Ion acceleration by an ultrashort laser pulse interacting with a near-critical-density gas jet

Ehret, M.; Salgado-Lopez, C.; Ospina-Bohorquez, V.; Perez-Hernandez, J. A.; Huault, M.; de Marco, M.; Apinaniz, J. I.; Hannachi, F.; De Luis, D.; Toro, J. Hernandez; Arana, D.; Mendez, C.; Varela, O.; Debayle, A.; Gremillet, L.; Nguyen-Bui, T. -H.; Olivier, E.; Revet, G.; Bukharskii, N. D.; Larreur, H.; Caron, J.; Vlachos, C.; Ceccotti, T.; Raffestin, D.; Nicolai, P.; Feugeas, J. L.; Roth, M.; Vaisseau, X.; Gatti, G.; Volpe, L.; Santos, J. J.

doi:10.48550/arxiv.2012.09455

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“…2.29a). This could be due to the laser ablating the straight section of the shock nozzle [70], which inhibits the density peak formation by hindering the convergence of the hydrodynamic output flows (Fig. 2.24), as was previously discussed.…”

Section: Nozzle Damage Effect On the Transverse Density Profilesmentioning

confidence: 78%

“…The advent of new high-intensity high-repetition-rate (HRR) facilities like Apollon (France), VEGA-3 (Spain), L4 Aton (ELI Beamlines, Czech Republic) or BELLA iP2 (USA) drives the application of this ion acceleration scheme using high-density gas-jets, a debris-free targetry compatible to HHR operation. Pioneer experiments have been conducted both in the TW [61,70] and the PW [65] regimes. In 2013 Sylla [61] reported on the transverse acceleration of He + ions up to 250 keV from a pure He gas with n e 0.2n c delivered by a supersonic conical nozzle and irradiated by LOA's Salle Jaune laser (E L = 0.8 J, τ L = 35 fs).…”

Section: Author Date Facility Laser Characteristics Target Observationsmentioning

confidence: 99%

“…When the shock is formed close to the nozzle, the laser-gas interaction takes place very close to the nozzle's surface. The laser induces nozzle ablation and melting [70] which alters the gas density profiles, therefore inhibiting high-repetition rate (HRR) operation.…”

Section: Design and Types Of Gas Nozzlesmentioning

confidence: 99%

“…This was done by analyzing neutral density charts acquired before several UHI shots and it is discussed below. The LIND is a process in which the plasma expansion from the laser-gas interaction expands and reaches the nozzle surface, melting the material [70]. Figs.…”

Section: Performance During Uhi Shots 241 Shot-to-shot Laser-induced ...mentioning

confidence: 99%

“…The initial gas density profile was obtained by performing hydrodynamic simulations with the FLUENT code [127]. The reference profile was that predicted with the S900 shock nozzle [108] and a backing N 2 gas pressure of 400 bar, and measured far enough from the nozzle to avoid damaging it [70]. This profile plotted in Fig.…”

Section: Simulation Parameters and Initial Conditionsmentioning

confidence: 99%

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Experimental and numerical investigations on ion acceleration from near-critical gas targets

Bohórquez¹

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Les sources d'ions rapides générées par des lasers intenses constituent un sujet d'étude prometteur pour de multiples domaines de la recherche. Alors que l'accélération d'ions par interaction laser-solide a été étudiée de manière exhaustive, les plasmas de densité quasi critique (soit une densité électronique de l'ordre de 10 21 cm −3 pour une longueur d'onde laser d'environ 1 µm) ont été peu abordés, en raison des difficultés liées à la génération contrôlée de densités critiques (à partir d'une cible solide, liquide ou gazeuse). De tels plasmas pourraient cependant donner lieu à plusieurs mécanismes d'accélération, tels que le « target normal sheath acceleration » ou l'accélération par choc non-collisionnel, ainsi qu'à la génération de populations d'électrons chauds dits super-pondéromoteurs.Cette thèsee s'inscrit dans le cadre du développement de sources d'ions produites par un laser intense à haut taux de répétition (HTR), nécessaires aux besoins de la plupart des applications. Les nouvelles installations lasers fs de très haute puissance (de l'ordre du pétawatt) et intensité (I L 10 2 0 Wcm −2 ) comme VEGA-3, Apollon, L4 Aton ou BELLA PW, capables de délivrer une impulsion de quelques fs par seconde, sont ainsi parfaitement adaptées à cet objectif. Par ailleurs, des buses à gaz de type « shock nozzle » nouvellement développées, connectées à des systèmes de gaz à haute pression, sont choisies pour leur compatibilité avec ces HTR et le fort couplage laser-gaz attendu.Une étude paramétrique basée sur des simulations 1-D de type « particle-in-cell » (PIC) a d'abord été effectuée pour comprendre l'interaction entre un laser intense et un jet de gaz quasicritique et non-uniforme. Nous avons ainsi cherché à déterminer un jeu optimal de paramètres expérimentaux concernant l'interaction d'une impulsion laser λ L = 0.8 µm, τ L = 100 fs, I = 10 20 W/cm 2 , avec un jet de gaz quasi critique similaire à celui produit par une buse à gaz non commerciale, développée au sein de notre groupe de collaboration. Nous avons utilisé pour cela le code PIC CALDER développé au CEA.Les données expérimentales analysées pendant cette thèse ont été obtenues lors de deux campagnes sur les installations laser VEGA-2 (200 TW) et VEGA-3 (1 PW), au CLPU, Univ. Salamanque. La première visait à étudier le potentiel, en matière d'accélération ionique, d'une impulsion laser fs ultra intense interagissant avec un jet de gaz supersonique. La seconde, qui a constitué la campagne principale de cette thèse, a permis de mettre en évidence, par l'intermédiaire de mesures de temps de vol, l'accélération vers l'avant de particules α d'énergie 0.6 MeV/amu à un taux de répétition modéré, présentant des dispersions en énergie et angulaire relativement modérées. Elle a également confirmé la génération abondante d'électrons chauds telle que prédite par les simulations numériques, jusqu'à des énergies d'environ 50 MeV. Par ailleurs, la formation d'un canal plasma, s'étendant de part et d'autre du pic de densité du gaz, a été révélée par interférométrie. Plusieur...

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Section: Nozzle Damage Effect On the Transverse Density Profilesmentioning

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confidence: 99%

Section: Design and Types Of Gas Nozzlesmentioning

confidence: 99%

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