Ультрарелятивистские эффекты в задачах ускорения заряженных частиц и генерации рентгеновского и гамма-излучения при взаимодействии фемтосекундных лазерных импульсов с плазменными структурами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.21, кандидат физико-математических наук Гоносков, Аркадий Александрович

• Гоносков, Аркадий Александрович
• кандидат физико-математических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Гоносков, Аркадий Александрович

0 Введение

0.1 Общая характеристика работы.

0.2 Обзор литературы.

0.2.1 Сверхмощные лазерные системы

0.2.2 Ускорение электронов.

0.2.3 Ускорение лёгких ионов.

0.2.4 Генерация аттосекундного излучения.

1 Ускорение протонов при воздействии интенсивных лазерных импульсов на твердотельные мишени

1.1 Постановка задачи.

1.2 Ускорение протонов на одномерных структурах.

1.2.1 Эффекты, возникающие при релятивистской интенсивности

1.2.2 Эффект релятивистской индуцированной прозрачности слоя

1.2.3 Ускорение на тонкой фольге.

1.2.4 Многокаскадный режим ускорения.

1.2.5 Многомерные эффекты.

1.2.6 Обсуждение результатов.

1.3 Ускорение протонов на двумерных и трехмерных структурах.

1.3.1 Эффект краевого поля.

1.3.2 Ускорение протонов краевым полем.

1.3.3 Возбуждение продольных потоков электронов.

1.3.4 Сферическая мишень для ускорения протонов.

1.3.5 Обсуждение результатов.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Ультрарелятивистские эффекты в задачах ускорения заряженных частиц и генерации рентгеновского и гамма-излучения при взаимодействии фемтосекундных лазерных импульсов с плазменными структурами»

0.1 Общая характеристика работы

Стремительный прогресс последних десятилетий в технологиях получения коротких лазерных импульсов с экстремально высокой интенсивностью стимулировал множество теоретических и экспериментальных исследований в области применения таких импульсов для решения актуальных задач, среди которых можно выделить создание альтернативных компактных источников ускоренных заряженных частиц, а также вторичных источников излучения с уникальными характеристиками. При доступных сегодня значениях интенсивности (до 2 х 1022 Вт/см2 [1]) лазерные импульсы вызывают не только ионизацию вещества мишени, но и приводят к ультрарелятивистскому движению электронов, что открывает широкие возможности для трансформации энергии лазерного излучения при взаимодействии с образующимися плазменными структурами. В связи с этим сегодня бурно развивается направление теоретического и экспериментального исследования процессов взаимодействия интенсивных фемтосекундных лазерных импульсов со структурированными мишенями в контексте решения прикладных задач [2].

Работа посвящена изучению механизмов преобразования энергии лазерного излучения и поиску структур мишеней, обеспечивающих определенные сценарии взаимодействия, которые приводят к нацеленному использованию этой энергии для ускорения заряженных частиц или генерации электромагнитного излучения. В качестве основы возникновения сильно нелинейных режимов трансформации оптической энергии в работе изучаются эффекты, обусловленные ультрарелятивистской самосогласованной динамикой электронов плазмы при воздействии на нее интенсивного лазерного излучения. Изученные эффекты легли в основу предложенных в работе новых концепций источников ускоренных заряженных частиц, а также вторичных источников излучения с уникальными характеристиками.

Актуальность работы Изучение процесса взаимодействия сверхинтенсивных фемтосекундных лазерных импульсов с газовыми и твердотельными мишенями можно с уверенностью отнести к числу наиболее активно обсуждаемых областей современной теоретической и экспериментальной физики. Интерес к этому направлению вызван разнообразием нелинейных эффектов и возможностей их использования для создания уникальных инструментов как для фундаментальных исследований, так и для актуальных приложений.

