Export citation

Export citation

Choose format for download:

Download Citation
  • Access by Xinjiang University

Emission of energetic protons from relativistic intensity laser interaction with a cone-wire target

B. S. Paradkar1, T. Yabuuchi2, H. Sawada1, D. P. Higginson1, A. Link3, M. S. Wei4, R. B. Stephens4, S. I. Krasheninnikov1, and F. N. Beg1

  • 1University of California–San Diego, La Jolla, California 92093, USA
  • 2Osaka University, Osaka 565-0871, Japan
  • 3Lawrence Livermore National Laboratory, Livermore, California 94550, USA
  • 4General Atomics, San Diego, California 92123, USA

Phys. Rev. E 86, 056405 – Published 21 November, 2012

DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevE.86.056405

Abstract

Emission of energetic protons (maximum energy ∼18 MeV) from the interaction of relativistic intensity laser with a cone-wire target is experimentally measured and numerically simulated with hybrid particle-in-cell code, lsp [D. R. Welch et al., Phys. Plasmas 13, 063105 (2006)]. The protons originate from the wire attached to the cone after the OMEGA EP laser (670 J, 10 ps, 5 × 1018 W/cm2) deposits its energy inside the cone. These protons are accelerated from the contaminant layer on the wire surface, and are measured in the radial direction, i.e., in a direction transverse to the wire length. Simulations show that the radial electric field, responsible for the proton acceleration, is excited by three factors, viz., (i) transverse momentum of the relativistic fast electrons beam entering into the wire, (ii) scattering of electrons inside the wire, and (iii) refluxing of escaped electrons by “fountain effect” at the end of the wire. The underlying physics of radial electric field and acceleration of protons is discussed.

Article Text

References (31)

