ИСТИНА

Проект посвящен исследованию фундаментальных процессов, протекающих при взаимодействии сверхкороткого лазерного импульса, имеющего релятивистскую интенсивность, с пространственно-неоднородной плазмой. Проект имеет комплексный характер и включает в себя как проведение последовательных экспериментов на современной лазерной системе, так и широкомасштабное численное моделирование с помощью трехмерных PIC кодов. экспериментальные исследования по проекту будут проводиться с использованием субтераваттной фемтосекундной лазерной системы МЛЦ МГУ, а численные расчеты будут проводиться на суперкомпьютере МГУ "Чебышев". Основными задачами проекта являются: Исследование генерации высокоэнергетичных частиц при взаимодействии лазерных импульсов релятивистской интенсивности с протяженной градиентной плазмой. В эксперименте такая плазма будет формироваться за счет действия мощного короткого предымпульса с варьируемой амплитудой, опережающего основной импульс на 12 нс или на 1-100 пс, на массивные и тонкопленочные мишени. Исследование взаимодействия лазерных импульсов релятивистской интенсивности с пространственно неоднородной микроплазмой. В первую очередь, такая плазма будет создаваться воздействием предымпульса на жидкометаллическую мишень (галлий). Проведение численных расчетов в широком диапазоне параметров плазмы и лазерного излучения для выявления общих тенденций во взаимодействии излучения с плазмой, а также прямое моделирование взаимодействия при параметрах численного эксперимента, максимально приближенных к параметрам натурных экспериментов. Изучение ядерных процессов под действием пучков быстрых заряженных частиц, формируемых при воздействии излучения релятивистской интенсивности на плотные мишени. Возбуждение низкоэнергетических ядерных уровней ионными и электронными пучками.

В рамках проекта проведена коренная модернизация фемтосекундного лазерного комплекса. В настоящий момент энергия излучения на выходе системы увеличена в 4 раза – до 120 мДж, а длительность уменьшена до 36 фс. Улучшен контраст лазерного импульса до 10^8 как на пикосекундном, так и на наносекундном масштабах. Энергия излучения на фокусирующем зеркале увеличена до 50 мДж и получена интенсивность на мишени 10^19 Вт/см2. Методом оптического зондирования показано, что при взаимодействии лазерного импульса длительностью 50 фc и интенсивностью 10^16 Вт/см^2 c поверхностью жидкого галлия формируются микроструи плазмы закритической плотности. К моменту воздействия основного лазерного импульса (через 12.5 нс) эти струи ярко выражены/ часть из них направлена навстречу лазерному пучку. Численное моделирование методом 3D PIC показало, что в присутствии таких струй происходит эффективное ускорение электронов вдоль их поверхности, что разумно объясняет наблюдавшееся нами в эксперименте существенное возрастание выхода жесткого рентгеновского излучения и средней энергии горячих электронов при воздействии на поверхность жидкого галлия парой фемтосекундных импульсов импульс-предымпульс с отношением амплитуд менее 100. Проведены эксперименты по наблюдению пространственно-временной динамики плазмы, образованной на поверхности твердых мишеней из стали, свинца и кварцевого стекла. Впервые обнаружено формирование плотных плазменных струй на поверхности мишени из стали. Развит новый экспериментальный подход к проблеме регистрации возбуждения низкоэнергетических ядерных переходов с использованием лазерной плазмы. Горячая плотная плазма создавалась облучением мишени мощным фемтосекундным лазерным импульсом. Формирующиеся при таком взаимодействии потоки рентгеновского излучения и других быстрых частиц из плазмы облучали вторую мишень, содержащую изотоп 57Fe с энергией первого возбужденного ядерного состояния 14,4 кэВ и временем жизни 98 нс. Релаксация этого возбуждения регистрировалась по энергетическим спектрам электронов, вылетающих из второй мишени. В электронных спектрах, полученных при задержках в 80-120 нс после создания плазмы, наблюдаются максимумы, соответствующие процессу внутренней электронной конверсии изомерного ядерного уровня изотопа 57Fe через К и L оболочки атома и сопутствующему K-L2L3 оже-переходу Обнаружен эффект преимущественного ускорения тяжелых ионов мишени при предварительной очистке поверхности металлической мишени коротким лазерным импульсом с интенсивностью ниже порога абляции вещества мишени. Проведена серия экспериментов по исследованию плазмы, образующейся при низком и высоком контрастах лазерного импульса (последний достигнут в результате модернизации лазерной системы) при использовании твердотельных и жидкометаллических мишеней. Показано, что подавление предымпульса приводит к исчезновению гамма-квантов (и электронов) с аномально высокими энергиями, наблюдающимися при низком контрасте излучения. Это указывает на существенную роль процессов ускорения электронов в плазме малой плотности. Проведенные численные расчеты на данный момент не в состоянии воспроизвести экспериментальные результаты.