Трехмерное моделирование ускорения заряженных частиц при взаимодействии мощных фемтосекундных лазерных импульсов с плазмой тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.08, кандидат наук Пугачёв, Леонид Петрович

• Пугачёв, Леонид Петрович
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Пугачёв, Леонид Петрович

Оглавление

Введение

Обзор литературы

1. Лазерно-плазменное ускорение электронов

2. Механизмы ускорения ионов из тонких мишеней с закритиче-ской плотностью

Глава 1. Метод PIC для моделирования лазерно-плазменных взаимодействий. Тестовые расчеты

1.1. Основные уравнения

1.2. Разностная схема

1.3. Масштабируемость 3D PIC кода VLPL

1.4. Возбуждение кильватерной плазменной волны коротким лазерным импульсом в резонансном режиме

1.5. Сохранение энергии в системе из нагретых электронов и протонов при периодических краевых условиях

1.6. Генерация горячих электронов из неоднородной плазмы под воздействием короткого лазерного импульса

1.7. Выводы

Глава 2. Исследование различных режимов ускорения электронов в кильватерных полях при взаимодействии фемтосекунд-ного лазерного импульса с плазменной короной докритиче-ской плотности

2.1. 1D3V моделирование

2.2. Захват и ускорение в нисходящем профиле плотности двумерно неоднородной плазмы. 3D3V моделирование

2.3. Ускорение в одномерно неоднородном профиле плотности плазмы с двумя плато. 3D3V моделирование

2.4. Выводы

Глава 3. Моделирование ускорения ионов из слоя плазмы с за-критической плотностью под воздействием релятивистски интенсивного остро сфокусированного лазерного импульса

3.1. Постановка задачи и первоначальный выбор параметров моделирования

3.2. Анализ динамики суммарных кинетических энергий частиц

3.3. Коэффициент поглощения и характерные времена передачи энергии частицам

3.4. Анализ энергетических спектров ионов

3.5. Выводы

Заключение

Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Трехмерное моделирование ускорения заряженных частиц при взаимодействии мощных фемтосекундных лазерных импульсов с плазмой»

Введение

Актуальность темы. Ускорители заряженных частиц широко используются для решения как фундаментальных, так и прикладных задач. Хорошо известна роль ускорителей в физике высоких энергий для изучения свойств элементарных частиц, однако потоки заряженных электронов и ионов также используются для генерации синхротронного рентгеновского излучения, создания лазеров на свободных электронах, диагностики быстропротекающих процессов (протонная радиография), обработки поверхностей, в медицинских приложениях и других областях науки и техники [1]. Традиционные ускорители представляют собой огромные установки, требующие для своей работы значительных финансовых затрат. Поэтому большое значение имеют альтернативные идеи ускорения заряженных частиц, позволяющие снизить как размеры устройств, так и их стоимость.

Идея ускорения заряженных частиц с помощью электромагнитных полей, создаваемых мощным лазерным импульсом, возникла сразу после появления первых лазеров, однако первая практическая схема ускорения электронов была предложена и подтверждена расчетом лишь в конце 80-х годов прошлого века [2]. За прошедшее время были потрачены значительные усилия, которые позволили к 2006 году в лабораторных условиях с помощью тераваттного лазера получить квазимоноэнергетический пучок электронов с энергией в 1 ГэВ [3], а в 2013 уже с помощью петаваттного — с энергией 2 ГэВ [4]. Электроны в этих экспериментах захватывались и ускорялись из фоновой плазмы благодаря внутренним механизмам при распространении в ней кильватерной волны. Кроме необходимости дальнейшего увеличения энергии, существует необходимость улучшения качества и воспроизводимости получаемых сгустков электронов с заданной энергией. Для этого предлагаются различные методы получения предускоренных пучков электронов хорошего

качества со сравнительно небольшими энергиями для инжекции в основную ускоряющую стадию. Различные способы инжекции активно изучаются в настоящее время.

В 1999 году впервые были зафиксированы протоны со спадающим спектром и максимальной энергией около 55 МэВ [5]. В настоящее время уже получены сгустки ионов с выраженными максимумами по энергии 5-10 МэВ па нуклон [6]. Тем не менее, механизмы, лежащие в основе ускорения заряженных частиц при воздействии лазерных импульсов на вещество, пока еще недостаточно изучены. Это объясняется сложными конфигурациями электромагнитных полей, создаваемых как самим лазерным импульсом, так и посредством движения заряженных частиц в плазме. Для самосогласованного расчета такой системы наиболее последовательным является кинетический подход, основанный на решении уравнения Власова для бесстолкновительной плазмы (например, метод частиц в ячейках, PIC) [7]. Этот метод требует значительных вычислительных ресурсов и большого объема оперативной памяти, которые стали доступны лишь в последнее десятилетие. Весьма актуальными в настоящее время являются трехмерные расчеты ускорения заряженных частиц этим методом, которые позволяют изучать ситуации, максимально приближенные к экспериментальным, интерпретировать результаты опытов на действующих лазерных установках, а также численно оптимизировать параметры планируемых экспериментов.

Цель диссертационной работы состоит в проведении трехмерного численного моделирования на суперкомпьютерных вычислительных комплексах реальных экспериментов по ускорению электронов и ионов при взаимодействии мощных фемтосекупдных лазерных импульсов с плазмой, а также в интерпретации полученных данных.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи.

1. Методом PIC проведены одномерные и трехмерные тестовые расчеты по генерации кильватерной волны в плазме, для проверки сохранения при моделировании полной энергии системы, состоящей из нагретых электронов и ионов, а также для оценки масштабируемости используемого кода.

2. Проведено одномерное и трехмерное численное моделирование методом PIC воздействия мощного лазерного импульса на мишень закритиче-ской плотности с преплазмой, создаваемой предымпульсом, и выполнено сравнение с теоретическими оценками.

3. Выполнено одномерное и трехмерное численное моделирование методом PIC различных режимов ускорения электронов в кильватерных плазменных полях при взаимодействии фемтосекундного лазерного импульса с плазменной короной докритической плотности и проведено сравнение с результатами эксперимента.

4. Проведено трехмерное моделирование процессов ускорения ионов при взаимодействии релятивистски интенсивного остро сфокусированного лазерного импульса с тонким слоем плазмы закритической плотности.

5. При моделировании ускорения ионов из тонких мишеней с закритической плотностью под воздействием релятивистски интенсивного остро сфокусированного лазерного импульса исследованы зависимости результатов расчетов от вычислительных параметров.

Научная новизна

1. Посредством одномерного и трехмерного численного моделирования показано, что при параметрах проведенного эксперимента одним из возможных механизмов образования ускоренных электронов в достаточно

плотной докритической плазме, создаваемой предымпульсом, является ускорение в поле кильватерной плазменной волны, генерируемой основным импульсом.

2. Путем трехмерного численного моделирования с параметрами проводившегося эксперимента показано, что при воздействии лазерного импульса на плазму докритической плотности с неоднородным профилем плотности с двумя плато получаемый квазимоноэнергетический пучок электронов обладает значительно более узкими распределениями по энергии и в телесный угол, чем в случае с одним плато.

3. При исследовании сходимости результатов моделирования от вычислительных параметров в задаче взаимодействия релятивистски интенсивных остро сфокусированных лазерных импульсов с тонкими мишенями показано, что точность подобных расчетов, необходимая для описания и планирования экспериментов, должна быть повышена.

