Mikrodüsenbeschleuniger: Aufschlüsselung der Physik der GeV-Protonenbeschleunigung
Diese Forschung verwendet zweidimensionale Particle-in-Cell-Simulationen, um einen neuartigen Protonenbeschleunigungsmechanismus namens Mikrodüsenbeschleuniger (MNA) aufzudecken. MNA fokussiert Laserenergie mithilfe einer Mikrodüse auf einen Wasserstoffstab und erzeugt starke elektrische Felder, die Protonen auf GeV-Energien beschleunigen. Die Studie ergab, dass der Protonenbeschleunigungsprozess von MNA aus drei Phasen besteht: Anlaufphase, Hauptantriebsphase und Nachbrennerphase. Die Nachbrennerphase, ein Schlüsselmerkmal von MNA, ermöglicht eine kontinuierliche Protonenbeschleunigung auch nach dem Ende der Laserbestrahlung, was auf die effiziente Übertragung von Wärmeenergie von heißen Elektronen auf Protonen während der freien Expansion des Plasmas zurückzuführen ist. Die Forschung untersucht auch die Auswirkungen der Laserintensität und der Pulsbreite auf die Protonenbeschleunigung und vergleicht die Leistung von MNA mit traditionellen Targets, wobei eine höhere Energieumwandlungseffizienz und eine geringere Winkeldivergenz gezeigt werden.