  1. D. D. Ryutov, R. P. Drake, J. O. Kane, E. Liang, B. A. Remington, and W. M. Wood-Vasey, Astrophys. J. 518, 821 (1999).
  2. D. D. Ryutov, B. A. Remington, H. F. Robey, and R. P. Drake, Phys. Plasmas 8, 1804 (2001).
  3. D. D. Ryutov and B. A. Remington, Phys. Plasmas 10, 2629 (2003).
  4. M. Tabak, J. Hammer, M. E. Glinsky, W. L. Kruer, S. C. Wilks, J. Woodworth, E. M. Campbell, M. D. Perry, and R. J. Mason, Phys. Plasmas 1, 1626 (1994).
  5. R. Kodama, P. A. Norreys, K. Mima, A. E. Dangor, R. G. Evans, H. Fujita, Y. Kitagawa, K. Krushelnick, T. Miyakoshi, N. Miyanaga, T. Norimatsu, S. J. Rose, T. Shozaki, K. Shigemori, A. Sunahara, M. Tampo, K. A. Tanaka, Y. Toyama, T. Yamanaka, and M. Zepf, Nature (London) 412, 798 (2001).
  6. T. Tajima and J. M. Dawson, Phys. Rev. Lett. 43, 267 (1979).
  7. R. Kodama, Y. Sentoku, Z. L. Chen, G. R. Kumar, S. P. Hatchett, Y. Toyama, T. E. Cowan, R. R. Freeman, J. Fuchs, Y. Izawa, M. H. Key, Y. Kitagawa, K. Kondo, T. Matsuoka, H. Nakamura, M. Nakatsutsumi, P. A. Norreys, T. Norimatsu, R. A. Snavely, R. B. Stephens, M. Tampo, K. A. Tanaka, and T. Yabuuchi, Nature (London) 432, 1005 (2004).
  8. J. S. Green, K. L. Lancaster, K. U. Akli, C. D. Gregory, F. N. Beg, S. N. Chen, D. Clark, R. R. Freeman, S. Hawkes, C. Hernandez-Gomez, H. Habara, R. Heathcote, D. S. Hey, K. Highbarger, M. H. Key, R. Kodama, K. Krushelnick, I. Musgrave, H. Nakamura, M. Nakatsutsumi, N. Patel, R. Stephens, M. Storm, M. Tampo, W. Theobald, L. Van Woerkom, R. L. Weber, M. S. Wei, N. C. Woolsey, and P. A. Norreys, Nat. Phys. 3, 853 (2007).
  9. T. Ma, H. Sawada, P. K. Patel, C. D. Chen, L. Divol, D. P. Higginson, A. J. Kemp, M. H. Key, D. J. Larson, S. Le Pape, A. Link, A. G. MacPhee, H. S. McLean, Y. Ping, R. B. Stephens, S. C. Wilks, and F. N. Beg, Phys. Rev. Lett. 108, 115004 (2012).
  10. J. A. King, K. U. Akli, R. R. Freeman, J. Green, S. P. Hatchett, D. Hey, P. Jamangi, M. H. Key, J. Koch, K. L. Lancaster, T. Ma, A. J. MacKinnon, A. MacPhee, P. A. Norreys, P. K. Patel, T. Phillips, R. B. Stephens, W. Theobald, R. P. J. Town, L. Van Woerkom, B. Zhang, and F. N. Beg, Phys. Plasmas 16, 020701 (2009).
  11. S. C. Wilks, A. B. Langdon, T. E. Cowan, M. Roth, M. Singh, S. Hatchett, M. H. Key, D. Pennington, A. Mackinnon, and R. A. Snavely, Phys. Plasmas 8, 542 (2001).
  12. Z. L. Chen, G. R. Kumar, Z. M. Sheng, T. Matsuoka, Y. Sentoku, M. Tampo, K. A. Tanaka, T. Tsutsumi, T. Yabuuchi, and R. Kodama, Phys. Rev. Lett. 96, 084802 (2006).
  13. D. R. Welch, D. V. Rose, M. E. Cuneo, R. B. Campbell, and T. A. Mehlhorn, Phys. Plasmas 13, 063105 (2006).
  14. T. P. Hughes, R. E. Clark, and S. S. Yu, Phys. Rev. ST Accel. Beams 2, 110401 (1999).
  15. D. R. Welch, D. V. Rose, B. V. Oliver, and R. E. Clark, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A 464, 134 (2001).
  16. P. Kolodner and E. Yablonovitch, Phys. Rev. Lett. 43, 1402 (1979).
  17. J. M. Wallace, Phys. Rev. Lett. 55, 707 (1985).
  18. D. D. Mayerhofer, J. Bromage, C. Dorrer, J. H. Kelly, B. E. Kruschwitz, S. J. Loucks, R. L. McCrory, S. F. B. Morse, J. F. Myatt, P. M. Nilson, J. Qiao, T. C. Sangster, C. Stoeckl, L. J. Waxer, and J. D. Zuegel, J. Phys.: Conf. Ser. 244, 032010 (2010).
  19. M. Borghesi, D. H. Campbell, A. Schiavi, M. G. Haines, O. Willi, A. J. MacKinnon, P. Patel, L. A. Gizzi, M. Galimberti, R. J. Clarke, F. Pegoraro, H. Ruhl, and S. Bulanov, Phys. Plasmas 9, 2214 (2002).
  20. A. Caruso and V. A. Pais, Nucl. Fusion 36, 745 (1996).
  21. A. Link, R. R. Freeman, D. W. Schumacher, and L. D. Van Woerkom, Phys. Plasmas 18, 053107 (2011).
  22. T. Yabuuchi, B. S. Paradkar, M. S. Wei, J. A. King, F. N. Beg, R. B. Stephens, N. Nakanii, M. Hatakeyama, H. Habara, K. Mima, K. A. Tanaka, and J. T. Larsen, Phys. Plasmas 17, 060704 (2010).
  23. S. C. Wilks, W. L. Kruer, M. Tabak, and A. B. Langdon, Phys. Rev. Lett. 69, 1383 (1992).
  24. A. G. MacPhee, L. Divol, A. J. Kemp, K. U. Akli, F. N. Beg, C. D. Chen, H. Chen, D. S. Hey, R. J. Fedosejevs, R. R. Freeman et al., Phys. Rev. Lett. 104, 055002 (2010).
  25. S. D. Baton, M. Koenig, J. Fuchs, A. Benuzzi-Mounaix, P. Guillou, B. Loupias, T. Vinci, L. Gremillet, C. Rousseaux, M. Drouin et al., Phys. Plasmas 15, 042706 (2008).
  26. L. Van Woerkom, K. U. Akli, T. Bartal, F. N. Beg, S. Chawla, C. D. Chen, E. Chowdhury, R. R. Freeman, D. Hey, M. H. Key et al., Phys. Plasmas 15, 056304 (2008).
  27. B. S. Paradkar, M. S. Wei, T. Yabuuchi, R. B. Stephens, M. G. Haines, S. I. Krasheninnikov, and F. N. Beg, Phys. Rev. E 83, 046401 (2011).
  28. B. S. Paradkar, M. S. Wei, T. Yabuuchi, R. B. Stephens, J. T. Larsen, and F. N. Beg, Plasma Phys. Controlled Fusion 52, 125003 (2010).
  29. G. Sun, E. Ott, Y. Lee, and P. Guzdar, Phys. Fluids 30, 526 (1987).
  30. P. Mora, Phys. Rev. Lett. 90, 185002 (2003).
  31. P. Mora and T. Grismayer, Phys. Rev. Lett. 102, 145001 (2009).

Outline

Information

Sign In to Your Journals Account

Filter

Filter

Article Lookup

Enter a citation