Научная и практическая ценность

1. Параметры моделирования, полученные при изучении сходимости метода, могут быть использованы другими исследователями для более точного анализа и предсказания результатов экспериментов по лазерному ускорению ионов.

2. Результаты исследования ускорения электронов из неоднородной плазменной короны докритической плотности могут быть использованы при планировании будущих экспериментов.

3. Получены зависимости суммарных кинетических энергий электронов и ионов от времени в процессе взаимодействия фемтосекундных лазерных импульсов с тонкими мишенями и вычислен коэффицент поглощения лазерного излучения.

4. Получены оценки для характерных времен передачи энергии от лазерного импульса к электронам и от электронов к ионам.

На защиту выносятся следующие основные результаты и положения.

1. С целью определения механизмов генерации ускоренных электронов при воздействии лазерного импульса с интенсивностью 2-1017 Вт/см2 на неоднородную плазменную корону было проведено одномерное и трехмерное численное моделирование с параметрами эксперимента. Показано, что в плазме происходит генерация кильватерной волны и ускорение в ней электронов до энергий в диапазоне 0.2-0.8 МэВ при достаточно крутом переднем фронте лазерного импульса с характерным масштабом неоднородности, меньшим длины плазменной волны.

2. Исследовано влияние размеров неоднородности плотности плазмы на энергетическое распределение ускоренных электронов. Показано, что энергия электронов в максимуме энергетического распределения не зависит от поперечной неоднородности (по отношению к направлению распространения лазерного импульса) при ее размере, большей пятна лазерного импульса, и не зависит от продольной неоднородности на границах плазмы при ее размере от 1 микрометра и более.

3. Исследовано влияние вида неоднородности плотности плазмы на угловое и энергетическое распределения ускоренных электронов. Показано, что распределения являются значительно более узкими при наличии продольного перепада плотности внутри слоя плазмы по сравнению со случаем продольной неоднородности, имеющейся только на границах слоя плазмы.

4. Изучены процессы ускорения ионов в различных режимах из слоя плазмы закритической плотности под воздействием релятивистски интенсивного лазерного импульса, сфокусированного в пятно порядка лазерной длины волны. Показано, что режим, в котором происходит ускорение ионов под воздействием остро сфокусированного лазерного импульса, определяется соотношением безразмерных амплитуды лазерного поля и поверхностной плотности мишени.

5. Исследована сходимость метода PIC при моделировании воздействия релятивистски интенсивного лазерного импульса, сфокусированного в пятно порядка лазерной длины волны, на мишени с закритической плотностью. Показано, что для сходимости размер ячейки пространственной сетки не должен превышать дебаевского радиуса, определяемого энергией ускоренных электронов, как в направлении распространения лазерного импульса, так и в перпендикулярных к нему направлениях. При невыполнении этого условия сходимость не может быть достигнута увеличением числа частиц в ячейке.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на

XXV, XXVII, XXIX Международных конференциях «Уравнения состояния вещества» (Эльбрус, 2010, 2012, 2014 гг.), XXVI, XXVIII Международных конференциях «Воздействие интенсивных потоков энергии на вещество» (Эльбрус, 2011, 2013 г.), 8-м Российском симпозиуме «Проблемы физики ультракоротких процессов в сильнонеравновесных средах» (Новый Афон, 2010 г.), 53-й, 54-й, 55-й, 56-й научной конференции МФТИ (Долгопрудный, 2010, 2011, 2012, 2013 гг.), XIV Международной конференции «Супервычисления и математическое моделирование» (Саров, 2012 г.), 40th EPS Conference on Plasma Physics (Espoo, Finland, 2013), EMMI Workshop on high energy

density plasma diagnostics at FAIR: Novel laser based photon and particle sources (Darmstadt, Germany, 2013), XL и XLI Международной (Звенигородской) конференции по физике плазмы и УТС (Звенигород, 2013, 2014 гг.).

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 20 печатных работах, из них 3 статьи в рецензируемых журналах, 2 статьи в сборниках трудов конференций и 15 тезисов докладов.

Личный вклад автора. Содержание диссертации и основные положения, выносимые на защиту, отражают персональный вклад автора в опубликованные работы. Автором были проведены все расчеты по ускорению заряженных частиц при взаимодействии мощных фемтосекундных лазерных импульсов с плазмой, представленные в работе. Лично автором или при его непосредственном участии проведен анализ и интерпретация полученных данных.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, 3-х глав, заключения и библиографии. Общий объем диссертации 136 страниц, включая 42 рисунка и 8 таблиц. Библиография включает 144 наименования.

и

Обзор литературы

В обзоре литературы обсуждаются лазерно-плазменные способы ускорения заряженных частиц и происходящие при этом процессы. Рассматриваются теоретические и численные методы описания этих процессов, а также экспериментальные результаты, включая их современное состояние.

1. Лазерно-плазменное ускорение электронов

1.1. Генерация кильватерных плазменных волн

В работе [2] впервые было предложено использовать кильватерную плазменную волну, генерируемую коротким лазерным импульсом (сть ~ Хр, где с — скорость света, т/, - длительность лазерного импульса, Хр плазменная длина волны) под действием пондеромоторной силы, для ускорения электронов до высоких энергий. При помощи моделирования было показано, что плазменная волна, которая распространяется с фазовой скоростью, близкой к скорости света, может захватывать электроны. Захваченные электроны могут приобрести большую энергию при ускорении, так как их масса значительно возрастает, и они расфазируются с волной в течение достаточно длительного периода времени. Максимальные энергии электронов, полученные при моделировании, находились в хорошем согласии с теоретической оценкой ^етах _ 2^/(тс2, где гамма-фактор, определяемый фазовой скоростью волны, 7рй = ш/и)р, и) — частота лазерного импульса, шр — плазменная частота). В этой работе также приведена оценка для максимальных энергий ускоряемых электронов, из которой следует, что электроны возможно ускорять до энергии в несколько ГэВ на длине в 1 см и до энергии в 10 ГэВ на длине в 30 см при интенсивности лазерного импульса 1018 Вт/см2. В [8, 9] был исследован случай возбуждения линейных (безразмерная амплитуда лазерного поля

ах, < 1) кильватерных волн коротким электромагнитным импульсом, как в [2]. Рассмотрены возможные ограничения при ускорении, связанные с дифракцией лазерного импульса и его истощением при генерации кильватерной волны, а также с дефазировкой электронов относительно ускоряющей части волны. Аналитические результаты по генерации нелинейных волн для релятивистски сильных коротких лазерных импульсов (безразмерная амплитуда лазерного поля аь > 1) прямоугольной формы получены в работах [10, 11] (см. также обзор [12]). Использование нелинейных плазменных волн может быть эффективнее для ускорения, так как их амплитуда может превышать холодный нерелятивистский предел [13] и быть выше, чем у линейных. Теоретические результаты [8-12] по генерации кильватерных волн связаны с использованием различных приближений в модели холодной (Те <С 2, где Тс — температура электронов, уе — скорость электронов в электромагнитном поле) электронной жидкости. Ионы при этом предполагаются неподвижными. В работах [8, 9] было указано также на то, что амплитуда лазерного импульса убывает при генерации плазменной волны и дифракции. Последнее обстоятельство наиболее существенно, и для его преодоления может быть использована релятивистская самофокусировка лазерного излучения, которая возникает при мощности лазерного импульса, превышающей критическую (Рс « 17(и/шр)2 ГВт) [9]. В работах [14, 15] был проведен анализ некоторых аспектов лазерно-плазменных взаимодействий в одномерной модели с использованием квазистатического приближения. В этом приближении считается, что в системе координат, движущейся с лазерным импульсом, он не меняет свою форму за время прохождения через него электрона плазмы. Можно показать, что при частоте лазерного импульса и шр время изменения его огибающей те а;"1. Тогда квазистатическое приближение верно, когда длительность лазерного импульса т^ «С те. При использовании этой модели, в частности, было показано, что релятивистская самофокусировка наиболее эф-

