Лазерное ускорение электронов q-гауссовым пучком в плазме с учетом его самофокусировки

Представлена схема ускорения электронов самофокусированными q-гауссовыми лазерными импульсами в неплотной плазме. Релятивистское увеличение массы электронов плазмы приводит к нелинейному отклику плазмы на падающий лазерный импульс, что вызывает самофокусировку. При совместном воздействии насыщающего характера релятивистской нелинейности плазмы, самофокусировки и дифракционного уширения лазерного импульса ширина луча лазерного импульса изменяется колебательно. Электрон, первоначально находящийся на оси импульса и во фронте самосфокусированного импульса, получает от него энергию до достижения пика импульса. Когда электрон достигает хвоста импульса, импульс расходится. Замедление электрона от замыкающей части импульса меньше по сравнению с ускорением, которое обеспечено восходящей частью импульса. Следовательно, электрон покидает импульс с чистым выигрышем в энергии. Дифференциальные уравнения движения электронов решены численно с учетом эффекта самофокусировки лазерного импульса.

1. C. L. Smith, Sci. Am., 283, 70 (2000).

2. C. J. Rhodes, Sci. Progress, 96, 95 (2013).

3. K. R. Symon, SAE Trans., 68, 157 (1960).

4. K. R. Hogstrom, P. R. Almond, Phys. Med. Biol., 51, R455 (2006).

5. J. Mittendorfer, B. G. Wagner, Rad. Phys. Chem., 173, 108870 (2020).

6. S. Kutsaev, R. Agustsson, A. Arodzero, S. Boucher, J. Hartzell, A. Murokh, F. O. Shea, A. Y. Smirnov, Phys. Proc., 90, 115 (2017).

7. S. V. Kutsaev, Tech. Phys., 66, 161 (2021).

8. L. R. Fernandez, AIP Conf. Proc., 1271, 159 (2010).

9. E. Bujdosó, L. Toth, J. Radioanal. Chem., 59, 255 (1980).

10. M. Dunne, Science, 312, 374 (2006)

11. C. Joshi, Sci. Am., 294, 40 (2006).

12. E. Esarey, C. B. Schroeder, W. P. Leemans, Rev. Mod. Phys., 81, 1229 (2009).

13. J. M. Dawson, Sci. Am., 260, 54 (1989).

14. T. Tajima, J. M. Dawson, Phys. Rev. Lett., 43, 267 (1979).

15. C. Joshi, T. Tajima, J. M. Dawson, H. A. Baldis, N. A. Ebrahim, Phys. Rev. Lett., 47, 1285 (1981).

16. R. Singh, A. K. Sharma, Phys. Plasmas, 17, 123109 (2010).

17. V. Sazegari, M. Mirzaie, B. Shokri, Phys. Plasmas, 13, 033102 (2006).

18. A. Sharma, V. K. Tripathi, Phys. Plasmas, 16, 043103 (2009).

19. N. Gupta, S. Kumar, Pramana, 95, 53 (2021).

20. N. Gupta, S. Kumar, S. Chaudhry, S. B. Bhardwaj, S. Kumar, Nonlinear Opt. Quantum Opt., 55, 281 (2022).

21. A. Singh, N. Gupta, Optik, 127, 5452 (2016).

22. A. Singh, N. Gupta, Phys. Plasmas, 22, 062115 (2015).

23. P. K. Patel, M. H. Key, A. J. Mackinnon, R. Berry, M. Borghesi, D. M. Chambers, H. Chen, R. Clarke, C. Damian, R. Eagleton, R. Freeman, S. Glenzer, G. Gregori, R. Heathcote, D. Hey, N. Izumi, S. Kar, J. King, A. Nikroo, A. Niles, H. S. Park, J. Pasley, N. Patel, R. Shepherd, R. A. Snavely, D. Steinman, C. Stoeckl, M. Storm, W. Theobald, R. Town, R. Van Maren, S. C. Wilks, B. Zhang, Plasma Phys. Controlled Fu sion, 47, B833 (2005).

24. M. Nakatsutsumi, J. R. Davies, R. Kodama, J. S. Green, K. L. Lancaster, K. U. Akli, F. N. Beg, S. N. Chen, D. Clark, R. R. Freeman, C. D. Gregory, H. Habara, R. Heathcote, D. S. Hey, K. Highbarger, P. Jaanimagi, M. H. Key, K. Krushelnick, T. Ma, A. MacPhee, A. J. MacKinnon, H. Nakamura, R. B. Stephens, M. Storm, M. Tampo, W. Theobald, L. Van Woerkom, R. L. Weber, M. S. Wei, N. C. Woolsey, P. A. Norreys, New J. Phys., 10, 043046 (2008).

25. C. Tsallis, Braz. J. Phys., 39, 337 (2009).

26. A. I. Akhiezer, R. V. Polovin, Sov. Phys. JETP, 3, 696 (1956).

27. D. Anderson, M. Bonnedal, M. Lisak, J. Plasma Phys., 23, 115 (1980).

28. D. Anderson, M. Bonnedal, Phys. Fluids, 22, 105 (1979).