ИСТИНА

Проект посвящен исследованию сильно нестационарных быстропротекающих процессов, в которых происходит существенное нарушение квазинейтральности плазмы. Такие процессы характерны для взаимодействия сверхмощных неадиабатических лазерных импульсов с мишенью. Если лазерный импульс с крутым фронтом имеет амплитуду, превышающую определенный порог, то при его падении, например, на пленку нанометровой толщины возможно полное вытеснение электронов из нанопленки. В результате этого формируется короткоживущий одиночный сгусток релятивистских электронов, имеющий аттосекундную длительность и близкую к твердотельной плотность заряда. В проекте будут исследованы аналогичные процессы при взаимодействии сверхмощных неадиабатических лазерных импульсов с газовыми струями. Кроме того, будут проанализированы сопутствующие эффекты, такие как ускорение ионов и генерация терагерцевого излучения, в том числе, при использовании в качестве мишеней наноразмерных объектов (нанопленки, нанотрубки и нанокластеры). Другой задачей проекта является исследование новых эффектов при взаимодействии мультипетаваттных лазерных импульсов с плазмой докритической плотности. В поле таких импульсов колебательные движения протонов могут иметь релятивистские скорости, что существенно изменяет характер взаимодействия. Этот режим можно назвать ядерным режимом взаимодействия лазерного импульса с плазмой ввиду существенного увеличения выхода реакций слияния и деления ядер, генерации пионов, мюонов, нейтрино и т.п., и он будет также исследован в проекте. В первую очередь упор будет сделан на исследование релятивистских пучков электронов и ионов, имеющих мегаамперные токи и создающих магнитные поля на уровне гигагауссов.

Предложен метод и с помощью численного моделирования исследован процесс генерации релятивистских электронных зеркал из газовых струй (плазменных слоев) под воздействием мощного лазерного импульса. Показано, что возможно формирование электронных сгустков с минимальной толщиной в несколько десятков нанометров при энергиях в десятки и сотни МэВ. При этом заряд сгустка может составлять от единиц пикокулон до нескольких нанокулон. Показано также, что может быть сформирована последовательность таких сгустков, следующих с периодом, равным половине длины волны лазера. Исследовано влияние начальной плотности, толщины и продольного профиля плазменного слоя, а также амплитуды, крутизны фронта и формы лазерного импульса на характеристики формируемых электронных сгустков и предложены простые аналитические оценки для параметров зеркал. Предложен метод генерации интенсивных импульсов инфракрасного и терагерцевого диапазонов, которые возникают вследствие сильного разделения зарядов и последующей релаксации при падении мощного лазерного импульса на наноразмерную мишень, и исследованы характеристики такого излучения. Показано, что форма импульсов сильно зависит от амплитуды и длительности лазерного импульса, плотности электронов в мишени и ее поперечных размеров. Определены возможные характеристики импульсов, такие как амплитуда, частота и длительность, а также пространственное распределение излучения. Показано, что инфракрасное или терагерцевое излучение может иметь релятивистскую амплитуду при использовании лазерных систем петаваттного уровня. Численно и аналитически исследовано влияние внешнего магнитного поля на распространение мощного лазерного импульса в неоднородном плазменном канале параболического профиля в случае, когда параксиальное приближение не выполняется. Показано, что для сверхкороткого лазерного импульса профиль плотности канала модулируется в зависимости от частоты лазерного импульса, плотности плазмы и внешнего магнитного поля. Это приводит к модуляции огибающей лазерного импульса в плазме. В результате длина и поперечное сечение лазерного импульса также оказываются зависящими от внешнего магнитного поля, что приводит к усилению самофокусировки и временной компрессии лазерного импульса. Показано, что максимальная энергия электронов, ускоряемых кильватерной волной, формируемой в таком магнито-плазменном канале, оказывается существенно увеличенной. Кроме того, для достаточно больших магнитных полей дисперсия энергии электронов может быть минимизирована. Исследовано также влияние чирпа и асимметрии лазерного импульса на характеристики формируемой в однородной плазме кильватерной волны.