фективно происходит для длительных лазерных импульсов стх > Хр с медленным нарастанием амплитуды, а передняя низкоинтенсивная часть лазерного импульса при этом все равно дифрагирует. Условие Р > Рс, необходимое для релятивистской самофокусировки, верно именно для таких лазерных импульсов. Для коротких лазерных импульсов (сть < Хр) условие для самофокусировки существенно усиливается. Впервые релятивистская самофокусировка и распространение лазерного импульса на расстояние значительно большее, чем рэлеевская длина волны (Zr = т^о/А j гДе го РаДиУс пятна лазерного импульса в фокусе) были получены в эксперименте [16] при фокусировке ультрафиолетового излучения с длиной волны 248 нм, длительностью 500 фс и энергией в импульсе 150 мДж от KrF лазера в пятно с радиусом 3.5 мкм в камере с газом. В дальнейшем, при рассмотрении трехмерной модели (двухмерной с цилиндрической симметрией) холодной электронной жидкости было обнаружено, что при мощности лазерного импульса, достаточной для релятивистской самофокусировки, и его длине, большей чем плазменный период, сть > Ар, происходит самомодуляция лазерного импульса [17-21]. Под воздействием пондеромоторной силы передней части лазерного импульса внутри импульса генерируется кильватерная волна. При самофокусировке в областях с пониженной концентрацией фокусировка происходит эффективнее, импульс модулируется по амплитуде на длине плазменной волны, и возникающие пон-деромоторные силы увеличивают разности концентраций электронов в кильватерной волне. Амплитуда кильватерной волны резонансно возрастает при такой самофокусировочиой неустойчивости. Несмотря на то, что амплитуда в режиме самомодуляции может на порядок превосходить амплитуду волны, получаемую в более разреженной плазме, когда крть ~ 1, при тех же параметрах лазерного импульса, при этом возникает ограничение на максимальную энергию электрона, Де ~ , связанное с гамма-фактором, который больше для разреженной плазмы. Другим способом преодоления эффектов дифрак-

ции и поддержания амплитуды лазерного импульса является его направление в плазменном канале. В работах [14, 15] было указано на то, что оптическое распространение лазерных импульсов на многие рэлеевские длины может возникнуть при комбинации релятивистских и плотностных эффектов, а также в созданных предварительно каналах плотности плазмы. Теоретически и численно было рассмотрено использование двух типов каналов: параболического и полого. Полые каналы могут иметь некоторые благоприятные для ускорения электронов свойства, однако создание таких каналов в эксперименте затруднено [22]. В работах [23-26] показано аналитически и численно, что при Р/Рс <С 1 и а^ < 1 параболический плазменный канал может проводить короткий (крТ£, ~ 1) гауссов лазерный импульс аь ~ ехр(—г2/(2г|)) при условии, что глубина канала Ап = 1/-кгег\, где Ап = п(г/,) — п(0) , те — е2/(тс2). Эти результаты получены для достаточно широких плазменных каналов крНс}г 1. Однако ограниченная мощность получаемых лазерных импульсов и необходимость получения высоких интенсивностей требуют фокусировать лазерные импульсы в пятно, такое что\р/гь 1 [27] . Поэтому в работах [27, 28], наряду с возбуждением кильватерных волн коротким (крть ~ 1) лазерным импульсом при а\ «С 1 в широких плазменных каналах, было рассмотрено возбуждение в узких плазменных каналах Лс/г/Лр < 1. Было аналитически показано, что для широких плазменных каналов амплитуда кильватерной волны на оси несколько снижается с расстоянием от лазерного импульса. Получено выражение, описывающее волны с изогнутыми фронтами в плазменном канале, подобные нелинейным кильватерным волнам, генерируемым высокоинтенсивным лазерным импульсом в однородной плазме [29]. При этом ускоряющая и фокусирующая фаза могут практически полностью перекрываться в кильватерной волне в параболическом плазменном канале, в отличие от случая возбуждения линейных плазменных волн в однородной плазме, где взаимное смещение этих фаз равно четверти плазмен-

ного периода. Моделирование в работах [27, 28] показало, что в узких плазменных каналах продольная компонента электрического поля кильватерной волны быстро убывает и трансформируется в радиальную компоненту электрического поля с увеличением расстояния от лазерного импульса. При этом возрастают внеосевые колебания плазмы, и может происходить поперечное опрокидывание волны на некотором расстоянии от лазерного импульса. Условие согласования радиуса канала и параметров лазерного импульса [26-28] крЯск — (кргь)2( 1 — Р/РсТ1'2 обеспечивает транспортировку лазерного импульса без значительных радиальных осцилляций (пульсаций) амплитуды. Малые пульсации амплитуды лазерного импульса с периодом 7г2д/с при этом возникают из-за невозможности точного согласования постоянного радиуса канала и различной мощности лазерного импульса в различных поперечных, относительно оси распространения, сечениях лазерного импульса. Было показано, что при Р/Рс 1 амлитуда пульсаций мала по сравнению с амплитудой лазерного импульса, и при радиусе канала большем или равном согласованному радиусу канала амплитуда этих пульсаций практически не возрастает. Соответствующие пульсации амплитуды кильватерной волны не должны принципиально влиять на ускорение электронов, поскольку их амплитуда мала, соответственно, по сравнению с амплитудой кильватерной волны, и они происходят на масштабах времени значительно более коротких, чем полное время ускорения. Оптическое распространение лазерных импульсов на дистанцию более 20 рэлеевских длин в плазме было экспериментально продемонстрировано при использовании двух лазерных импульсов [30]. Первый импульс создавал параболический радиальный профиль электронной плотности при электрическом пробое в газе и гидродинамическом разлете горячей плазмы, в которую направлялся второй лазерный импульс с интенсивностью 1013—1014 Вт/см3, инжектируемый после оптимальной задержки. В работе [31] параболический плазменный канал создавался при газовом разряде в капилляре,

наполненном водородом. В работе [32] было продемонстрировано распространение лазерных импульсов с интенсивностью, превосходящей 1017 Вт/см-3 в параболическом канале в капилляре длиной 50 мм с малыми пространственными и временными искажениями лазерного импульса. Такой метод получения параболического плазменного канала в дальнейшем был использован в работах [3], [33] для квазимоноэнергетического ускорения электронов до высоких энергий.

