L'accélération des ions laser utilise des éclairs laser intenses pour chauffer les électrons d'une température solide à énorme et propulser ces particules chargées à des vitesses extrêmes. Ceux-ci ont récemment gagné du terrain pour des applications pour détruire sélectivement les cellules tumorales cancéreuses, dans le traitement des matériaux semi-conducteurs, et en raison de leurs excellentes propriétés pour l'imagerie et les conditions pertinentes par la fusion.
Des systèmes laser massifs avec plusieurs joules d'énergie lumineuse sont nécessaires pour irradier des solides à cet effet. Cela produit un éclair d'ions qui sont accélérés à des vitesses extrêmes. Ainsi, l'émulation de grands accélérateurs à million de volts est possible dans l'épaisseur d'un brin de cheveux.
Ces lasers sont généralement limités à quelques éclairs par seconde pour empêcher la surchauffe et les dommages aux composants laser. Ainsi, les accélérateurs d'ions laser axés sur le laser sont limités aux applications démonstratives dans de grandes installations expérimentales. Ceci est loin des applications du monde réel, où les éclairs des ions à grande vitesse sont idéalement disponibles beaucoup plus fréquemment.
Les petits lasers fournissant plusieurs milliers de flashs sont systématiquement présents dans les petites laboratoires universitaires, opérant à un millième de joule d'énergie de pouls laser.
Les mécanismes connus d'accélération des ions laser prédisent que l'accélération des ions par quelques kilovolts est possible dans ces conditions. C'est bien en dessous de la gamme MEV d'ions entraînés par des lasers à grande échelle. Ce compromis pose un défi fondamental dans le développement de sources d'ions avec un taux de répétition élevé.
Dans une étude publiée dans Recherche d'examen physiqueSv Rahul et Ratul Sabui de TIFR Hyderabad, dirigé par le professeur M Krishnamurthy, ont comblé cet écart en produisant des protons d'énergie Megavolt en utilisant quelques lasers millijoules, répétant mille fois par seconde.
Ils tirent parti d'un obstacle bien connu aux schémas d'accélération des ions laser – à savoir pré-impulsions – à leur avantage. Les pré-impulsions sont de petites éclats d'énergie laser précédant une impulsion laser intense. Ils proviennent de systèmes laser en raison de diverses imperfections.
Le processus d'accélération ionique repose sur la prémisse d'une seule impulsion laser intense chauffant une cible. Cependant, les pré-impulsions modifient prématurément la surface du solide, détruisant souvent les caractéristiques fines qui leur sont présentes.
Des systèmes dédiés sont souvent nécessaires pour supprimer les pré-impulsions, ajoutant à la complexité et limitant l'évolutivité. Au lieu de retirer le pré-impulsion, le groupe TIFRH démontre une méthode pour exploiter ses effets.
Dans leurs expériences, le pré-impulsion sculpte une cavité creuse dans un microdroplet liquide, créant un plasma de basse densité. Cela devient un sol fertile où les impulsions laser sont absorbées pour conduire une paire d'ondes gigantesques dans le plasma.
Ces vagues ont tendance à s'effondrer rapidement lors de leur voyage, libérant des éclats d'électrons énergétiques. Ces électrons sont finalement responsables de la conduite efficace de l'accélération des protons à des centaines de kilovolts.
Opérant à mille fois par seconde et employant des impulsions laser à énergie Millijoule, l'approche permet une accélération efficace des ions.
Sans nécessiter des intensités laser extrêmes ou une suppression du pré-impulsion parasite, cette approche ouvre la voie à des accélérateurs d'ions laser à taux de récompense à haute réévolution sur les hauts de la table de laboratoire universitaire.
