محمدجعفر جعفری
-
وجود پیش پالس لیزری با شدت های کم (کمتر از 1013Wcm-2 با پهنای زمانی نانوثانیه و شدت های کمتر از 1017Wcm-2 با پهنای زمانی پیکوثانیه) یک مسئله اساسی در آزمایش های شتاب دهی لیزری پروتون می باشد، که اغلب پارامترهای باریکه پروتون تولید شده توسط لیزرهای با شدت بالا را تغییر می دهد. با توجه به اندازه دامنه شدت پیش پالس و ضخامت هدف، اثرات متعددی ممکن است اتفاق بیفتد. در این کار به منظور نزدیک شدن به نتایج واقعی به طور خاص برای پارامترهای پیش پالس مجموعه لیزری ATLAS؛ شامل یک پیش پالس 20 پیکوثانیه ای، و برای ضخامت های مختلف هدف (از 0/12 -1 میکرومتر) شبیه سازی های هیدرودینامیکی با کد سیالی انجام و پارامترهای هدف در انتهای زمان اعمال پیش پالس از کد سیالی استخراج شده است. بر اساس نتایج به دست آمده برای این شرایط معین از پیش پالس، ضخامت 0/25 میکرومتر برای برهم کنش پالس اصلی با هدف بهینه می باشد. در ضخامت های کوچک تر، نمایه چگالی در سطح پشتی هدف به هم می خورد و این موجب کاهش بازدهی شتاب دهی خواهد شد.کلید واژگان: شبیه سازی هیدرودینامیکی, پیش پالس لیزر, پشت هدفLow-intensity laser prepulse (<10^13 W cm^−2, nanosecond duration and <10^17 W cm^−2, picosecond duration) significantly impact experiments on laser-induced proton generation, often constraining the performance of proton sources from high-intensity lasers. Depending on the intensity regime and target thickness, various effects can result from the prepulse. This study focuses on hydrodynamic simulations using a fluid code to replicate real-world conditions, specifically targeting the prepulse parameters of the ATLAS laser facility (including a 20-picosecond duration) across different target thicknesses (1-0.12 μm). The simulations extract target parameters at the end of the prepulse phase. For these specific prepulse conditions, the results indicate that a target thickness of 0.25 μm optimizes the interaction with the main laser pulse. Thinner targets exhibit altered density profiles on the rear surface, thereby reducing acceleration efficiency.Keywords: Hydrodynamic Simulation, Laser Prepulse, Target Rear Surface
-
سازوکار رایج شتاب د هی لیزری پروتون، شتاب دهی با میدان غلافی از پشت هدف (TNSA) است. در این کار هندسه هدف آلومینیمی به کار رفته در برهم کنش پالس لیزر شدت بالا با پلاسما مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است. هدف، با نمایه پشتی پله ای و نمایی با طول مقیاسه ای متفاوت تا μm 0/85 به عنوان ورودی در کد شبیه سازی دو بعدی ذرهای به کار رفته و نتایج توزیع انرژی پروتونی آنها با هم مقایسه شده اند. نتایج نشان می دهد با تغییرات هموار پشت هدف، انرژی پروتونی کاهش یافته و این امر به علت کاهش دامنه میدان الکتروستاتیکی در پشت هدف است. به علاوه، یک طول مقیاس آستانه وجود دارد که با افزایش بیش تر این کمیت، انرژی پروتونی تغییر نکرده و توزیع انرژی های باریکه پروتون تقریبا بر هم منطبق می شوند. انتشار میدان عرضی لیزر و توزیع انرژی الکترونی یکسان برای دو هدف با سطح پشتی پله ای و نمایی با طول مقیاس μm 0/67 نیز مشاهده شد.کلید واژگان: انرژی قطع پروتون, شتاب دهی لیزری پروتون, طول مقیاس پشت هدفThe common mechanism of proton laser acceleration is Target Normal Sheath acceleration. This study investigates the geometry of the aluminum target used in high-intensity laser pulse interaction with plasma. The target with an exponential profile on the front and back sides and with different scale lengths from 0 to 0.85 μm is used as an input to the two-dimensional particle simulation code. The results of their proton energy distribution have been compared. It was found that proton energy decreased