Одним из наиболее активно обсуждаемых сегодня приложений сверхмощных лазерных систем является лазерное ускорение электронов. В первую очередь, это связано со значительным прогрессом в экспериментальной реализации предложенных теоретических концепций ускорения полями плазменной волны, возбуждаемой лазерным импульсом в газовой мишени [3]. На сегодняшний день уже удалось добиться впечатляющих результатов: энергия электронов в пучках достигает полутора ГэВ при общем заряде пучка на уровне нескольких десятков пКл [4, 5]. Сегодня обсуждаются как самостоятельное применение таких источников для различных приложений, так и использование их в качестве первичного каскада для линейных ускорителей, что обусловлено рядом преимуществ лазерного ускорения, среди которых наиболее значимым является компактность и относительная дешевизна установки. Последние годы исследования в этой области, в первую очередь, направлены на решение проблемы контролируемой инжекции или самоинжекции электронов в ускоряющую фазу, а также на поиск путей улучшение характеристик электронного пучка и увеличение стабильности процесса ускорения.

Другим широко обсуждаемым сегодня приложением интенсивных лазерных импульсов является генерация пучков ускоренных протонов и легких ионов. В рамках концепции ускорения приповерхностным слоем нагретых электронов (Target Normal Sheath Acceleration - TNSA) [6] при использовании лазерного импульса с пиковой интенсивностью 2 х Ю20 Вт/см2 удалось получить протоны, ускоренные до энергии около 55 МэВ [7]. При интенсивностях свыше 1023 Вт/см2 теоретически предсказывается возможность возникновения режима доминирования светового давления, при котором благодаря релятивистским эффектам происходит подавление плазменных неустойчивостей и становится возможным высокоэффективное ускорение ионов до энергий порядка десятков ГэВ [8]. Тем не менее, при доступных сегодня интенсивностях ни одна из вышеупомянутых концепций не представляется достаточно эффективной для генерации пучков протонов с энергией до нескольких сотен МэВ и малым разбросом по энергиям. Благодаря компактности и дешевизне лазерных систем по сравнению с традиционными ускорителями, создание альтернативных источников таких пучков протонов может иметь революционное значение, с точки зрения их применения в медицине для адрон-ной терапии онкологических заболеваний и производства короткоживущих изотопов для диагностических задач. Поэтому сегодня как теоретически, так и экспериментально активно исследуются новые механизмы лазерного ускорения протонов и легких ионов при доступных интенсивностях.

Кроме применения сверхмощных лазерных систем для прикладных задач сегодня обсуждаются возможности их использования для новых фундаментальных исследований. Особенно следует выделить задачу генерации аттосекундных импульсов [9, 10]. Такие импульсы, в первую очередь, представляют большой интерес для задачи исследования внутримолекулярных и внутриатомных процессов на предельно малых пространственных и временных масштабах с помощью метода накачка-зондирование (ритр-ргоЬе). В качестве другого направления, вызывающего в последнее время бурный интерес, можно выделить концепцию получения предельно высоких напряженностей электромагнитного поля (для исследований нелинейных свойств вакуума) путем фокусировки до дифракционного передела вторичного аттосекундного излучения, полученного при взаимодействии лазерного импульса с какой-либо мишенью. И в том и в другом случае ключевыми задачами являются как получение наименьшей длительности импульса, так и достижение наивысшей эффективности трансформации энергии из фем-тосекундного в аттосекундный диапазон длительностей.

Цель работы Целями данной диссертационной работы являются:

1. изучение эффектов, обусловленных ультрарелятивистским характером движения электронов при взаимодействии интенсивного фемтосекундного лазерного импульса с плазмой;

2. анализ результатов численного моделирование и разработка аналитических подходов для описания условий возникновения и результатов проявления изучаемых эффектов;

3. разработка новых концепций ускорения заряженных частиц, и генерации рентгеновского и гамма излучения при взаимодействии интенсивных лазерных импульсов с пространственно структурированными мишенями;

4. разработка программ для численного моделирования методом частиц в ячейках (Рагис1е-1п-Се11 - Р1С) процессов взаимодействия релятивистски интенсивных фем-тосекундных лазерных импульсов со структурированными плазменными мишенями в одномерной, двумерной и трехмерной геометрии.

Структура и объём диссертации Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, одного приложения и списка литературы. Общий объем работы - 218 страниц, включая 48 рисунков. Список цитируемой литературы состоит из 215 наименований.