1.2. Инжекция электронов при опрокидывании волны и ускорение

Авторы работы [34] в 1995 г. одними из первых экспериментально продемонстрировали ускорение электронов в поле кильватерной плазменной волны при ее опрокидывании [13]. Волна возбуждалась в режиме самомодуляции (SMLWFA). Об опрокидывании волны свидетельствовали уширение пиков стоксовой и антистоксовой компонент в спектре прошедшего света и резкое увеличение числа ускоренных электронов, а также их максимальных энергий (до 44 МэВ). В этом случае спектр имел плато, в отличие от спектров, полученных при более низких плотностях, которые имели температурный вид. При этом впервые были получены энергии электронов, близкие к теоретическому пределу (70 МэВ при параметрах эксперимента), достигаемому при дефазировке, когда частицы обгоняют волну и выходят из ускоряющей части ее потенциала. В 2001 г. была опубликована работа [35], в которой при 3D PIC моделировании был получен сильно нелинейный механизм возбуждения плазменной волны, при котором кильватерная волна принимает форму плазменной полости. При этом происходит поперечное опрокидывание волны, при амплитудах значительно меньших, чем холодный релятивистский предел для опрокидывания [13]. Электроны инжектируются у основания полости и моноэнергетически ускоряются. Продольный размер полости растет,

и все новые электроны продолжают захватываться в волну. Спектр полученных электронов представляет плато и пик при максимальных энергиях. В 2002 году в работе [36] впервые при возбуждении кильватерной волны в режиме, когда длина лазерного импульса была порядка длины плазменной волны (ЬА^ЕА), были получены ускоренные электроны с энергиями до 200 МэВ. В отличие от возбуждения волны при самомодуляции, в этом режиме отсутствовали различные неустойчивости, нагрев плазмы был снижен, и волна практически достигала холодного релятивистского предела для опрокидывания. Спектр ускоренных электронов имел температурный вид с плато при высоких энергиях. При более высоких плотностях в этом эксперименте плато для высокоэнергетических электронов не наблюдалось. Коллимирован-ность пучка была лучше для частиц с более высокой энергией. Затем в 2004 году было опубликовано сразу три статьи [37-39], в которых сообщалось о квазимоноэнергетическом ускорении электронов. Во всех трех работах лазерный импульс самофокусировался при распространении, амплитуда кильватерной волны возрастала, и происходил захват электронов при поперечном опрокидывании волны, при амплитудах значительно более низких, чем холодный одномерный предел для опрокидывания. В первых двух из этих работ длительность лазерного импульса равнялась нескольким длинам плазменной волны, амплитуда волны лишь немного превышала необходимую для опрокидывания при прохождении через плазму, в волну захватывалось некоторое количество электронов, и захват прекращался из-за снижения амплитуды волны под воздействием поля электронного пучка. Были получены квазимо-ноэнергетические пучки с энергией порядка 100 МэВ. В работе [38] впервые для распространения лазерного излучения релятивистской интенсивности использовался плазменный канал. При этом воспроизводимость пучков была лучше, чем в [37], заряд в пучке был выше (22 пКл) с меньшей угловой расходимостью 0.2°) и меньшим разбросом по энергии 4%). В статье [39]

был получен квазимоноэнергетический пучок с энергией электронов 170 МэВ в режиме кавитации [39]. Заряд в пике (0.5 нКл) при этом был выше, чем в предыдущих работах, а разброс 24%) по энергии больше. Угловая расходимость полученного электронного пучка была при этом низкая (0.6°). Это объясняется тем, что пучок практически не взаимодействовал напрямую с лазерным импульсом, как в случае с более длинными, относительно плазменной длины волны, лазерными импульсами [35, 40]. В 2006 г. в работе [3] были получены электронные пучки с энергией в 1 ГэВ, разбросом по энергии в 2.5%, расходимостью в 1.6 мрад и зарядом 30 пКл при распространении лазерного импульса с пиковой мощностью в 40 ТВт в газонаполненном капиллярном газоразрядном волноводе длиной 3.3 см и генерации кильватерной волны в режиме Ь\УЕА. Захват электронов происходил при опрокидывании волны. При более низкой мощности лазерного импульса (< 38 ТВт) и тех же параметрах плазменного канала ускоренных электронов не наблюдалось, так как амплитуда кильватерной волны была недостаточна для опрокидывания. В работе [4] были получены пучки электронов с энергией 2 ГэВ с разбросом по энергии в 10% процентов, расходимостью 0.6 мрад и зарядом 540 пКл в режиме кавитации [35]. При этом, в отличие от работы [3], в эксперименте использовался петаваттный лазер и простая мишень из гелия без предварительно созданного профиля плотности.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Пугачёв, Леонид Петрович, 2015 год

Список литературы

1. Hamrn R. W., Hamm M. E. Industrial Accelerators and Their Applications. M.: World Scientific, 2012.

2. Tajima Т., Dawson J. M. Laser Electron Accelerator // Phys. Rev. Lett. 1979. Vol. 43. P. 267-270.

3. Leemans W. P., Nagler В., Gonsalves A. J. et al. GeV electron beams from a centimetre-scale accelerator // Nat. Phys. 2006. Vol. 2. P. 696-699.

4. Wang X., Zgadzaj R., Fazel N. et al. Quasi-monoenergetic laser-plasma acceleration of electrons to 2 GeV // Nat. Commun. 2013. Vol. 4. P. 1988.

5. Hatchett S. P., Brown C. G., Cowan Т. E. et al. Electron, photon, and ion beams from the relativistic interaction of Petawatt laser pulses with solid targets // Phys. Plasmas. 2000. Vol. 7. P. 2076.

6. Kar S., Kakolee K. F., Qiao B. et al. Ion Acceleration in Multispecies Targets Driven by Intense Laser Radiation Pressure // Phys. Rev. Lett. 2012. Vol. 109. P. 185006.

7. Хокни P., Иствуд Д. Численное моделирование методом частиц: Пер. с англ. М.: Мир, 1987.

8. Горбунов Л. М., Кирсанов В. И. Возбуждение плазменных волн пакетом электромагнитного излучения // ЖЭТФ. 1987. Т. 93. С. 509-518.

9. Sprangle P., Esarey Е., Ting A., Joyce G. Laser wakefield acceleration and relativistic optical guiding // Appl. Phys. Lett. 1988. Vol. 53. P. 2146.

10. Буланов С. В., Кирсанов В. PL, Сахаров А. С. Возбуждение ультраре-лятивистких ленгмюровских волн импульсом электромагнитного излучения // Письма в ЖЭТФ. 1989. Т. 50, № 4. С. 176-178.

11. Berezhiani V., Murusidze I. G. Relativistic wake-field generation by an intense laser pulse in a plasma // Phys. Lett. A. 1990. Vol. 148. P. 338-340.

12. Горбунов JI. М., Кирсанов В. И. Возбуждение плазменных волн электромагнитными импульсами // Труды ФИАН. 1992. Т. 219. С. 1-54.

13. Ахиезер А. И., Половин Р. В. Теория волнового движения электронной плазмы // ЖЭТФ. 1956. Т. 30. С. 915.

14. Sprangle P., Esarey Е., Ting A. Nonlinear interaction of intense laser pulses in plasmas // Phys. Rev. A. 1990. Vol. 41. P. 4463.

15. Sprangle P., Esarey E., Ting A. Nonlinear theory of intense laser-plasma interactions // Phys. Rev. Lett. 1990. Vol. 64. P. 2011-2014.

16. Borisov А. В., Borovsky A. V., Korobkin V. V. et al. Observation of rel-ativistic and charge-displacement self-channeling of intense subpicosecond ultraviolet (248 nm) radiation in plasmas // Phys. Rev. Lett. 1992. Vol. 68. P. 2309.