with smooth changes behind the target. This is due to the reduction in the electrostatic field amplitude behind the target. In addition, there is a threshold scale length (here 67/0 μm), after which the proton energy does not change with the increase of this quantity and the energy distribution of the proton beam almost overlaps. The transverse laser field emission and the same electron energy distribution were also observed for two targets with zero and 0.67 μm scale lengths.Keywords: Proton cut off energy, Laser acceleration of proton, rear target profile
-
مکانیزم شتاب دهی غلافی پروتون (TNSA) یکی از رایج ترین مکانیزم های شتاب دهی پروتون در چیدمان های تجربی می باشد. در این پژوهش با استفاده از شبیه سازی های دو بعدی ذره در سلول (PIC) به مطالعه اثر یونیزاسیون میدانی در برهم کنش پالس لیزر شدت بالا با طول پالس های مختلف بر روی عملکرد شتاب دهی پروتون پرداخته شده است. برای این منظور دو هدف جامد (تقریبا خنثی) و نیز پلاسمای کاملا یونیزه از جنس آلومینیم با ضخامت 5/0 میکرومتر که با یک لایه نازک هیدروژن با ضخامت 50 نانومتر جفت شده است در نظر گرفته شده اند. نتایج شبیه سازی نشان می دهد با ثابت گرفتن انرژی پالس لیزر و برای شدت های متوسط لیزری (در این جا a0=10 برای پالس با پهنای 25 فمتوثانیه) استفاده از ساختار جامد منجر به افزایش انرژی بیشینه پروتون ها حدود 36 درصد نسبت به حالت هدف با ساختار پلاسما می شود. به علاوه اختلاف ایجاد شده در انرژی قطع در دو حالت هدف جامد و پلاسمای ایده آل با افزایش پهنای پالس لیزری کاهش می یابد.کلید واژگان: شبیه سازی ذره ای, شتاب دهی لیزری پروتون, مکانیسم TNSA, پهنای پالس لیزر, یونیزاسیون میدانیTarget Normal Sheath Acceleration (TNSA) mechanism is one of the most common proton acceleration mechanisms in the experimental setup. In this work, the effect of field ionization on the proton acceleration performance in result of the interaction of high intensity laser pulses with different pulse lengths was studied using two-dimensional particle in cell (PIC) simulations. For this purpose, two solid (neutral) targets as well as fully ionized plasma target, made of aluminum layer with thickness of 0.5 μm, and paired with a thin layer of hydrogen with thickness of 50 nm are considered. Simulation results showed that considering the constant pulse energy and a medium laser intensity (here a0 =10 for pulse width of 25 femtoseconds) the use of solid structure leads to an increase in the maximum energy of the protons by about 36%. In addition, the difference in proton cut-off energy between the solid target and the ideal plasma one decreases with increasing the laser pulse width.Keywords: Particle in cell simulation, laser proton acceleration, TNSA mechanism, laser pulse duration, field ionization
-
در این پژوهش، شکل گیری موج عقبه در برهم کنش پالس قوی لیزر با گاز با استفاده از نتایج کد شبیه سازی PIC به همراه یونیزاسیون بررسی شده و نتایج با حالتی که پالس لیزر در پلاسمای پیش فرض منتشر می شود، مقایسه شده است. نتایج نشان می دهند که برخلاف نتایج قبلی که به دلیل ایجاد نوسانات چگالی هنگام یونیزاسیون، به راه اندازی قوی ناپایداری رامان رو به جلو و به دنبال آن به مدوله شدن قوی پالس لیزر اشاره کرده بودند، اندازه میدان عقبه تولیدی در حالت انتشار پالس لیزر در گاز نسبت به پلاسما، به شدت به شیب پالس لیزر وابسته است. علاوه بر آن برای پالس هایی با شیب تند، این دو مقدار تقریبا یکسان هستند. این در حالی است که برای پالس هایی با شیب ملایم تر، میدان عقبه در پلاسما دارای مقادیر بزرگ تری بوده و برای پالس های با شیب کم تر، دامنه میدان عقبه در گاز بزرگ تر می باشد.