Заключение диссертации по теме «Лазерная физика», Гоносков, Аркадий Александрович

4 Заключение

В диссертационной работе получены следующие основные результаты:

1. Предложен метод ускорения протонов и лёглих ионов в режиме релятивистской индуцированной прозрачности тонкого плазменного слоя. Метод основан на формировании ускоряющего поля при пондеромоторном выталкивании электронов из слоя в момент его просветления интенсивным лазерным импульсом. На основе предложенного метода разработана концепция получения квазимоноэнерге-тических пучков протонов с энергией до нескольких сотен МэВ при каскадном ускорении на мишени, состоящей из нескольких тонких фольг расположенных на определенных расстояниях друг от друга.

2. На основе изучения процесса генерации потоков электронов вдоль тонких плазменных слоев при их наклонном облучении релятивистски интенсивным лазерным излучением развита модель двухстадийного ускорения протонов с помощью мишени в виде полой микросферы с отверстием на стенке. Показано, что схема позволяет увеличить конечную энергию протонов и уменьшить их разброс по направлениям движения по сравнению с концепцией ускорения протонов приповерхностным слоем нагретых электронов. Полученные результаты качественно согласуются с результатами экспериментальных исследований рассмотренной конфигурации мишени.

3. На основе численного моделирования процесса самофокусировки и распространения короткого мощного лазерного импульса в докритической плазме показано, что присутствующие в типичных экспериментах небольшие различия в условиях формирования кавитационной структуры (например, вследствие смещения положения фокального пятна относительно газовой струи) могут приводить к значительному (в 10 раз) изменению количества электронов, захваченных в ускоряющую фазу, что объясняет высокую вариабельность количества электронов в генерируемом пучке в соответствующих экспериментах.

4. Предложен и обоснован метод создания сверхяркого источника гамма излучения путем столкновения отраженного от плотной плазмы лазерного импульса с пучком электронов, ускоренных в кавитационной области, формируемой этим же импульсом при распространении в слое разреженной плазмы. Показано, что импульс с

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Гоносков, Аркадий Александрович, 2011 год

1. YanovskyV., ChvykovV., Kalinchenko G., Rousseau P., Planchón Т., MatsuokaT., MaksimchukA., NeesJ., CheriauxG., MourouG., KrushelnickK. Ultra-high intensity-300-TW laser at 0.1 Hz repetition rate // Opt. Express 2008. T. 16, №3. C. 2109-2114.

2. Коржиманов A. В., Гоносков А. А., ХазановЕ. А., Сергеев A. M. Горизонты пета-ваттных лазерных комплексов // УФН 2011. Т. 181. С. 9-32.

3. EsareyE., Schroeder С. В., Leemans W. P. Physics of laser-driven plasma-based electron accelerators // Rev. Mod. Phys. 2009. T.81, №3. C. 1229-1285.

4. WilksS. С., LangdonA. В., Cowan Т. E., RothM., SinghM., HatchettS., KeyM. H., Pennington D., MacKinnon A., SnavelyR. A. Energetic proton generation in ultra-intense laser-solid interactions // Physics of Plasmas 2001. T. 8, №2. C. 542-549.

5. EsirkepovT., BorghesiM., BulanovS. V., MourouG., TajimaT. Highly Efficient

6. Relativistic-Ion Generation in the Laser-Piston Regime // Phys. Rev. Lett. 2004. T. 92, № 17. C. 175003.

7. KrauszF., IvanovM. Attosecond physics // Rev. Mod. Phys. 2009. T. 81, № 1. C. 163-234.

8. Teubner U., Gibbon P. High-order harmonics from laser-irradiated plasma surfaces // Rev. Mod. Phys. 2009. T.81, №2. C. 445-479.

9. Mocker H. W., Collins R. J. Mode Competition and Self-Locking Effects in a Q-switched Ruby Laser // Applied Physics Letters 1965. T.7, №10. C. 270-273.

10. Carman R. L., Rhodes С. K., Benjamin R. F. Observation of harmonics in the visible and ultraviolet created in C02-laser-produced plasmas // Phys. Rev. A 1981. T. 24, №5. C.2649-2663.