17. Андреев H. E., Горбунов Jl. M., Кирсанов В. И. и др. Резонансное возбуждение кильватерных волн лазерным импульсом в плазме // Письма в ЖЭТФ. 1992. Т. 55, № 10. С. 551-555.

18. Antonsen Т. М., Mora P. Self-focusing and Raman scattering of laser pulses in tenuous plasmas // Phys. Rev. Lett. 1992. Vol. 2. P. 2204-2208.

19. Antonsen Т. M., Mora P. Self-focusing and Raman scattering of laser pulses in tenuous plasmas // Phys. Fluids В Plasma Phys. 1993. Vol. 5. P. 1440.

20. Krall J., Ting A., Esarey E., Sprangle P. Enhanced acceleration in a self-modulated laser wakefield accelerator // Phys. Rev. E. 1993. Vol. 48. P. 2157-2161.

21. Andreev N. E., Gorbunov L. M., Kirsanov V. I. et al. The Theory of Laser Self-resonant Wake Field Excitation // Phys. Scr. 1994. Vol. 49. P. 101-109.

22. Leemans W. P., Siders C. W., Esarey E. et al. Plasma Guiding and Wakefield Generation for Second-Generation Experiments // IEEE Trans. Plasma Sci. 1996. Vol. 24. P. 331.

23. Sprangle P., Esarey E., J K., Joyce G. Propagation and guiding of intense laser pulses in plasmas // Phys. Rev. Lett. 1992. Vol. 69. P. 2200.

24. Sprangle P., Esarey E. Interaction of ultrahigh laser fields with beams and plasmas // Phys. Fluids B Plasma Phys. 1992. Vol. 4. P. 2241.

25. Esarey E., Sprangle P., Krall J. et al. Optically guided laser wake-field acceleration // Phys. Fluids B Plasma Phys. 1993. Vol. 5. P. 2690.

26. Esarey E., Krall J., Sprangle P. Envelope Analysis of Intense Laser Pulse Self-Modulation in Plasmas // Phys. Rev. Lett. 1994. Vol. 72. P. 2887-2890.

27. Andreev N. E., Gorbunov L. M., Kirsanov V. I. et al. Structure of the wake field in plasma channels // Phys. Plasmas. 1997. Vol. 4. P. 1145.

28. Andreev N. E., Chizhonkov E. V., Frolov A. A., Gorbunov L. M. On laser wakefield acceleration in plasma channels // Nucl. Instruments Methods Phys. Res. Sect. A Accel. Spectrometers, Detect. Assoc. Equip. 1998. Vol. 410. P. 469-476.

29. Bulanov S. V., Pegoraro F., Pukhov A. M. Two-Dimensional Regimes of Self-Focusing, Wake Field Generation, and Induced Focusing of a Short Intense Laser Pulse in an Underdense Plasma // Phys. Rev. Lett. 1995. Vol. 74. P. 710-713.

30. Durfee III C. G., Milchberg H. M. Light Pipe for High Intensity Laser Pulses // Phys. Rev. Lett. 1993. Vol. 71. P. 2409.

31. Spence D., Hooker S. Investigation of a hydrogen plasma waveguide // Phys. Rev. E. 2000. Vol. 63. P. 015401.

32. Butler A., Spence D., Hooker S. Guiding of High-Intensity Laser Pulses with a Hydrogen-Filled Capillary Discharge Waveguide // Phys. Rev. Lett. 2002. Vol. 89. P. 185003.

33. Gonsalves A. J., Nakamura K., Lin C. et al. Tunable laser plasma accelerator based on longitudinal density tailoring // Nat. Phys. 2011. Vol. 7. P. 862-866.

34. Modena A., Najmudin Z., Dangor A. et al. Electron acceleration from the breaking of relativistic plasma waves // Nature. 1995. Vol. 377. P. 606.

35. Pukhov A., Meyer-ter Vehn J. Laser wake field acceleration: the highly nonlinear broken-wave regime // Appl. Phys. B Lasers Opt. 2002. Vol. 74. P. 355-361.

36. Malka V., Fritzler S., Lefebvre E. et al. Electron acceleration by a wake field forced by an intense ultrashort laser pulse // Science. 2002. Vol. 298. P. 1596-600.

37. Mangles S. P. D., Murphy C. D., Najmudin Z. et al. Monoenergetic beams of relativistic electrons from intense laser-plasma interactions // Nature. 2004. Vol. 431. P. 535-538.

38. Geddes C. G. R., Toth C., Tilborg J. V. et al. High-quality electron beams from a laser wakefield accelerator using plasma-channel guiding // Nature. 2004. Vol. 431. P. 538-541.

39. Faure J., Glinec Y., Pukhov A. et al. A laser-plasma accelerator producing monoenergetic electron beams // Nature. 2004. Vol. 431. P. 541-544.

40. Pukhov A., Sheng Z.-M., Meyer-ter Vehn J. Particle acceleration in relativistic laser channels // Phys. Plasmas. 1999. Vol. 6. P. 2847.

41. Nakajima K., Fisher D., Kawakubo T. et al. Observation of Ultrahigh Gradient Electron Acceleration by a Self-Modulated Intense Short Laser Pulse // Phys. Rev. Lett. 1995. Vol. 74. P. 4428-4431.

42. Amiranoff F., Baton S., Bernard D. et al. Observation of Laser Wakefield Acceleration of Electrons // Phys. Rev. Lett. 1998. Vol. 81. P. 995-998.

43. Umstadter D., Kim J., Dodd E. Laser injection of ultrashort electron pulses into Wakefield plasma waves // Phys. Rev. Lett. 1996. Vol. 76. P. 2073-2076.

44. Esarey E., Hubbard R. F., Leemans W. P. et al. Electron Injection into Plasma Wake Fields by Colliding Laser Pulses // Phys. Rev. Lett. 1997. Vol. 79. P. 2682.

45. Faure J., Rechatin C., Norlin A. et al. Controlled injection and acceleration of electrons in plasma wakefields by colliding laser pulses // Nature. 2006. Vol. 444. P. 737-739.

46. Pak A., Marsh K. A., Martins S. F. et al. Injection and Trapping of Tunnel-Ionized Electrons into Laser-Produced Wakes // Phys. Rev. Lett. 2010. Vol. 104. P. 025003.

47. McGuffey C., Thomas A. G. R., Schumaker W. et al. Ionization Induced Trapping in a Laser Wakefield Accelerator // Phys. Rev. Lett. 2010. Vol. 104. P. 025004.

48. Pollock B. B., Clayton C. E., Ralph J. E. et al. Demonstration of a Narrow Energy Spread, ~0.5 GeV Electron Beam from a Two-Stage Laser Wakefield Accelerator // Phys. Rev. Lett. 2011. Vol. 107. P. 045001.

49. Liu J. S., Xia C. Q., Wang W. T. et al. All-Optical Cascaded Laser Wakefield Accelerator Using Ionization-Induced Injection // Phys. Rev. Lett. 2011. Vol. 107. P. 035001.

50. Bulanov S., Naumova N., Pegoraro F., Sakai J. Particle injection into the wave acceleration phase due to nonlinear wake wave breaking // Phys. Rev. E. 1998. Vol. 58. P. R5257-R5260.

51. Tomassini P., Galimberti M., Giulietti A. et al. Production of high-quality electron beams in numerical experiments of laser wakefield acceleration with longitudinal wave breaking // Phys. Rev. Spec. Top. - Accel. Beams. 2003. Vol. 6. P. 121301.

