Proyectos

HRR-TULIPAN

Convocatoria:

Proyectos de Generación de Conocimiento 2021

Fecha inicio:

01/09/2022

Fecha final:

30/08/2025

Financiación:

78.650

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Targets in Ultra-Intense Laser Interaction, Particle Production and ApplicactioNs (TULIPAN) 

La aceleración de iones y protones a alta energía es, hoy en día, un tema relevante debido a la gran cantidad de aplicaciones directas que puede proporcionar tanto en la física fundamental (relaciones entre partículas, reacciones nucleares, etc.) y aplicada (tratamientos médicos, nuevos materiales, nuevas energías, etc.).

Esta aceleración se realiza tradicionalmente en aceleradores convencionales, donde el coste de la instalación limita poder acceder para la investigación y desarrollo. Una alternativa complementaria, aún en progreso, es el uso de sistemas láser de alta intensidad para generar la aceleración de partículas mediante láser.

El uso de sistemas láser de alta potencia – teravatios (TW) y petavatios (PW) – ha ganado notoriedad para haces de partículas de alta energía en el rango de varias decenas de MeV en un proceso de aceleración bien conocido, el Target Normal Sheath Acceleration (TNSA). Además, la nueva generación de estas instalaciones láser (como es el CLPU con su láser VEGA), que operan a altas tasas de repetición – 1 Hz (un disparo por segundo) -, abre la posibilidad de nuevas aplicaciones debido a la capacidad de generar partículas energéticas en periodos muy cortos de tiempo.

La tecnología láser ha experimentado un rápido desarrollo, especialmente desde la invención de la técnica de amplificación de pulsos (Chirp Pulse Amplification, CPA) – Premio Nobel de Física en 2018 -. Pero este rápido progreso, al mismo tiempo, implica nuevos desafíos. En particular, el desarrollo de dianas de interacción (los blancos que usaremos en este proyecto).

Actualmente, el avance de la aceleración de partículas impulsada por láser a alta tasa de repetición está limitado debido al uso de blancos sólidos de espesores micrométricos. Cuando un láser de alta potencia interacciona con el blanco sólido, dicho blanco se desintegra. Por tanto, existe la necesidad de reemplazo y realineación de un nuevo blanco tras la interacción. Esto limita la realización de estudios sistemáticos (tales como la acumulación de estadística) para optimizar nuevos procesos de aceleración y comprender la física subyacente.

Teniendo en cuenta las limitaciones mencionadas anteriormente, el objetivo principal de esta propuesta es desarrollar, probar y comparar diferentes tipos de blancos capaces de trabajar a alta tasa de repetición para hacer operativa y efectiva la aceleración de partículas mediante láseres de alta tasa de repetición.

Las dos propuestas de blancos alternativos en este proyecto son:

  • Probar un blanco de cinta o cassette que permita un rápido desenrollado de los blancos manteniendo la tensión y manteniendo la calidad superficial del blanco. Ver información
  • Usar un blanco de gas de alta presión y densidad, que permita al láser atravesarlo hasta cierto punto y luego depositar toda su energía. Ver información

Ambos blancos son capaces de trabajar a alta repetición y por tanto ambas propuestas serán estudiadas, desarrolladas y probadas con el objetivo de acelerar protones e iones a través de la interacción con el sistema de laser petavatio VEGA.