11. LukT. S., McPherson A., Gibson G., BoyerK., Rhodes С. K. Ultrahigh-intensity KrF* laser system // Opt. Lett. 1989. T. 14, №20. C. 1113-1115.

12. EndohA., WatanabeM., SarukuraN., S. W. Multiterawatt subpicosecond KrF laser // Opt. Lett. 1989. T. 14, №7. C. 353-355.

13. StricklandD., MourouG. Compression of amplified chirped optical pulses // Optics Communications 1985. T. 56, №3. C. 219-221.

14. ПискарскасА., СтабинисА., ЯнкаускасА. Фазовые явления в параметрических усилителях и генераторах сверхкоротких импульсов света // УФН 1986. Т. 150. С. 127— 143.

15. Беспалов В. И., Бредихин В. И., Ершов В. П., КацманВ. И., Лавров Л. А. Скоростное выращивание водорастворимых кристаллов и проблемы создания больше-апертурных преобразователей частоты света // Изв. АН СССР, серия физическая 1987. Т. 51. С. 1354-1360.

16. Литвак А. Г. Релятивистская самофокусировка // ЖЭТФ 1968. Т. 57. С. 629.

17. Мах С., Perkins F. Strong Electromagnetic Waves in Overdense Plasmas // Phys. Rev. Lett. 1971. T. 27, №20. C. 1342-1345.

18. Ахиезер А. И., Половин P. В. Теория волнового движения электронной плазмы // ЖЭТФ. 1956. Т. 30. С. 915.

19. К aw P., Dawson J. Relativistic Nonlinear Propagation of Laser Beams in Cold Overdense Plasmas 11 Physics of Fluids. 1970. T. 13, №2. C. 472-481.

20. Рапонов А. В., МиллерM. А. О потенциальных ямах для заряженных частиц в высокочастотных полях // ЖЭТФ 1958. Т. 34, №2. С. 242-243.

21. Козлов В. А., Литвак А. Г., Суворов Е. В. Возбуждение ленгмюровских волн лазерным импульсом // ЖЭТФ 1979. Т. 76. С. 148.

22. TajimaT., Dawson J. M. Laser Electron Accelerator // Phys. Rev. Lett. 1979. T.43, №4. C. 267-270.

23. Farina D., BulanovS. V. Relativistic Electromagnetic Solitons in the Electron-Ion Plasma // Phys. Rev. Lett. 2001. T.86, №23. C. 5289-5292.

24. MourouG. A., Tajima T., BulanovS. V. Optics in the relativistic regime // Rev. Mod. Phys. 2006. T. 78, №2. C. 309-371.

25. BirdsallC. K., LangdonA. B. Plasma Physics Via Computer 1985.

26. EsareyE., SprangleP., KrallJ. Laser acceleration of electrons in vacuum // Phys. Rev. E 1995. T. 52, №5. C. 5443-5453.

27. Plettner T., ByerR. L., Colby E., Cowan B., Sears C. M. S., Spencer J. E., SiemannR. H. Visible-Laser Acceleration of Relativistic Electrons in a Semi-Infinite Vacuum // Phys. Rev. Lett. 2005. T. 95, №13. C. 134801.

28. KimuraW. D., KimG. H., RomeaR. D., SteinhauerL. C., Pogorelskyl. V., KuscheK. P., FernowR. C., WangX., LiuY. Laser Acceleration of Relativistic Electrons Using the Inverse Cherenkov Effect // Phys. Rev. Lett. 1995. T. 74, №4. C. 546-549.

29. SprangleP., EsareyE., KrallJ. Self-guiding and stability of intense optical beams in gases undergoing ionization // Phys. Rev. E 1996. T. 54, №4. C. 4211-4232.

30. Gorbunov L. M., Kirsanov V. I. Excitation of plasma waves by an electromagnetic wave packet // Sov. Phys. JETP 1987. T.66, №2. C.290.

31. SprangleP., EsareyE., Ting A., Joyce G. Laser wakefield acceleration and relativistic optical guiding // Applied Physics Letters 1988. T.53, №22. C. 2146-2148.

