ЛА́ЗЕРНОЕ УСКОРЕ́НИЕ
-
Рубрика: Физика
-
-
Скопировать библиографическую ссылку:
ЛА́ЗЕРНОЕ УСКОРЕ́НИЕ заряженных частиц, основано на использовании электрич. полей, создаваемых мощными импульсами лазерного излучения в вакууме или веществе. Применение Л. у. для электронов впервые предложено япон. физиком К. Шимодой и рос. физиками А. А. Коломенским и А. Н. Лебедевым в нач. 1960-х гг., непосредственно после создания лазеров. В 1979 амер. учёные Т. Тадзима и Дж. М. Доусон выдвинули идею использования лазеров для ускорения электронов в плазме. Эта идея близка к коллективному методу ускорения, разрабатывавшемуся под рук. Я. Б. Файнберга (ускорение на кильватерной волне).
Лазерный импульс создаёт высокую напряжённость ускоряющего электрич. поля (до 1014 В/м), что позволяет уменьшить длину ускорителя на неск. порядков. Начало активного эксперим. развития Л. у. связано с получением в сер. 1980-х гг. световых импульсов длительностью менее 1 пкс и мощностью неск. сотен ТВт. В 2000 открыт эффект ускорения ионов при облучении тонкой фольги высокоинтенсивными лазерными импульсами. При этом лазерный импульс выбивает из фольги облако электронов, электрич. поле которого ускоряет ионы газа, адсорбированного на поверхности фольги.
Осн. недостатком Л. у. является больший, по сравнению с традиц. ускорителями, энергетический и угловой разброс частиц. Возможное решение этой проблемы при ускорении электронов в плазме связывают с новым режимом ускорения, открытым в 2004. В этом режиме используется лазерный импульс, мощность которого выше порога разрушения кильватерной волны, а длина сравнима с длиной волны плазменных колебаний. Тогда за импульсом образуется сферич. область, обеднённая электронами (т. н. bubble – пузырь). Электроны плазмы, попавшие в эту область, ускоряясь, приобретают примерно одинаковую энергию. Пучки ионов близкой энергии предполагается получать при использовании мишеней из фольги, на поверхности которой создан слой (толщиной ок. 1 нм), являющийся источником ускоряемых ионов.
К нач. 21 в. рассматриваются следующие перспективы практич. применения Л. у. заряженных частиц. Это использование ускорителей на кильватерной волне для генерации синхротронного излучения, компактных лазерных ускорителей ионов для протонной радиографии и радиационной терапии онкологич. заболеваний. Л. у. может использоваться также для нагрева плазмы при реализации инерциального термоядерного синтеза. Проводится поиск возможностей применения Л. у. частиц до сверхвысоких энергий (электронов – до 1 ТэВ, протонов – до нескольких ГэВ).