Laser-induced ion acceleration in ultrahigh contrast regime
Accélération d'ions par interaction laser-matière en régime de ultra haut contraste laser
Résumé
Recent advances in high-intensity laser technology have opened up new perspectives in the relativistic laser-plasma interaction domain as the acceleration of ion beams to energies of several MeV. During the interaction, a part of the target electrons can reach relativistic velocities and are responsible of the generation of a dense beam of high energy ions with remarkable qualities for many applications (protontherapy, inertial fusion, probing of electric fields in dense plasmas...). Presently, one of the most important trends in research is devoted to increase the maximum attainable energy as this could further enhance the range of application. Our work demonstrate the possibility to increase the ion energy using ultra-thin foils. However, the use of this kind of target requires a laser pulse with a high temporal contrast ratio. Thanks to the implementation of a double plasma mirror, we were able to increase our laser contrast allowing the main femtosecond laser peak interact with a pre-plasma free, solid target. We present herein a complete characterization of proton beam emissions and underline the influence of the target thickness on their maximal energy. We studied each stage of the acceleration process and identified the main mechanism responsible of the electronic heating. Finally, we present a study of the rear side plasma gradient influence on the ion acceleration. Both experimental and numerical results show that owing to the presence of a density gradient the acceleration process is perturbed by ions wave breaking.
Grâce au développement récent des lasers de puissance, le domaine de l'interaction laser-matière a beaucoup évolué, ouvrant depuis quelques années, entre autres, la possibilité de générer des faisceaux d'ions à des énergies de plusieurs MeV. Soumise à de très fortes intensités laser (> 1018 W/cm2), une cible solide est rapidement transformée en plasma. Une fraction de sa population électronique est accélérée à des vitesses relativistes et à l'origine de la génération d'ions à des énergies très élevées. Les faisceaux de particules ainsi produits affichent des caractéristiques particulièrement intéressantes pour différentes applications (diagnostics de plasmas denses, fusion inertielle, protonthérapie...). Cependant, malgré la montée en puissance des installations laser, pour nombre d'entre elles, les énergies atteintes restent aujourd'hui insuffisantes, suscitant un important effort de recherche visant à optimiser les processus d'accélération. En se plaçant dans un régime d'interaction de ultra-haut contraste, nous avons étudié l'influence de l'épaisseur de la cible sur l'accélération des ions et dégager l'intérêt de l'interaction avec des feuilles minces. Au-delà d'un accroissement de l'énergie et du nombre d'ions accélérés par réduction de l'épaisseur de la cible, nous avons mis en évidence les caractéristiques de chaque étape de l'interaction. De plus, en tirant parti de ces conditions optimales d'interaction, nous avons étudié l'influence d'un gradient ionique en face arrière de la cible sur l'accélération des ions, conditions dans lesquelles intervient un mécanisme fin de déferlement ionique.
Domaines
Physique [physics]
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