ювач отримав назву прискорювач на кільватерной хвилі. Для релятивістських частинок, швидкість яких близька до швидкості світла, навіть маленьке збільшення швидкості відповідає великим зростанню їх енергії. У результаті прискорення енергія електрона може значно збільшитися.
Рис. 58 - Обурення щільності електронів в кільватерной хвилі, порушуємо лазерним імпульсом з тривалістю 30 фс і потужністю ~ 30 ТВт в плазмі з щільністю 2.2 · 1018 см - 3. По вертикальній осі - радіальна координата, відраховується від осі імпульсу. По горизонтальній осі - час після проходження лазерного імпульсу через дану точку
Проведені у Франції експерименти показали, що описаний вище механізм прискорення електронів дійсно реалізується. Але отримане збільшення енергії електронів виявилося незначним через дуже малої довжини, на якій це прискорення виникало.
Спочатку вважалося, що для порушення кільватерних хвиль найкраще підходять лазерні імпульси з тривалістю, близької до періоду плазмових коливань, в той час як більш довгі імпульси для цієї мети не годяться. Але чисельні розрахунки [7-9] і наступні експерименти показали, що це не так. Лазерний імпульс, довжина якого значно перевершує довжину плазмової хвилі, а потужність перевищує певну величину, у процесі поширення в плазмі змінює свою форму (рис.5). Спочатку виникає модуляція його амплітуди, а потім він розбивається на послідовність більш коротких імпульсів з періодом проходження, рівним плазменному періоду. Цей ефект отримав назву самомодуляціі імпульсу. Між послідовністю коротких імпульсів і плазмовими коливаннями виникає резонанс. Кожен наступний короткий імпульс збільшує амплітуду тієї кільватерной хвилі, яку порушив перший короткий імпульс. У результаті вже всередині лазерного імпульсу поле плазмової хвилі стає дуже великим і досягає 109 В/см. Частина електронів плазми при цьому захоплюється в плазмову хвилю. Вони починають рухатися разом з хвилею і прискорюються до енергії близько 100 МеВ на довжині в кілька міліметрів.
Рис. 59 - Розвиток самомодуляціі імпульсу і його розбиття на ланцюжок більш коротких імпульсів
На початковому імпульсі з плавно змінюється в просторі інтенсивністю (лівий малюнок) з'являється спочатку модуляція амплітуди (середній малюнок), а потім він розбивається на ланцюжок імпульсів малої довжини (правий малюнок), відстань між якими дорівнює довжині плазмової хвилі lp.
Експерименти, проведені у Франції, США, Японії, Англії, показали, що в режимі самомодуляціі максимальна енергія прискорених електронів досить висока, але енергетичний спектр виходить дуже широким, що є недоліком з погляду можливих застосувань.
У 2004 р майже одночасно три експериментальні групи виявили новий режим прискорення електронів, при якому енергія доходила до 250 МеВ, а енергетичний спектр був досить вузьким. У цьому режимі інтенсивність лазерного випромінювання перевершувала 1 019 Вт/см2, а довжина імпульсу була близька до довжини плазмової хвилі. Сили високочастотного тиску, що діють на електрони плазми, були настільки великі, що відразу позаду імпульсу виникала майже сферична область, в якій практично не було електронів. Цю область стали називати bubble (міхур), а сам режим прискорення - bubble-режимом (рис.6). З плазми в цю область захоплювалося деяку кількість електронів плазми, які і прискорювалися.
В даний час накопичений вже значний експериментальний і теоретичний матеріал, достатній для проектування і будівництва лазерного прискорювача на енергію електронів більше 1000 МеВ. Зараз кілька таких проектів близькі до реалізації.
Рис. 60 - Поширення лазерного імпульсу в bubble-режимі. Відразу ззаду за імпульсом утворюється область, в якій немає електронів (електронний міхур). У неї захоплюється з плазми маленький електронний згусток, який прискорюється
протон частинка детектор прискорення
У 2000 р при опроміненні тонкої фольги високоінтенсивними (більше 1 018 Вт/см2) лазерними імпульсами були виявлені протони з енергією до 10 МеВ, що вилітають в основному із задньої стінки фольги в напрямку поширення імпульсу [10]. Цей результат викликав великий інтерес. Досліди були повторені в багатьох лабораторіях. Максимальна виміряна енергія протонів в деяких з них досягала 60 МеВ, а їх число доходило до 1012 на один лазерний імпульс.
Як виникають протони з такою високою енергією? Аналіз експериментальних даних і чисельні розрахунки показали, що під дією лазерного імпульсу у фользі виникають швидкі електрони, які проходять фольгу наскрізь і вилітають з її протилежного боку. Але далеко відлетіти вони не можуть. Їх зупиняє електричне поле іонів, які залишилися у фользі. Поблизу задньої поверхні мішені утворюється негат...