32. Rosenbluth M. N., Liu C. S. Excitation of Plasma Waves by Two Laser Beams // Phys. Rev. Lett. 1972. T. 29, №11. C. 701-705.

33. JoshiC., MoriW. B., KatsouleasT., Dawson J. M., KindelJ. M., , ForslundD. W. Ultrahigh gradient particle acceleration by intense laser-driven plasma density waves // Nature (London) 1984. T.311. C. 525-529.

34. KitagawaY., MatsumotoT., MinamihataT., SawaiK., MatsuoK., MimaK., NishiharaK., AzechiH., TanakaK. A., TakabeH., NakaiS. Beat-wave excitation ofplasma wave and observation of accelerated electrons // Phys. Rev. Lett. 1992. T. 68, №1. C. 48-51.

35. Clayton C. E., Marsh K. A., Dyson A., Everett M., Lai A., Leemans W. P., Williams R., Joshi C. Ultrahigh-gradient acceleration of injected electrons by laser-excited relativistic electron plasma waves // Phys. Rev. Lett. 1993. T. 70, №1. C. 37-40.

36. Everett M., Lai A., Gordon D., Clayton C. E., Marsh K. A., Joshi C. Trapped electron acceleration by a laser-driven relativistic plasma wave // Nature (London) 1994. T. 368. C. 527-529.

37. TangC. M., SprangleP., Sudan R. N. Dynamics of space-charge waves in the laser beat wave accelerator // Physics of Fluids 1985. T. 28, №6. C. 1974-1983.

38. HortonW., TajimaT. Pump depletion in the plasma-beat-wave accelerator // Phys. Rev. A 1986. T. 34, №5. C. 4110-4119.

39. McKinstrie C. J., ForslundD. W. The detuning of relativistic Langmuir waves in the beat-wave accelerator // Physics of Fluids 1987. T.30, №3. C. 904-908.

40. EsareyE., Ting A., SprangleP. Relativistic focusing and beat wave phase velocity control in the plasma beat wave accelerator // Applied Physics Letters 1988. T. 53, № 14. C. 1266-1268.

41. Gibbon P., Bell A. R. Cascade Focusing in the Beat-Wave Accelerator // Phys. Rev. Lett. 1988. T.61, №14. C. 1599-1602.

42. MoriW. B., Joshi C., Dawson J. M., ForslundD. W., KindelJ. M. Evolution of self-focusing of intense electromagnetic waves in plasma // Phys. Rev. Lett. 1988. T. 60, №13. C. 1298-1301.

43. Berezhiani V. I., Murusidze I. G. Interaction of highly relativistic short laser pulses with plasmas and nonlinear wake-field generation // Physica Scripta 1992. T. 45, №2. C. 87.

44. NakajimaK. Plasma-wave resonator for particle-beam acceleration // Phys. Rev. A 1992. T.45, №2. C. 1149-1156.

45. BonnaudG., TeychenneD., BobinJ.-L. Wake-field effect induced by laser multiple pulses // Phys. Rev. E 1994. T. 50, №1. C.R36-R39.

46. DallaS., LontanoM. Large amplitude plasma wave excitation by means of sequences of short laser pulses // Phys. Rev. E 1994. T.49, №3. C. R1819-R1822.

47. UmstadterD., EsareyE., Kim J. Nonlinear Plasma Waves Resonantly Driven by Optimized Laser Pulse Trains // Phys. Rev. Lett. 1994. T. 72, №8. C. 1224-1227.

48. AndreevN. E., GorbunovL. M., Kirsanov V. I., PogosovaA. A., RamazashviliR. R. Resonant excitation of wakefield by a laser palse in a plasma // JETP Letters 1992. T. 55. C.571-576.

49. Antonsen T. M., Mora P. Self-focusing and Raman scattering of laser pulses in tenuous plasmas // Phys. Rev. Lett. 1992. T.69, №15. C. 2204-2207.

50. SprangleP., EsareyE., KrallJ., Joyce G. Propagation and guiding of intense laser pulses in plasmas // Phys. Rev. Lett. 1992. T.69, №15. C. 2200-2203.

