Convocatoria: Proyectos de Generación de Conocimiento 2021
Fecha inicio: 01/09/2022
Fecha final: 30/08/2025
Financiación: 78.650 Є
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.
Objetivo 1: Avanzar los requerimientos tecnológicos para la operación a alta tasa de repetición para las características del láser y las propiedades del blanco
Objetivo 2: Simular y estudiar nuevos esquemas de aceleración láser-plasma para encontrar los parámetros que logren una efectiva aceleración de partículas
Objetivo 3: Demostrar la aceleración de partículas con blancos de alta densidad a alta tasa de repetición
Objetivo 4: Caracterización y optimización de las partículas generadas con diagnósticos de adquisición a alta tasa de repetición.
Objetivo 5: Estudio de la evolución de las propiedades del láser a alta tasa de repetición.
Objetivo 6: Transferencia de conocimiento a aplicaciones relacionadas con Fusión por Confinamiento Inercial y actualización del estado del proyecto.
- José Luis Henares PI1. Production of protons and ions through high-intensity laser interaction with high-density gases
- José Antonio Pérez PI2. Laser-driven particle acceleration with intense short laser pulses
- Pilar Puyuelo Valdés. Near-critical target development and simulations of the laser interaction
- Carlos Salgado López. Gas jet characterization for laser interaction with under-dense plasmas
- Mauricio Rico. Femtosecond-laser micromachining and laser ablation and surface-treatment
- Michael Ehret. Targetry development and simulations of the laser interaction
-
- Marta Olivar. Design, manufacture and commissioning of electronic systems based on microprocessors and microcontrollers
- Diego de Luis. Experiment design and diagnostic development
- Yaiza Cortés. Communication area of the CLPU
- Irene Hernández. Metrology to measure the spatial, spectral and temporal characteristics of the laser beam
- Stability and debris-migration of a solid tape target delivery system for intense laser-matter interactions towards high-repetition-rate
Ehret, M.; de Luis, D.; APiñaniz, J.; Henares, J.L.; Lera, R.; Pérez-Hernández, J.A.; Puyuelo-Valdés, P.; Volpe, L and Gatti, G.
Plasma Physics & Controlled Fusion, 66, 045003 (2024) (Open Access)
https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6587/ad2690
- Ablation holes in tape targets induced by ultra-intense laser pulses
Michael Ehret ; Jon Imanol Apiñaniz ; Jose Luis Henares ; Roberto Lera ; Diego de Luis ; José Antonio Pérez-Hernández; Luca Volpe; Giancarlo Gatti
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research – section B: Beam Interactions with Materials and Atoms (online Volume 541, August 2023, Pages 165-168). (Open Access)
https://doi.org/10.1016/j.nimb.2023.05.004
- High-repetition-rate source of nanosecond duration kA-current pulses driven by relativistic laser pulses
M. Ehret, J. Cikhardt, P. Bradford, I.M. Vladisavlevici, T. Burian, D. de Luis, J. L. Henares, R. Hernández-Martín, J. I. Apinaniz, R. Lera, J. A. Pérez-Hernández, J. J. Santos and G. Gatti.
High Power Laser Science and Engineering (2024) (Open Access)
https://doi.org/10.1017/hpl.2024.14
- Focal cone high harmonic generation driven by a 400TW laser
Gjevre, J M; Perez-Hernandez, J A; Lera, R; Salgado-Lopez, C; Ehret, M; Zeraouli, G; Roso, L; Fedosejevs, R
Applied Optics 63, 13 pp 3600-3608 (2024) (Open Access)
https://doi.org/10.1364/AO.516732
- Proton and helium ions acceleration in near-critical density gas targets by short-pulse Ti:Sa PW-class laser.
J.L. Henares, P. Puyuelo-Valdes, C. Salgado-López, J.I. Apiñaniz, P. Bradford, F. Consoli, D. de Luis, M. Ehret, F. Hannachi, R. Hernández-Martín, A. Huber, L. Lancia, M. Mackeviciute, A. Maitrallain, J.-R. Marquès, J.A. Pérez-Hernández, C. Santos, J.J. Santos, V. Stankevic, M. Tarisien, V. Tomkus, L. Volpe and G. Gatti.
J. Plasma Phys, vol. 89, 965890601. (Open Access)
https://doi.org/10.1017/S0022377823001332
- A scintillator detector for spatio-spectral characterization of proton beams at high repetition rate
Marine Huault, Michael Ehret, Diego De Luis, Jose Antonio Pérez-Hernández, Jon Imanol Apiñaniz, Jose Luis Henares, Sophia Malko, Michaël Touati, Nuria Gordillo, Carolina Gutiérrez Neira, Josefine Metzkes, Marvin Reimold, Ulrich Schramm, Karl Zeil, Luis Roso, Giancarlo Gatti and Luca Volpe.
IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, Volume: 73, 7004812.
https://doi.org/10.1109/TIM.2024.3398120
- On-line TNSA proton beam stabilization at 1 Hz in ultra-intense laser-matter interaction
José Luis Henares, Michael Ehret, Jon Imanol Apiñaniz, Carlos Salgado, José Antonio Pérez-
Hernández, María Luisa Berlanga, Ana María Cives, Evgeny Filippov, Enrique García-García,
Rubén Hernández Martín, Diego de Luis, Pilar Puyuelo-Valdes, Isabel Rodríguez-Pérez, María Dolores Rodríguez Frías, Iuliana-Mariana Vladisavlevici, and Giancarlo Gatti
Accepted in HPLSE.
:: ARTÍCULOS EN PROCESO:
- Currents from relativistic laser-plasma interaction as a novel metrology for the system stability of high repetition rate laser secondary sources,
Michael Ehret, Iuliana-Mariana Vladisavlevici, Philip Wykeham Bradford, Jakub Cikhardt, Evgeny Filippov, Jose Luis Henares, Rubén Hernández Martín, Diego de Luis, José Antonio Pérez-Hernández, Tomas Burian, Enrique García, Juan Hernández, Cruz Mendez, Marta Olivar Ruíz, Óscar Varela, Maria Dolores Rodríguez Frías, Joao Jorge Santos and Giancarlo Gatti
To be submitted.
- Laser Interactions with Gas Jets: EMP Emission and Nozzle Damage
P. W. Bradford, V. Ospina-Bohórquez, M. Ehret, J.-L. Henares, P. Puyuelo-Valdes, T.Chodukowski, T. Pisarczyk, Z. Rusiniak, C. Salgado-López, C. Vlachos, M.Scisciò, M. Salvadori, C. Verona, G. S. Hicks, O. C. Ettlinger, Z. Najmudin, J.-R. Marquès, L. Gremillet, J. J. Santos, F. Consoli, and V. T. Tikhonchuk.
Submitted to HPLSE