52. Brantov A. V., Esirkepov T. Z., Kando M. et al. Controlled electron injection into the wake wave using plasma density inhomogeneity // Phys. Plasmas. 2008. Vol. 15. P. 073111.

53. Kim J., Hafz N., Suk H. Electron trapping and acceleration across a parabolic plasma density profile // Phys. Rev. E. 2004. Vol. 69. P. 026409.

54. Hemker R., Hafz N., Uesaka M. Computer simulations of a single-laser double-gas-jet wakefield accelerator concept // Phys. Rev. Spec. Top. - Accel. Beams. 2002. Vol. 5. P. 041301.

55. Geddes C., Nakamura K., Plateau G. et al. Plasma-Density-Gradient Injection of Low Absolute-Momentum-Spread Electron Bunches // Phys. Rev. Lett. 2008. Vol. 100. P. 215004.

56. Chien T.-Y., Chang C.-L., Lee C.-H. et al. Spatially Localized Self-Injection of Electrons in a Self-Modulated Laser-Wakefield Accelerator by Using a Laser-Induced Transient Density Ramp // Phys. Rev. Lett. 2005. Vol. 94. P. 115003.

57. Fourmaux S., Ta Phuoc K., Lassonde P. et al. Quasi-monoenergetic electron beams production in a sharp density transition // Appl. Phys. Lett. 2012. Vol. 101. P. 111106.

58. Gurevich A. V., Pariiskaya L. V., Pitaevskii L. P. Self-similar Motion of Rarefied Plasma // Zh. Eksp. Teor. Fiz. 1965. Vol. 49. P. 647-654.

59. Gurevich A. V., Pariiskaya L. V., Pitaevskii L. P. Ion acceleration upon expansion of a rarefied plasma // Zh. Eksp. Teor. Fiz. 1973. Vol. 63. P. 516-531.

60. Mora P. Plasma Expansion into a Vacuum // Phys. Rev. Lett. 2003. Vol. 90. P. 185002.

61. Mora P. Thin-foil expansion into a vacuum // Phys. Rev. E. 2005. Vol. 72. P. 056401.

62. Passoni M., Lontano M. One-dimensional model of the electrostatic ion acceleration in the ultraintense laser-solid interaction // Laser Part. Beams. 2004. Vol. 22. P. 163-169.

63. Nishiuchi M., Fukumi A., Daido H. et al. The laser proton acceleration in the strong charge separation regime // Phys. Lett. A. 2006. Vol. 357. P. 339-344.

64. Kaluza M., Schreiber J., Santala M. et al. Influence of the Laser Prepulse on Proton Acceleration in Thin-Foil Experiments // Phys. Rev. Lett. 2004.

Vol. 93. P. 045003.

65. Fuchs J., Cowan T., Audebert P. et al. Spatial Uniformity of Laser-Accelerated Ultrahigh-Current MeV Electron Propagation in Metals and Insulators // Phys. Rev. Lett. 2003. Vol. 91. P. 255002.

66. Wilks S. C., Kruer W. L., Tabak M., Langdon A. B. Absrorption of Ultra-Intense Laser Pulses // Phys. Rev. Lett. 1992. Vol. 69. P. 1383-1386.

67. Feurer T., Theobald W., Sauerbrey R. et al. Onset of diffuse reflectivity and fast electron flux inhibition in 528-nm-laser-solid interactions at ultrahigh intensity // Phys. Rev. E. 1997. Vol. 56. P. 4608-4614.

68. Key M. H., Cable M. D., Cowan T. E. et al. Hot electron production and heating by hot electrons in fast ignitor research // Phys. Plasmas. 1998. Vol. 5. P. 1966.

69. Fuchs J., Antici P., D'Humieres E. et al. Laser-driven proton scaling laws and new paths towards energy increase // Nat. Phys. 2006. Vol. 2. P. 48-54.

70. Robson L., Simpson P. T., Clarke R. J. et al. Scaling of proton acceleration driven by petawatt-laser-plasma interactions // Nat. Phys. 2007. Vol. 3. P. 58-62.

71. Esirkepov T. Z., Bulanov S. V., Nishihara K. et al. Proposed Double-Layer Target for the Generation of High-Quality Laser-Accelerated Ion Beams // Phys. Rev. Lett. 2002. Vol. 89. P. 175003.

72. Limpouch J., Psikal J., Andreev A. et al. Enhanced laser ion acceleration from mass-limited targets // Laser Part. Beams. 2008. Vol. 26. P. 225-234.

73. Bulanov S. S., Brantov A., Bychenkov V. Y. et al. Accelerating protons to therapeutic energies with ultraintense, ultraclean, and ultrashort laser pulses // Med. Phys. 2008. Vol. 35. P. 1770.

74. Nishihara K., Amitani H., Murakami M. et al. High energy ions generated by laser driven Coulomb explosion of cluster // Nucl. Instruments Methods Phys. Res. Sect. A Accel. Spectrometers, Detect. Assoc. Equip. 2001. Vol.

464. P. 98-102.

75. Быченков В. Ю., Ковалев В. Ф. Кулоновекий взрыв в кластерной плазме // Физика плазмы. 2005. Т. 31. С. 203-208.

76. Kovalev V. F., Bychenkov V. Y., Mima К. Quasimonoenergetic ion bunches from exploding microstructured targets // Phys. Plasmas. 2007. Vol. 14. P. 103110.

77. Kovalev V. F., Popov К. I., Bychenkov V. Y., Rozmus W. Laser triggered Coulomb explosion of nanoscale symmetric targets // Phys. Plasmas. 2007. Vol. 14. P. 053103.

78. Esirkepov Т., Borghesi M., Bulanov S. et al. Highly Efficient Relativistic-Ion Generation in the Laser-Piston Regime // Phys. Rev. Lett. 2004. Vol. 92. P. 175003.

79. Векслер В. И. Когерентный принцип ускорения заряженных частиц // Атомная энергия. 1957. Т. 2, № 5. С. 427-430.

80. Macchi A., Veghini S., Pegoraro F. "Light Sail" Acceleration Reexamined // Phys. Rev. Lett. 2009. Vol. 103. P. 085003.

81. Vshivkov V. A., Naumova N. M., Pegoraro F., Bulanov S. V. Nonlinear electrodynamics of the interaction of ultra-intense laser pulses with a thin foil // Phys. Plasmas. 1998. Vol. 5. P. 2727.

82. Chambaret J.-P., Chekhlov O., Cheriaux G. et al. Extreme Light Infrastructure: architecture and major challenges // Proc. SPIE / Ed. by T. Graf, J. I. Mackenzie, H. Jelinkova et al. Vol. 7721. 2010. P. 77211D.

83. Dunne M. A high-power laser fusion facility for Europe // Nat. Phys. 2006. Vol. 2. P. 2-5.

84. Liseikina Т. V., Macchi A. Features of ion acceleration by circularly polarized laser pulses // Appl. Phys. Lett. 2007. Vol. 91. P. 171502.

85. Klimo O., Psikal J., Limpouch J., Tikhonchuk V. Monoenergetic ion beams from ultrathin foils irradiated by ultrahigh-contrast circularly polarized laser

pulses // Phys. Rev. Spec. Top. - Accel. Beams. 2008. Vol. 11. P. 031301.

