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Ulsan National Institute of Science and Technology

Efficient acceleration of monoenergetic proton beam by sharp front laser pulse review. 2012. Y.K KIM. Toward a World-Leading University. Ulsan National Institute of Science and Technology. Simulation time 54T. Gaussian pulse. Focus 1.5um. +. +. +. +. +. +. +.

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Presentation Transcript

  1. Efficient acceleration of monoenergetic proton beam by sharp front laser pulse review 2012. Y.K KIM Toward a World-Leading University Ulsan National Institute of Science and Technology

  2. Simulation time 54T Gaussian pulse Focus 1.5um + + + + + + + Shaped pulse를 사용하면 파티클 분포에 의해 생성되는 Ey덕분에 25um<y<35um 영역에서 빔 차지량이 더 많습니다. Shaped pulse의 뾰족한 부분이 더욱 길수록 Ey가 지속되는 시간은 길어지고 빔 차지량은 더 증가합니다. Focus 3um Focus 2um

  3. Critical density = 1.117e27 Shaped pulse를 사용하면 proton 빔과 함께 진행하는 전자의 밀도가 빨리 낮아집니다. 그래서 레이저가 파티클들을 쉽게 투과하고 레이저-파티클 상호작용을 하게 됩니다. 그에 따라 전자들이 빨리 가열되어 사방으로 퍼지고 다시 밀도가 낮아지는 과정이 반복됩니다. 60T 60T 1.5um:ux 1.5um:uy 60T 60T Cutoff:ux Cutoff:uy

  4. Wang의 논문에 따르면 매우 샤프하게 증가하는 펄스는 foil을 빨리 파괴시켜서 이온을 효과적으로 가속할 수 없다고 하였습니다. 그리고 천천히 증가하는 펄스는 light-sail 로 넘어가기 전 electrostatic shock 시간이 길어서 instability가 증가한다고 합니다. Shaped pulse는 매우 샤프한 펄스이지만, 펄스의 양 끝부분은 세기가 약하여 천천히 증가하는 펄스로 볼 수 있습니다. Instability 를 일으키는 펄스 두 개가 입사한다고 볼 수 있으니 이온빔이 빨리 무너진다. 약한 세기로 먼저 입사하는 레이저가 타겟에서 전자를 가열, 방출시키며 electrostatic shock 를 일으킨다. 그 결과 타겟 중심부의 전자들은 수직 방향으로 흐르게 되고 전자 밀도가 낮아진다.

  5. 1) Shaped pulse가 ion을 집중시키는 효과가 있다. 그것은 pulse 스스로의 힘은 아니고 타겟 모양 변형에 따른 간접 효과이다. 2) Shaped pulse는 ion과 함께 진행하는 전자의 밀도를 낮추어 가속에 불리하다. 3) Cutoff pulse 에 가까워질 수록 전자의 밀도가 높다. 따라서 Shaped pulse의 양 끝 부분이 영향을 미쳤으리라 생각된다.

  6. f=1.5um 90000cycle 95000cycle 100000cycle Proton beam center catches up with beam side before monoenergetic breaking 115000cycle 110000cycle 105000cycle

  7. f=2um 90000cycle 95000cycle 100000cycle 115000cycle 110000cycle 105000cycle

  8. cutoff 90000cycle 95000cycle 100000cycle 115000cycle 110000cycle 105000cycle

  9. Protons are supplied from |y|>10um f decreases, p+ increases 1 2 + + Electrostatic shock Protons are spread out Focus 1.5um Charge supplier Transverse E field Radial direction segments of electrostatic shock acceleration

  10. emittance →Shaped pulses reduce transverse emittance Shaped pulses increase longitudinal emittance

  11. Angular distribution Gaussian f=1.5um angle[degree] angle[degree] [eV] [eV] Angle=atan(uy/ux) Shaped pulse suppress transverse motion of the protons throughout the wide range energy

  12. Lower f increases the number of particles at the beam region Shaped pulses improve angular distribution of the proton beam NrU f

  13. Ion trajectory NrU0.5, f=1um NrU0.6, f=1um NrU0.8, f=2um

  14. The number of protons Fixed NrU=0.5, varied f=1.5~5um Varied NrU=0.5,0.6,0.8 f=1um f decreases, p+ increases f=2um The number of proton depends on the pulse shape (~1/f) The number of proton does not depends on the cut-off position

  15. Transverse emittance Fixed NrU=0.5, varied f=1.5~5um Varied NrU=0.5,0.6,0.8 with f=1, 2um ? Transverse emittance depends on the pulse shape (~f) Transverse emittancedoes not depends on the cut-off position

  16. Energy distribution Varied NrU=0.5,0.6,0.8 with f=1um 12000cycle 14000cycle NrU0.5 NrU0.6 NrU0.8 Energy distribution does not depends on the cut-off position until now

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