کلید واژگان: موج عقبه, برهم کنش لیزر پلاسما, زمان خیزش پالس لیزر, ناپایداری رامانIn the present work, the formation of the wakefield during the interaction of intense laser pulse with a gas medium has been investigated by using PIC simulation code, including the ionization process. The results have been compared with those corresponding to the case of the pre-formed plasma medium. Although in previously published works, the strong launch of forwarding Raman's instability was shown to be as a result of plasma density fluctuations during ionization and the subsequent strong laser pulse modulation, our results indicate that the wakefield amplitude in gas in comparison with plasma considerably depends on the laser pulse shape. For laser pulse with a high slope, the amplitude of the wake electric field is quite the same in gas and plasma mediums. However, as the slope of the laser pulse decreases (soft slope), the wakefield is generated with a larger amplitude in the plasma. A further decrease in the laser pulse slope leads to a larger wake electric field in gas than in a plasma environment.
Keywords: Wake field, Laser-plasma Interaction, Pulse rise time, Raman instability -
پلاسماهای لیزری به عنوان یکی از منابع تولید لیزر پرتو ایکس نرم حایز اهمیت می باشد. قابلیت کنترل ضریب بهره پرتو خروجی و کیفیت آن از طریق کنترل پارامترهای لیزر و پلاسما از جمله مزیت های این روش است. در این پژوهش، یک پالس دمش به همراه یک پیش پالس بر روی هدف ژرمانیم به عنوان محیط فعال تقویت کننده پلاسمایی می تابد و بهره لیزر پرتو ایکس نرم در طول موج nm 6/19 محاسبه می شود. به منظور مطالعه اثر پارامترهای لیزری از قبیل شدت، پهنای پالس و اختلاف زمانی بین دو پالس از کد هیدرودینامیکی MED103 استفاده شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که برای دستیابی به بیشینه بهره لیزر پرتو ایکس نرم یک پهنای پالس بهینه برای پیش پالس و نیز پالس اصلی دمش وجود دارد. به علاوه مطابق با نتایج به دست آمده با افزایش شدت پیش پالس مقدار بهره لیزر پرتو ایکس نرم ابتدا افزایش و سپس کاهش می یابد در حالی که با افزایش شدت پالس اصلی دمش، این مقدار به طور پیوسته افزایش می یابد. هم چنین مناطق بهینه مکانی و زمانی بهره لیزر پرتو ایکس نرم در شرایط مختلف اختلاف زمانی دو پالس آورده شده است.کلید واژگان: برهم کنش لیزر- پلاسما, ژرمانیم شبه نئون, لیزر پرتو ایکس نرم, محیط فعال پلاسماییLaser produced plasma can be used as the sources of soft X-ray laser. The ability to control the laser quality and its gain coefficient by controlling laser and plasma’s parameters is one of the advantages of this method. In this study, a pump pulse assistant along with a pre-pulse is irradiated on a geranium target as the plasma active medium, thenthe gain of soft X-ray laser at wavelength 19.6 nm is calculated. In order to analyze the effect of laser parameters such as intensity, pulse length, and time delay between two pulses, MED103 hydrodynamic code has been used. The simulation results show that there is optimal pulse duration for the pre-pulse as well as the main pump pulse to achieve the maximum gain of soft X-ray laser. In addition, according to the results, by increasing the pre-pulse intensity the amount of soft X-ray laser gain initially increases and then decreases, while by enhancing the main pulse intensity, it keeps increasing. Also, the optimal spatiotemporal regions of the soft X-ray laser gain for different time delays of two pulses are given.Keywords: Laser-plasma Interaction, Ne-like Ge, Soft x-ray laser, Plasma active medium
