Сборник тезисов докладов X Международной молодежной научной конференции

Полярное сияние 2007

Ядерное будущее: безопасность, экономика и право

Секция «Перспективные приложения ядерных технологий»

ВОЗМОЖНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МОЩНОГО ФЕМТОСЕКУНДНОГО ЛАЗЕРА ДЛЯ ГЕНЕРАЦИИ МИКРОВОЛНОВОГО ЧЕРЕНКОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Аверяскин А.С.

Снежинская государственная физико-техническая академия

В последние годы в мире достигнуты значительные успехи в создании мощных и компактных лазерных систем тераваттного диапазона (так называемых T³-лазеров — Table Top Terawatt). Длительность импульса излучения таких систем составляет ~20-500фс, что уже при сравнительно небольшой энергии в импульсе W~1 Дж позволяет получить мощность излучения в десятки тераватт и интенсивность излучения при фокусировке на мишень до 10²⁰Вт/см².

Создание фемтосекундных лазеров тераваттной мощности стимулировало поиск их возможных применений. Наиболее интересные и перспективные среди них связаны со сравнительно недавно открытым явлением генерации приблизительно моноэнергетических пучков релятивистских электронов при взаимодействии лазерного излучения фемтосекундной длительности с плазмой. В настоящее время такая генерация наблюдалась во многих лабораториях мира [1,2,3]. Данные этих экспериментов демонстрируют возможность лазерно-плазменного ускорения электронов до энергий в пучке E~10100 МэВ при сравнительно небольшом их разбросе (E/E)~520%. Перспективной является возможность использования таких релятивистских электронных пучков для генерации микроволнового черенковского излучения (в терагерцовом диапазоне). Принципиальная схема черенковского генератора с лазерно-плазменным драйвером приведена на рисунке, где ИРЭ — импульс релятивистских электронов от лазерно-плазменного ускорителя, ДБ — диэлектрический блок с диэлектрической проницаемостью _с>1, ₀arccos — угол, под которым испускается черенковское излучение в ДБ. Такая схема за счет полного внутреннего отражения излучения на конической поверхности ДБ при _к=₀/2 обеспечивает преобразование конического фронта микроволнового черенковского излучения ИРЭ в плоско-параллельный поток излучения.

Расчет характеристик токового импульса, возбуждаемого в ДБ пучком релятивистских электронов лазерно-плазменного генератора, проведен методом Монте-Карло по программе MCNP [4]. Найденное распределение плотности тока в ДБ аппроксимировалось аналитической функцией, которая использовалась для оценки характеристик черенковского излучения.

Рисунок. Схема черенковского генератора.

Для этого применялось решение уравнений Даламбера методом запаздывающих потенциалов, позволяющее получить пространственно-временные характеристики излучения.

Рассмотренные эффекты являются основой [5] мощных черенковских генераторов направленного микроволнового излучения, в которых токовые импульсы создаются электронными пучками. Такие генераторы могут найти применение для радиоспектроскопических исследований сложных молекулярных соединений, что, в частности, представляет интерес для решения такой актуальной задачи, как обнаружение и идентификация взрывчатых веществ.

Литература

1. Mangles S.P.D. et al. Monoenergetic beams of relativistic electrons from intense laser-plasma interactions. – Nature, v. 431, p. 535, 2004.

2. Faure J. et al. A laser-plasma accelerator producing monoenergetic electron beams. – Nature, v. 431, p. 541, 2004.

3. Thomas K. Electrons hang ten on laser wake. – Nature, v. 431, p. 515, 2004.

4. Briesmeister J.F. (Editor). MCNP – a General Monte-Carlo N-Particle Transport Code. Version 4B. 1997.

5. Чернухин Ю.И., Симоненко В.А. Электромагнитное излучение радиационно-возбуждаемого токового импульса в прозрачной диэлектрической среде без дисперсии. – Препринт ВНИИТФ № 208.2004.