86. Liseykina T. V., Borghesi M., Macchi A., Tuveri S. Radiation pressure acceleration by ultraintense laser pulses // Plasma Phys. Control. Fusion. 2008. Vol. 50. P. 124033.

87. Robinson A. P. L., Zepf M., Kar S. et al. Radiation pressure acceleration of thin foils with circularly polarized laser pulses // New J. Phys. 2008. Vol. 10. P. 013021.

88. Rykovanov S. G., Schreiber J., Meyer-ter Vehn J. et al. Ion acceleration with ultra-thin foils using elliptically polarized laser pulses // New J. Phys. 2008. Vol. 10. P. 113005.

89. Yan X., Lin C., Sheng Z. et al. Generating High-Current Monoenergetic Proton Beams by a Circularly Polarized Laser Pulse in the Phase-Stable Acceleration Regime // Phys. Rev. Lett. 2008. Vol. 100. P. 135003.

90. Chen M., Pukhov A., Yu T., Sheng Z. Enhanced Collimated GeV Monoenergetic Ion Acceleration from a Shaped Foil Target Irradiated by a Circularly Polarized Laser Pulse // Phys. Rev. Lett. 2009. Vol. 103. P. 024801.

91. Macchi A., Liseikina T. V., Tuveri S., Veghini S. Theory and simulation of ion acceleration with circularly polarized laser pulses // Comptes Rendus Phys. 2009. Vol. 10. P. 207-215.

92. Bulanov S. S., Brantov A. V., Bychenkov V. Y. et al. Accelerating monoenergetic protons from ultrathin foils by flat-top laser pulses in the directed-Coulomb-explosion regime // Phys. Rev. E. 2008. Vol. 78. P. 026412.

93. Esirkepov T., Yamagiwa M., Tajima T. Laser Ion-Acceleration Scaling Laws Seen in Multiparametric Particle-in-Cell Simulations // Phys. Rev. Lett. 2006. Vol. 96. P. 105001.

94. Zhang X., Slien B., Ji L. et al. Ultrahigh energy proton generation in sequential radiation pressure and bubble regime // Phys. Plasmas. 2010. Vol. 17. P. 123102.

95. Pukhov A. Three-dimensional electromagnetic relativistic particle-in-cell code VLPL (Virtual Laser Plasma Lab) // J. Plasma Phys. 1999. Vol. 61. P. 425-433.

96. Федоренко P. П. Введение в вычислительную физику. М.: Изд-во Моск. физ.-техп. ин-та, 1994.

97. Pukhov А. М. Strong field interaction of laser radiation // Rep. Prog. Phys. 2003. Vol. 66. P. 47-101.

98. Verboncoeur J. P. Particle simulation of plasmas: review and advances // Plasma Phys. Control. Fusion. 2005. Vol. 47. P. A231-A260.

99. Бэдсел ., Ленгдон А. Физика плазмы и численное моделирование: Пер. с англ. М.: Энергоатомиздат, 1989.

100. Tskhakaya D., Matyash К., Schneider R., Taccogna F. The Particle-In-Cell Method // Contrib. to Plasma Phys. 2007. Vol. 47. P. 563-594.

101. Boris J. Relativistic plasma simulation — optimization of a hybrid code // Proc. 4th Conf. on Numerical Simulation of Plasmas. 1970. P. 3-67.

102. Villasenor J., Buneman O. Rigorous charge conservation for local electromagnetic field solvers // Comput. Phys. Commun. 1992. Vol. 69. P. 306-316.

103. Esirkepov T. Exact charge conservation scheme for Particle-in-Cell simulation with an arbitrary form-factor // Comput. Phys. Commun. 2001. Vol. 135. P. 144-153.

104. Umeda Т., Omura Y., Tominaga Т., Matsumoto H. A new charge conservation method in electromagnetic particle-in-cell simulations // Comput. Phys. Commun. 2003. Vol. 156. P. 73-85.

105. Yee K. S. Numerical Solution of Initial Value Problems of Maxwell's Equations in Isotropic Media // IEEE Trans. Antennas Prop. 1966. Vol. 14. P. 302.

106. Paradkar B. S., Wei M. S., Yabuuchi T. et al. Numerical modeling of fast electron generation in the presence of preformed plasma in laser-matter in-

teraction at relativistic intensities // Phys. Rev. E. 2011. Vol. 83. P. 046401.

107. Мальков Ю. А., Степанов A. H., Яшунин Д. А. и др. Генерация квазимонохроматических пучков ускоренных электронов при взаимодействии слабоконтрастного интенсивного фемтосекундного лазерного излучения с краем металлической фольги // Квантовая Электроника. 2013. Т. 43. С. 226-231.

108. Андреев Н. Е., Чеготов М. В., Погосова А. А. Ионизационная фокусировка короткого интенсивного лазерного импульса и генерация кильватерных плазменных волн // ЖЭТФ. 2003. Т. 123. С. 1006.

109. Буланов С. В., Иповепков И. Н., Наумова Н. М., Сахаров А. С. Возбуждение релятивистской ленгмюровской волны и ускорение электронов при воздействии электромагнитного импульса на бесстолкновительпую плазму // Физика плазмы. 1990. Т. 16. С. 764-767.

110. Andreev N. Е., Kirsanov V. I., Gorbunov L. М. Stimulated processes and self-modulation of a short intense laser pulse in the laser wake-field accelerator // Phys. Plasmas. 1995. Vol. 2. P. 2573.

111. Andreev N. E., Kirsanov V. I., Sakharov A. S. et al. On the phase velocity of plasma waves in a self-modulated laser wake-field accelerator // Phys. Plasmas. 1996. Vol. 3. P. 3121.

112. Esarey E., Schroeder C., Leemans W. Physics of laser-driven plasma-based electron accelerators // Rev. Mod. Phys. 2009. Vol. 81. P. 1229-1285.

113. Bulanov S., Pegoraro F., Sakai J.-I. Variety of nonlinear wave-breaking // Nucl. Instruments Methods Phys. Res. Sect. A Accel. Spectrometers, Detect. Assoc. Equip. 1998. Vol. 410. P. 477-487.

114. Кузнецов С. В., Андреев Н. Е. Динамика ускорения сгустков электронов в кильватерной волне // Физика плазмы. 2001. Т. 27. С. 1-9.

115. Borghesi М., Fuchs J., Bulanov S. V. et al. Fast ion generation by high-intensity laser irradiation of solid targets and applications // Fusion Sci. Technol.

2006. Vol. 49. P. 412-439.

116. Daido H., Nishiuchi M., Pirozhkov A. S. Review of laser-driven ion sources and their applications. // Rep. Prog. Phys. 2012. Vol. 75. P. 056401.

117. Macchi A., Borghesi M., Passoni M. Ion acceleration by superintense laserplasma interaction // Rev. Mod. Phys. 2013. Vol. 85. P. 751-793.

118. Wilks S., Kruer W. Absorption of ultrashort, ultra-intense laser light by solids and overdense plasmas // IEEE J. Quantum Electron. 1997. Vol. 33. P. 1954-1968.

119. D'Humieres E., Brantov A. V., Bychenkov V. Y., Tikhonchuk V. T. Optimization of laser-target interaction for proton acceleration // Phys. Plasmas. 2013. Vol. 20. P. 023103.

120. Pukhov A. Three-Dimensional Simulations of Ion Acceleration from a Foil Irradiated by a Short-Pulse Laser // Phys. Rev. Lett. 2001. Vol. 86. P. 3562-3565.