-
یکی از رایج ترین روش های شتاب دهی پروتون، روش شتاب دهی از غلاف پشت هدف (TNSA) می باشد. استفاده از یک لایه فوم در جلوی هدف اصلی نقش به سزایی در میزان جذب انرژی لیزر توسط الکترون ها و به تبع آن شتاب دهی پروتون ایفا می کند. این لایه می تواند با چگالی یکنواخت و همگن و یا با چگالی موضعی در یک ساختار نانو باشد. در این پژوهش با فرض به کارگیری لایه فوم با ساختار نانو و با استفاده از شبیه سازی های دو بعدی ذره ای، به مطالعه اثر اندازه نانوذرات پیش لایه در انرژی نهایی پروتون پرداخته می شود. ذرات با شعاع های 10، 60 و 120 نانومتر و نیز با اندازه های تصادفی در بازه 10 تا 120 نانومتر در هدف با لایه فومی در دو ضخامت 10 و 20 میکرومتر و با چگالی میانگین نزدیک بحرانی در شدت لیزری 10 = a (معادل 2W/cm 1020≈I) مطالعه و شبیه سازی شده اند. مطابق با نتایج به دست آمده در هدف با ضخامت 10 میکرومتر اختلاف بیشینه انرژی جمعیت الکترونی و در نتیجه پروتون ها ناچیز و قابل صرف نظر کردن است. هر چند با افزایش ضخامت هدف، تغییر اندازه شعاع نانوذرات تاثیر قابل توجهی در انرژی نهایی طیف پروتون می گذارد. به طوری که با کوچک کردن اندازه شعاع نانوذرات از 120 نانومتر به 10 نانومتر افزایش حدود %45 در بیشینه انرژی پروتون مشاهده می شود.
کلید واژگان: شتاب دهی پروتون, TNSA, نانوساختار, اندازه نانوذرات, چگالی نزدیک بحرانیOne of the most common laser proton acceleration mechanism is Target Normal Sheath Acceleration (TNSA) method. The use of a foam layer in front of the main target plays an important role in the amount of laser energy absorption by the electrons and consequently the acceleration of the proton. The front layer can be either uniform and homogeneous or nano-structured. In this study, by assuming a nanostructured foam layer, and using two-dimensional particle simulations code, the effect of nanoparticle’s radius on the proton cut-off energy is investigated. Particles with radii of 10, 60 and 120 nm and random sizes in the range of 10 to 120 nm have been studied and simulated in a front layer with thickness of 10 and 20 μm with near-critical average density at laser intensity (I≈1020W/cm2). According to the results, in the case of thin foam layer, the differences of electron and consequently proton spectra are negligible. However, by increasing the foam thickness, the influence of nanoparticle radius causes a further dissociation in the final proton energy spectra. So that, the proton energy increases almost 45% by reducing the nanoparticle size from 120 nm to 10 nm.
Keywords: TNSA, laser proton acceleration, Nano-structured target, Nano particle size -
پارامترهای تپ لیزر افروزنده در افروزش شوکی در مرز برانگیختگی ناپایداریهای لیزر- پلاسما و در نتیجه تولید الکترونهای سریع قرار دارد. با توجه به طیف انرژی الکترونهای تولید شده و نیز چگالی سوخت فشرده شده، این الکترونها میتوانند سبب پیش گرمایش سوخت و یا افزایش دامنه ی موج ضربه شوند. در این مقاله ابتدا پارامترهای هیدرودینامیکی هدف، پیش از اعمال تپ ضربه با استفاده از کد هیدرودینامیکی- تابشی در یک بعد محاسبه و سپس توزیع انرژی باریکه ی الکترون در برهمکنش تپ لیزر به شدت 2-W cm 1016 با سوخت فشرده شده بررسی شد. در به دست آوردن پارامترهای چگالی و دمای سوخت فشرده شده شبیه سازی سیالی و به منظور بررسی برهمکنش تپ افروزنده با پلاسما، رهیافت جنبشی به کار گرفته شد. با در نظر گرفتن شرایط واقعی پلاسما در لحظه ی فشردگی بیشینه ی سوخت، نتیجه های حاصل از شبیهسازی ذرهای پلاسما با مقیاس بلند، غیرهمگن و دمای بالا، توزیع دو دمایی جمعیت الکترون را نشان می دهد.