Urychlování částic laserem buzenými plazmovými vlnami

  • Vedoucí práce / Supervisor: Ing. Miroslav Krůs, Ph.D. (ÚFP AV ČR, FJFI)
  • Pracoviště / Workplace: Ústav fyziky plazmatu AV ČR, v. v. i./Výzkumné centrum PALS
  • Kontakt / Contact: krus@ipp.cas.cz

Laser s dostatečně vysokým výkonem při průchodu plazmatem (ať už homogenním nebo nehomogenním) může vybudit plazmové vlny, které jsou schopny urychlit elektrony na velmi vysoké rychlosti. V závislosti na hustotě plazmatu a intenzitě laseru tyto vlny mohou nést elektrické pole o velikosti až několik stovek GV/m, takže je možné urychlit elektrony na velmi krátké vzdálenosti na energie až několik GeV. Takto vysokého elektrického pole je možné využít v laserem řízených plazmových urychlovačích, které jsou pro svůj potenciál nahradit konvenční radiofrekvenční urychlovače v současné době intenzivně studovány. Kromě plazmových urychlovačů, kdy plazmové vlny jsou primárně vybuzeny femtosekundovými laserovými impulzy, plazmové vlny také mohou být generovány relativně dlouhými – pikosekundovými až téměř mikrosekundovými – laserovými impulzy. Na rozdíl od plazmových urychlovačů, kdy cíleně urychlujeme elektronový svazek, v tomto případě zachycení a následné urychlení elektronů není žádoucí jev. V tomto případě jsou elektrony urychleny „pouze“ na energie několik desítek až stovek keV, ale v případě laserové inerciální fúze i tyto tzv. rychlé elektrony mohou zásadním způsobem ovlivnit zapálení paliva. Jelikož elektrony získají dostatečnou energii na to, aby mohly vstoupit do chladného paliva a předehřát jej, účinnost komprese paliva, které je stlačováno rázovou vlnou, výrazně klesá. Plazmové vlny, na astronomických škálách, mohou také stát za urychlováním kosmického záření na extrémní energie.

Plazmové vlny tak představují zajímavý jev, který vyžaduje další detailní studium a jeho plné porozumění bude důležité pro budoucí aplikace, ať už to budou kompaktní urychlovače částic anebo laserová inerciální fúze.

Cílem práce je studium generace plazmových vln a urychlování elektronů. Student/ka se seznámí s fyzikou plazmatu, fyzikou interakce nabitých částic s plazmatem, generace svazků nabitých částic a experimentálními technikami užívanými během interakčních experimentů. Tato práce může být zaměřena jak experimentálně, tak teoreticky. Téma práce je dostatečně široké, a tak umožňuje případné pokračování na výzkumném úkolu i diplomové práci. Naše skupina v rámci evropských aktivit EuroFusion spolupracuje s předními laboratořemi ve Francii, Německu, Velké Británii a Itálii.