Аннотация:
Численно, методом частицы в ячейке, учитывающим столкновения, исследована возможность использования плазмы как оптического элемента для управления нерелятивистскими протонными пучками с энергией порядка 250 MeV, используемых в протонной лучевой терапии. Такая оптика позволила бы существенно снизить вторичное излучение в процессах коллимации, рассеяния или поворота стандартного протонного пучка, а также стала бы важной частью управления ионными пучками, ускоряемыми в плазме, формируемой короткими мощными лазерными импульсами. Пассивная плазменная оптика для нерелятивистских пучков протонной лучевой терапии возможна лишь в плазме, формируемой оптической ионизацией среды короткоимпульсным лазерным излучением. Оптическая ионизация газовой среды позволяет осуществлять формирование значительных плазменных градиентов с температурой электронов, зависящей от интенсивности ионизирующего лазерного излучения, $a_0$. Генерируемое при этом поперечное электрическое поле
$E_\perp=-\nabla_\perp[N_eT_e(a_0)]/eN_e$ (для релятивистских интенсивностей лазерного излучения $a_0>$ 1 температура электронов линейно зависит от $a_0$: $T_e(a_0)\sim mc^2a_0$) может иметь напряженность, достаточную для серьезного влияния на протонные и даже ионные пучки. В экспериментах это проявляется как быстрое (взрывное) формирование плазменных каналов даже при относительно невысоких интенсивностях коротких лазерных импульсов. Структура взрывных плазменных каналов зависит от фокусировки и поляризации лазерного излучения и его мощности. При прохождении вдоль такого канала даже нерелятивистские протонные пучки могут фокусироваться, рассеиваться или отклоняться от первоначальной траектории.
Полный текст:
PDF файл (632 kB)