependence of free path length of heating ions on plasma temperature is taken into account. Besides, an analysis of characteristic parameters of shock wave and efficiency of energy transfer to shock wave from heating ion flow is given.
Исследование сильно замагниченной релятивистской плазмы в контексте лабораторной астрофизики и управления потоками частиц
Рассмотрен один из наиболее эффективных методов лазерной генерации сильно замагниченной горячей плазмы при использовании сверхмощного облучения, достижимого на перспективной установке XCELS. Показано, что использование нескольких импульсов установки позволяет управлять параметрами плазмы, при этом энергетическая эффективность, т. е. отношение энергии магнитного поля к полной энергии лазерного излучения, оказывается ~20%. Полученная система с релятивистскими замагниченными электронами и магнитными полями до нескольких десятков кТл представляет интерес для лабораторных исследований высокоэнергетичных процессов в астрофизике, в частности явления релятивистского пересоединения магнитных силовых линий, а также для различных перспективных приложений, например для управления потоками быстрых лазерно-ускоренных частиц.
Исследования ядерных реакций в микроразмерных мишенях, обеспечивающих генерацию сверхсильных квазистационарных полей под действием лазерного излучения
Представлены схемы, обеспечивающие благоприятные условия для протекания и исследования реакций синтеза лёгких ядер в микроразмерных мишенях при использовании одного или нескольких мультипетаваттных лазерных импульсов. Особенностью рассмотренных мишеней является их способность генерировать сверхсильные магнитные или электрические квазистационарные поля, недостижимые другими методами. Магнитные поля, возбуждаемые в мишенях типа «улитка», позволяют не только существенно подавить электронную теплопроводность, но и в некоторых случаях удерживать заряженные продукты реакции. Электрические поля, генерируемые в сферических или цилиндрических микрополостях, позволяют осуществить имплозивное сжатие вещества до твердотельного уровня плотности при нагреве до десятков и сотен кэВ. Приведены оценки, показывающие возможность создания с помощью рассмотренных схем сверхъярких источников вторичных частиц.
Laboratory investigation of particle acceleration and magnetic field compression in collisionless colliding fast plasma flows
In many natural phenomena in space (cosmic-rays, fast winds), non-thermal ion populations are produced, with wave-particle interactions in self-induced electromagnetic turbulence being suspected to be mediators. However, the processes by which the electromagnetic energy is bestowed upon the particles is debated, and in some cases requires field compression. Here we show that laboratory experiments using high-power lasers and external strong magnetic field can be used to infer magnetic field compression in the interpenetration of two collisionless, high-velocity (0.01-0.1c) quasi-neutral plasma flows. This is evidenced through observed plasma stagnation at the flows collision point, which Particle-in-Cell (PIC) simulations suggest to be the signature of magnetic field compression into a thin layer, followed by its dislocation into magnetic vortices. Acceleration of protons from the plasma collision is observed as well. As a possible scenario, with 1D and 2D PIC simulations we consider a compression of the vortices against dense plasma remnants.