Observation of a high degree of stopping for laser-accelerated intense proton beams in dense ionized matter.
Observation of a high degree of stopping for laser-accelerated intense proton beams in dense ionized matter.
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观察致密电离物质中激光加速强质子束的高度停止
DOI：
10.1038/s41467-020-18986-5
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发表时间：
2020-10-14
影响因子：
16.6
通讯作者：
Zhao Y
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Ren J;Deng Z;Qi W;Chen B;Ma B;Wang X;Yin S;Feng J;Liu W;Xu Z;Hoffmann DHH;Wang S;Fan Q;Cui B;He S;Cao Z;Zhao Z;Cao L;Gu Y;Zhu S;Cheng R;Zhou X;Xiao G;Zhao H;Zhang Y;Zhang Z;Li Y;Wu D;Zhou W;Zhao Y
强激光与样品箔相互作用产生的强粒子束提供了射线照相、高产中子源、高能量密度物质产生和离子快速点火的选择。准确理解束流在致密物质中的输运行为对于所有这些应用都是至关重要的。本文报道了强激光加速质子束在稠密电离物质中的停驻现象，与目前广泛使用的描述单个离子在物质中停驻的模型相比，其强度提高了一个数量级的实验证据。在粒子模拟（PIC）的支持下，我们将这种增强归因于由束驱动返回电流产生的接近1GV/m的强减速电场。这种集体效应在致密电离物质中激光加速强质子束的停止中起着主导作用。这一发现对离子驱动快速点火和惯性约束聚变的优化设计具有重要意义。
Intense particle beams generated from the interaction of ultrahigh intensity lasers with sample foils provide options in radiography, high-yield neutron sources, high-energy-density-matter generation, and ion fast ignition. An accurate understanding of beam transportation behavior in dense matter is crucial for all these applications. Here we report the experimental evidence on one order of magnitude enhancement of intense laser-accelerated proton beam stopping in dense ionized matter, in comparison with the current-widely used models describing individual ion stopping in matter. Supported by particle-in-cell (PIC) simulations, we attribute the enhancement to the strong decelerating electric field approaching 1 GV/m that can be created by the beam-driven return current. This collective effect plays the dominant role in the stopping of laser-accelerated intense proton beams in dense ionized matter. This finding is essential for the optimum design of ion driven fast ignition and inertial confinement fusion.
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