تأثیر اندازه قطر نانوذرات هدف در شتابدهی لیزری پروتون در رهیافت TNSA

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 سازمان انرژی اتمی ایران- پژوهشگاه علوم و فنون هسته ای

2 هیئت علمی دانشگاه تربیت مدرس

3 سازمان انرؤی اتمی ایران- پژوهشگاه علوم و فنون هسته ای

10.24200/nst.2020.471.1322

چکیده

یکی از رایج‌ترین تنکیک‌های شتابدهی پروتون روش شتابدهی از غلاف پشت هدف (TNSA) می‌باشد. ساختار لایه جلویی در میزان جذب انرژی لیزر توسط الکترون‌ها و به تبع آن شتابدهی پروتون نقش بسزایی دارد. این لایه می‌تواند یکنواخت و یا با ساختار نانو باشد. در این کار با فرض به کارگیری لایه با ساختار نانو و با استفاده از شبیه‌سازی‌های دو بعدی ذره‌ای به مطالعه اثر اندازه نانوذرات پیش‌لایه در انرژی نهایی پروتون پرداخته می‌شود. ذرات با شعاع‌های 10، 60 و 120 نانومتر و نیز با اندازه‌های تصادفی در بازه 10 تا 120 نانومتر در هدف با لایه فومی در دو ضخامت 10 و 20 میکرومتر و با چگالی میانگین نزدیک بحرانی در شدت لیزری a=10 مطالعه و شبیه سازی شده‌اند. مطابق با نتایج به دست آمده درهدف با ضخامت 10 میکرومتر اختلاف بیشینه انرژی جمعیت الکترونی و درنتیجه پروتون‌ها ناچیز و قابل صرف نظرکردن است. هرچند با افزایش ضخامت هدف، تغییر اندازه شعاع نانوذرات تأثیر قابل توجهی در انرژی نهایی طیف پروتون می‌گذارد. به طوری که با کوچک کردن سایز شعاع نانوذرات از 120نانومتر به 10 نانومتر افزایش حدود 45% در بیشینه انرژی پروتون مشاهده می‌شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Target Nano-particles size effect on the laser proton acceleration in the TNSA mechanism

نویسندگان [English]

  • somayeh rezaei 1
  • Elnaz Yazdani 2
  • mohammad jafar jafari 3
1 Assistant Professor
2 Assistant Professor at Tarbiat Modares university
3 عضو هییت علمی
چکیده [English]

The most common laser proton accelerating mechanism is Target Normal Sheath Acceleration (TNSA) method. The front layer structure plays an important role in the electron energy absorption efficiency and consequently the proton acceleration. The front layer can be either uniform or nano-structured. In this work, by assuming a nanostructured foam layer, the effect of nanoparticle’s radius on the proton cut-off energy is studied using a two-dimensional particle simulation code. Particles with radii of 10, 60 and 120 nm and random sizes in the range of 10 to 120 nm have been studied and simulated in a front layer with thickness of 10 and 20 μm with near-critical average density ( ) at laser intensity . According to the results, in the case of thin foam layer ( ) the differences of electron and consequently proton spectra are negligible. However, by increasing the foam thickness ( ) the influence of nanoparticles radius causes a further dissociation in the final proton energy spectrum. So that, proton energy increases almost 45% by reducing the nanoparticle size from 120 nm to 10 nm.

کلیدواژه‌ها [English]

  • TNSA
  • laser proton acceleration
  • Nano-structured target
  • Nano particle size