51. EsareyE., SprangleP., KrallJ., Ting A., Joyce G. Optically guided laser wake-field acceleration@f| // Physics of Fluids B: Plasma Physics 1993. T. 5, №7. C. 2690-2697.

52. CoverdaleC. A., Darrow C. B., Decker C. D., MoriW. B., TzengK.-C., MarshK. A., Clayton C. E., JoshiC. Propagation of Intense Subpicosecond Laser Pulses through Underdense Plasmas // Phys. Rev. Lett. 1995. T. 74, №23. C. 4659-4662.

53. ModenaA., NajmudinZ., Dang or A. E., Clayton C. E., Marsh K. A., JoshiC., Malka V., Darrow C. B., DansonC., NeelyD., Walsh F. N. Electron acceleration from the breaking of relativistic, plasma waves // Nature (London) 1995. T. 377. C. 606-608.

54. Moore C. I., Ting A., Krushelnick K., EsareyE., HubbardR. F., HafiziB., BurrisH. R., MankaC., SprangleP. Electron Trapping in Self-Modulated Laser Wakefields by Raman Backscatter // Phys. Rev. Lett. 1997. T. 79, №20. C. 3909-3912.

55. WagnerR., ChenS.-Y., MaksimchukA., UmstadterD. Electron Acceleration by a Laser Wakefield in a Relativistically Self-Guided Channel // Phys. Rev. Lett. 1997. T. 78, № 16. C.3125-3128.

56. LeemansW. P., RodgersD., CatravasP. E., GeddesC. G. R., FubianiG., EsareyE., ShadwickB. A., Donahue R., Smith A. Gamma-neutron activation experiments using laser wakefield accelerators // Physics of Plasmas 2001. T.8, №5. C. 2510-2516.

57. Chen W.-T., Chien T.-Y., LeeC.-H., Lin J.-Y., Wang J., ChenS.-Y. Optically Controlled Seeding of Raman Forward Scattering and Injection of Electrons in a Self-Modulated Laser-Wakefield Accelerator // Phys. Rev. Lett. 2004. T. 92, №7. C. 075003.

58. UmstadterD., ChenS.-Y., MaksimchukA., MourouG., WagnerR. Nonlinear Optics in Relativistic Plasmas and Laser Wake Field Acceleration of Electrons // Science 1996. T. 273, №5274. C. 472-475.

59. GahnC., TsakirisG. D., PukhovA., Meyer-terVehnJ., PretzlerG., ThirolfP., HabsD., Witte K. J. Multi-MeV Electron Beam Generation by Direct Laser Acceleration in High-Density Plasma Channels // Phys. Rev. Lett. 1999. T. 83, №23. C. 4772-4775.

60. Kruer W. L. The Physics of Laser Plasma Interactions 1988.

61. GorbunovL., Mora P., AntonsenT. M. Magnetic Field of a Plasma Wake Driven by a Laser Pulse // Phys. Rev. Lett. 1996. T. 76, № 14. C. 2495-2498.

62. GorbunovL. M., MoraP., Thomas M. AntonsenJ. Quasistatic magnetic field generated by a short laser pulse in an underdense plasma // Physics of Plasmas 1997. T. 4, №12. C. 4358-4368.

63. AndreevN. E., GorbunovL. M., Kirsanov V. I., NakajimaK., Ogata A. Structure of the wake field in plasma channels // Physics of Plasmas 1997. T.4, №4. C. 1145-1153.

64. Schroeder C. B., EsareyE., ShadwickB. A., Leemans W. P. Trapping, dark current, and wave breaking in nonlinear plasma waves // Physics of Plasmas 2006. T. 13, № 3. C. 033103.

65. KalmykovS. Y., GorbunovL. M., MoraP., ShvetsG. Injection, trapping, and acceleration of electrons in a three-dimensional nonlinear laser wakefield // Physics of Plasmas 2006. T. 13, №11. C. 113102.

66. JoshiC., TajimaT., Dawson J. M., BaldisH. A., EbrahimN. A. Forward Raman Instability and Electron Acceleration // Phys. Rev. Lett. 1981. T.47, №18. C. 1285-1288.