کلید واژگان: افروزش شوکی, برهمکنش لیزر, پلاسما, الکترون های سریع, شبیه سازی سیالی و ذره ایGenerally, laser ignitior parameters in shock ignition concept are above the threshold for laser-plasma instability and therefore are prompting the generation of fast electrons. Depending on the electron energy spectrum and compressed fuel density, the electrons can cause fuel preheating or increase the shock wave amplitude. In this paper, first, the target hydrodynamic parameters are calculated before driving ignitor pulse. Then, electron energy spectrum in the interaction of ignitor with plasma for laser intensity of 1016 Wcm-2 is considered. For density and temperature profiles of the compressed fuel, fluid approach and to evaluate ignitor pulse interaction with plasma, the kinetic approach are adopted. Considering the actual situation of the plasma at the moment of maximum compression, PIC simulations of high-scale, high-temperature and non-homogeneous plasma show bi-Maxwellian electron distribution.Keywords: Shock ignition, Laser-plasma Interaction, Fast electrons, Hydrodynamic simulation, PIC simulation
-
در این پژوهش، تاثیر رفتار زمانی تپ محرک افروزنده ی سوخت بر کارآیی هم جوشی هسته ای با استفاده از محصورسازی لختی به روش افروزش ضربه ای بررسی و نشان داده شد که اعمال دو تپ افروزنده ی همسان با تاخیر زمانی مناسب، منجر به کاهش انرژی افروزنده و در نتیجه کاهش انرژی کل مورد نیاز برای تولید انرژی میشود. دو تپ ذوزنقهای همسان با زمان صعود 50 پیکوثانیه و با قله ی توان و پهنای تپ متفاوت و با تاخیر زمانی 50 پیکوثانیه و لحظه ی آغاز متفاوت بر روی هدف سیستم هم جوشی هسته ای لیزری تسهیلات پژوهشی انرژی لیزر توان- بالا (HiPER) اعمال شد. شبیهسازیهای یک بعدی با استفاده از کد مالتی نشان داد که نمایه مزیت استفاده از محرک افروزنده ی دوگانه در بازهی 1/1<FM<7/1 قرار دارد. نمایه مزیت بزرگ تر از 1 نشان میدهد که برای یک انرژی محرک متراکمکننده ی سوخت ثابت، استفاده از دو تپ افروزنده ی برابر و کم- انرژی در مقایسه با روش افروزش ضربه ای دارای برتری است.کلید واژگان: هم جوشی هسته ای, محصورسازی لختی, افروزش ضربه ایIn this research work, target performance under different spike pulse(s) time behavior is studied. It is shown that by applying two equal spike pulses with appropirate time delay, leads to enhancement of the target gain and reduction of the total ignitor energy. The lower spike energy is required for the lower total driver energy to be used for commercial energy production. Two trapezoidal pulses with 50 picoseconds rise time, different power levels, pulse duration, launching and delay time have been applied on a HiPER baseline target. A one- dimentional simulation by MULTI code has shown that the figure of merit for a double shock ignition scheme varies in a range of 1.1<FM<1.7. The FM>1 demonstrates that for the same compression energy the splitting of the ignitor pulse into two equal lower energy pulses has more benefit compared with the conventional method of shock ignition.Keywords: Nuclear fusion, Inertial confinement, Shock ignition
- در این صفحه نام مورد نظر در اسامی نویسندگان مقالات جستجو میشود. ممکن است نتایج شامل مطالب نویسندگان هم نام و حتی در رشتههای مختلف باشد.
- همه مقالات ترجمه فارسی یا انگلیسی ندارند پس ممکن است مقالاتی باشند که نام نویسنده مورد نظر شما به صورت معادل فارسی یا انگلیسی آن درج شده باشد. در صفحه جستجوی پیشرفته میتوانید همزمان نام فارسی و انگلیسی نویسنده را درج نمایید.
- در صورتی که میخواهید جستجو را با شرایط متفاوت تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مطالب نشریات مراجعه کنید.