شتاب دهی ذرات باردار توسط برهم کنش پالس لیزر پر توان فمتو ثانیه با هدف جامد دارای ضخامت نانومتر
چکیده
شتاب دادن ذرات باردار در شتاب دهنده های بزرگ و کوچک یکی از مسایل جذاب مورد بررسی در حال حاضر می باشد. به دنبال اختراع لیزر هایی از مرتبه پتا وات (?10?^(-15) w)، رویکرد جدیدی برای تولید ذرات باردار پر انرژی مطرح شد. شتاب دهنده های جدید بر پایه برهم کنش لیزر با محیط پلاسما می باشند. هنگامی که یک پالس لیزر پر توان به هدف برخورد می کند، هدف به سرعت یونیده می شود و به پلاسما تبدیل می شود. میدان های الکتریکی بسیار قوی ایجاد شده در محیط پلاسما با دامنه های بسیار زیاد در حدود tv/m رکن اصلی شتاب دهی ذرات در این نوع شتاب دهنده ها می باشند. مقدار این میدان ها 10000 برابر بیشتر از میدان های تولید شده به وسیله شتاب دهنده های خطی می باشند. روش های متفاوتی برای شتاب دهی الکترون و یون وجود دارد که در این پایان نامه به توضیح آنها پرداخته ایم. الکترون ها و یون های شتاب داده شده در شتاب دهنده های لیزر- پلاسما در زمینه های مختلفی مانند همجوشی به روش اشتعال سریع و درمان تومورهای سرطانی کاربرد دارند. در این پایان نامه با استفاده از نرم افزار شبیه سازی دو بعدی ذره در جعبه xoopic، برهم کنش پالس لیزر با محیط جامد را شبیه سازی کردیم. در این شبیه سازی یک پالس لیزر قطبیده خطی با شدتی برابر با 4×?10?^19 w/?cm?^2 را بر هدف جامد کربن با ضخامت 400 نانومتر تاباندیم. در بر هم کنش پالس لیزر با یک هدف جامد، چون محیط جامد در برابر عبور پالس لیزر کدر است، بنابراین پالس لیزر نمی تواند از هدف عبورکند. در این مورد، انرژی لیزر توسط باریکه های الکترون های داغ به قسمت های مختلف هدف انتقال داده می شود. در شبیه سازی انجام شده چون ضخامت هدف نسبتاً زیاد است، بنابراین فشار تابشی پالس لیزر، یک تغییر شکل سهمی وار در سطح پلاسما ایجاد می کند. این تغییر شکل سبب نفوذ پالس لیزر به قسمت های داخلی هدف می شود، این فرآیند را حفر سوراخ می نامند. حفر سوراخ، یک کانال یونی در هدف ایجاد می کند، بنابراین محیط برای عبور پالس لیزر شفاف می شود و سبب شتاب دهی الکترون ها و یون ها می شود.ما چگونگی فرآیند حفر سوراخ توسط پالس لیزر، در هدف را مشاهده کردیم و توانستیم الکترون ها و پروتون ها را شتاب دهیم.