Benchmarking collisional rates and hot electron transport in high-intensity laser-matter interaction

高强度激光-物质相互作用中碰撞率和热电子传输的基准测试

基本信息

  • 批准号:
    2892813
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Studentship
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2023 至 无数据
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

"The interaction of high-intensity lasers with matter has been demonstrated as a versatile source of energetic protons with desirable characteristics (e.g. ultra-short durations) that cannot be achieved with conventional sources. These characteristics could facilitate societally-impactful applications such a high-dose rate radiobiology. During the acceleration of the protons, the laser energy is transferred to the proton beam via a multi-step processes in which the target material is rapidly ionised and a population of highly energetic electrons are produced. It is these 'hot' electrons that govern the evolution of the target material and the properties of the resultant proton beam determining its suitability for applications which also include medical isotope generation, materials testing and radiation damage testing, and exploration of fundamental high-energy density (HED) physics of relevance to astrophysics and fusion energy. Measurement of the evolution of the 'hot' electron population and the dense plasma target with femtosecond temporal resolution is crucial to accurately model the transfer of energy from the laser to the proton beam and to optimise these radiation sources to fulfil their potential. A novel diagnostic technique which allows femtosecond resolution measurements of the ultra-fast excitation and relaxation of a material has recently been demonstrated. This relies upon resonantly stimulated x-ray line emission, which is driven using high-brightness, narrow bandwidth x-ray pulses from an XFEL. By utilising facilities which combine an XFEL and a high-intensity laser, this diagnostic technique will allow unprecedented insight into the ultra-fast process of laser energy transfer to proton beams. In addition, by exploiting the new high-repetition rate capability of modern high-intensity lasers, it is possible utilise online feedback between the diagnostics and experimental controls to efficiently map the multi-dimensional parameter space of laser-driven proton acceleration and optimally exploit access to world-class facilities. The huge increase in high-value data that can be obtained via this methodology also enables inter-disciplinary work employing novel machine learning tools to enhance understanding of processes key to fundamental HED physics as well as deepening understanding of laser plasma accelerators thereby facilitating their development as tools for applications. "
高强度激光与物质的相互作用已被证明是一种多用途的高能质子源,具有传统来源无法实现的理想特性(例如超短持续时间)。这些特点可以促进高剂量率放射生物学等具有社会影响的应用。在质子加速过程中,激光能量通过多步过程转移到质子束中,在这个过程中,目标材料被快速电离,并产生大量高能电子。正是这些“热”电子支配着目标材料的演化和产生的质子束的性质,决定了它是否适合应用,这些应用还包括医用同位素生成、材料测试和辐射损伤测试,以及与天体物理和聚变能量相关的基础高能密度(HED)物理的探索。以飞秒时间分辨率测量“热”电子布居和致密等离子体目标的演化,对于准确地模拟从激光到质子束的能量传输和优化这些辐射源以实现其潜力至关重要。最近证明了一种新的诊断技术,它可以对材料的超快激发和弛豫进行飞秒分辨率测量。这依赖于共振激发的X射线线发射,这是使用来自XFEL的高亮度、窄带宽的X射线脉冲来驱动的。通过利用XFEL和高强度激光相结合的设备,这项诊断技术将使人们能够前所未有地深入了解激光能量转移到质子束的超快过程。此外,通过利用现代高强度激光的新的高重复频率能力,可以利用诊断和实验控制之间的在线反馈来有效地绘制激光驱动质子加速的多维参数空间,并以最佳方式利用对世界级设施的访问。通过这种方法可以获得的高价值数据的巨大增长也使使用新的机器学习工具的跨学科工作能够增强对基础HED物理的关键过程的理解,并加深对激光等离子体加速器的理解,从而促进它们作为应用工具的发展。“

项目成果

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    Research Grant
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