121. Tamburini M., Liseykina Т. V., Pegoraro F., Macchi A. Radiation-pressure-dominant acceleration: Polarization and radiation reaction effects and energy increase in three-dimensional simulations // Phys. Rev. E. 2012. Vol. 85. P. 016407.

122. Говрас E. А., Быченков В. Ю., Брантов А. В. Кулоновское ускорение лёгких ионов из однородных и слоистых мишеней // ЖЭТФ. 2012. Т. 141. С. 859-881.

123. Brantov А. V., Bychenkov V. Y., Romanov D. V. et al. High-Intensity Laser Triggered Proton Acceleration from Ultrathin Foils // Contrib. to Plasma Phys. 2013. Vol. 53. P. 161-164.

124. Taflove А., С H. S. Computational electrodynamics: the finite-difference time-domain method. —3d ed. Norwood: Artech House, 2005.

125. An der Briigge D., Pukhov A. Ultrashort focused electromagnetic pulses // Phys. Rev. E. 2009. Vol. 79. P. 016603.

126. Баранов В. Е., Пугачёв JI. П., Левашов П. Р., Андреев Н. Е. PIC моделирование лазерно-плазменного ускорения электронов: верификация моделей, реализованных в кодах LAPLAC и WAKE-EXI // Известия КБГУ. 2014. Т. 4. С. 76 81.

127. Пугачёв Л. П., Левашов П. Р., Андреев Н. Е. PIC-моделирование генерации горячих электронов из неоднородной плазмы под воздействием фемтосекундного лазерного импульса // Известия КБГУ. 2014. Т. 4. С. 21-24.

128. Andreev N. Е., Baranov V. Е., Levashov P. R. et al. PIC siumulation of laser wakefield acceleration of electrons in ponderomotive approximation // Physics of Extreme States of Matter - 2011 / Ed. by Fortov V.E. et al. Chernogolovka. 2011. P. 20-22.

129. Malkov Y. A., Stepanov A. N., Yashunin D. A. et al. Collimated quasi-monochromatic beams of accelerated electrons in the interaction of a weak-contrast intense femtosecond laser pulse with a metal foil // High Power Laser Sci. Eng. 2013. Vol. 1. P. 80-87.

130. Pugachev L. P., Levashov. OOPIC Pro possibilities for various high energy density problems // Abstracts of the XXV International Conference «Equations of State for Matter», Elbrus, Russia. Moscow & Chernogolovka & Nalchik. 2010. P. 121-122.

131. Andreev N. E., Baranov V. E., Pugachev L. P. et al. PIC simulation of laser wakefield acceleration of electrons in ponderomotive approximation // Abstracts of the XXVI International Conference on «Interaction of Intense Energy Fluxes with Matter», Elbrus, Russia. Moscow h Chernogolovka Sz Nalchik. 2011. P. 31.

132. Пугачёв Л. П., Левашов П. Р. Расчёт кильватерного поля при воздействии лазерного импульса на плазму методом PIC // 8-й Российский симпозиум «Проблемы физики ультракоротких процессов в силь-

ноперавновесных средах», Новый Афон. Тезисы докладов. ОИВТ РАН, Москва. 2010. С. 21.

133. Пугачёв JI. П., Левашов П. Р. Расчет кильватерного поля при воздействии мощного лазерного импульса на плазму методом PIC // Труды 53-й научной конференции МФТИ. Проблемы современной физики. Москва-Долгопрудный. 2010. С. 174-175.

134. Пугачёв JI. П., Левашов П. Р., Андреев II. Е. и др. Моделирование ускорения электронов в лазерном кильватерном поле методом PIC в поидеромоторном приближении // Труды 54-й научной конференции МФТИ. Проблемы современной физики. Москва-Долгопрудный-Жуковский. 2011. С. 119.

135. Пугачёв Л. П., Левашов П. Р., Андреев H. Е. Трехмерное моделирование взаимодействия ультракоротких лазерных импульсов с твердотельными мишенями методом PIC // XIV Международная конференция «Супервычисления и математическое моделирование». Тезисы. Саров: РФЯЦ-ВНИИЭФ. 2012. С. 137.

136. Pugachev L. P., Levashov P. R., Andreev N. Е. 3D PIC simulation of interaction of ultrashort laser pulses with solid targets // XXVII International Conference on «Equations of State for Matter». Book of Abstracts. Moscow & Chernogolovka к Nalchik. 2012. P. 105-106.

137. Пугачёв Л. П., Левашов П. Р., Андреев H. Е. PIC-моделирование ускорения электронов в неоднородной плазме под воздействием лазерного импульса // Труды 55-й научной конференции МФТИ. Проблемы современной физики. Москва-Долгопрудный-Жуковский. 2012. С. 127.

138. Пугачёв Л. П., Левашов П. Р., Андреев H. Е. Генерация быстрых электронов при взаимодействии высокоинтенсивного фемтосекундного лазерного излучения с неоднородной плазмой на поверхности мишени // Труды 56-й научной конференции МФТИ. Проблемы современной фи-

зики. Москва-Долгопрудный-Жуковский. 2013. С. 95.

139. Pugachev L. P., Levashov P. R., Andreev N. Е. PIC modeling of quasi-mo-noenergetic electron bunches generation during the interaction of high intensity femtosecond laser radiation with non-homogeneous plasma // XXVIII International Conference on «Interaction of Intense Enery Fluxes with Matter», Elbrus, Russia. Book of Abstracts. Moscow & Chernogolovka Sz Nalchik. 2013. P. 25.

140. Pugachev L. P., Levashov P. R., Andreev N. E. PIC modeling of quasi-mo-noenergetic electron bunches generation during the interaction of high intensity femtosecond laser radiation with non-homogeneous plasma // 40th EPS Conference on Plasma Physics, Espoo, Finland. Conference Abstracts, Vol. 37D. 2013. P. 2.202.

141. Pugachev L. P., Levashov P. R., Andreev N. E. 3D PIC modeling of surface fast electrons generation during the interaction of high intensity femtosecond laser radiation with inhomogeneous preplasma at the target surface // EMMI Workshop on high energy density plasma diag-nostics at FAIR: Novel laser based photon and particle sources, Darmstadt, Germany. Book of Abstracts EMMI Workshop. 2013. P. 77.

142. Pugachev L. P., Levashov P. R., Andreev N. E. 3D PIC modeling of ion acceleration from thin foils under the action of femtosecond laser pulses: convergence of results and comparison with experiments // XXIX International Conference on «Equations of State for Matter», Elbrus, Russia. Book of Abstracts. Moscow & Chernogolovka к Nalchik. 2014. P. 118-119.

143. Пугачёв JI. П., Левашов П. Р., Андреев Н. Е., Баранов В. Е. Р1С-Моде-лирование ускорения ионов из тонких фольг иод воздействием фемтосе-кундных лазерных импульсов с круговой поляризацией в режиме давления излучения // XL Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС. ЗАО НТЦ «Плазмаиофан». 2013. С. 277.

144. Пугачёв Л. П., Левашов П. Р., Андреев Н. Е., Баранов В. Е. Моделирование ускорения ионов из тонких фольг под воздействием фемтосе-кундных лазерных импульсов: сходимость результатов и сравнение с экспериментом // ХЫ Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС. ЗАО НТЦ «Плазмаиофан». 2014. С. 141.