67. BertrandP., GhizzoA., KarttunenS. J., PattikangasT. J. II., SalomaaR. R. E., ShoucriM. Two-stage electron acceleration by simultaneous stimulated Raman backward and forward scattering // Physics of Plasmas 1995. T. 2, №8. C. 3115-3129.

68. EsareyE., HafiziB., Hubbard R., Ting A. Trapping and Acceleration in Self-Modulated Laser Wakefields // Phys. Rev. Lett. 1998. T. 80, №25. C. 5552-5555.

69. TzengK.-C., MoriW. В., KatsouleasT. Electron Beam Characteristics from Laser-Driven Wave Breaking // Phys. Rev. Lett. 1997. T.79, №26. C. 5258-5261.

70. Umstadter D., Kim J., EsareyE., DoddE., NeubertT. Resonantly laser-driven plasma waves for electron acceleration // Phys. Rev. E 1995. T. 51, №4. C. 3484-3497.

71. EsareyE., Hubbard R. F., Leemans W. P., Ting A., SprangleP. Electron Injection into Plasma Wakefields by Colliding Laser Pulses // Phys. Rev. Lett. 1997. T.79, №14. C.2682-2685.

72. HemkerR. G., Tzeng K.-C., MoriW. В., ClaytonC. E., KatsouleasT. Computer simulations of cathodeless, high-brightness electron-beam production by multiple laser beams in plasmas // Phys. Rev. E 1998. T. 57, № 5. C. 5920-5928.

73. SchroederC. В., Lee P. В., WurteleJ. S., EsareyE., Leemans W. P. Generation of ultrashort electron bunches by colliding laser pulses // Phys. Rev. E 1999. T. 59, №5. C. 6037-6047.

74. FubianiG., EsareyE., SchroederC. В., Leemans W. P. Beat wave injection of electrons into plasma waves using two interfering laser pulses // Phys. Rev. E 2004. T. 70, №1. C. 016402.

75. KotakiH., MasudaS., KandoM., Кода J. K., NakajimaK. Head-on injection of a high quality electron beam by the interaction of two laser pulses // Physics of Plasmas 2004. T.ll, №6. C. 3296-3302.i

76. FaureJ., RechatinC., NorlinA., LifschitzA., GlinecY., MalkaV. Controlled injection and acceleration of electrons in plasma wakefields by colliding laser pulses // Nature (London) 2006. T. 44. C. 737-739.

77. BulanovS., NaumovaN., PegoraroF., SakaiJ. Particle injection into the wave acceleration phase due to nonlinear wake wave breaking // Phys. Rev. E 1998. T. 58, №5. C. R5257-R5260.

78. SukH., BarovN., Rosenzweig J. B., EsareyE. Plasma Electron Trapping and Acceleration in a Plasma Wake Field Using a Density Transition // Phys. Rev. Lett. 2001. T. 86, №6. C. 1011-1014.

79. Kim J. U., HafzN., SukH. Electron trapping and acceleration across a parabolic plasma density profile // Phys. Rev. E 2004. T.69, №2. C. 026409.

80. BrantovA. V., EsirkepovT. Z., KandoM., KotakiH., BychenkovV. Y., BulanovS. V. Controlled electron injection into the wake wave using plasma density inhomogeneity // Physics of Plasmas 2008. T. 15, №7. C. 073111.

81. GeddesC. G. R., NakamuraK., PlateauG. R., TothC., Cormier-MichelE., EsareyE., SchroederC. B., CaryJ. R., Leemans W. P. Plasma-Density-Gradient Injection of Low Absolute-Momentum-Spread Electron Bunches // Phys. Rev. Lett. 2008. T. 100, №21. C. 215004.

82. Leemans W. P., NaglerB., GonsalvesA. J., TothC., NakamuraK., GeddesC. G. R., EsareyE., Schroeder C. B., HookerS. M. GeV electron beams from a centimetre-scale accelerator // Nature (London) 2006. T. 2. C. 696-699.

83. NakamuraK., NaglerB., TothC., GeddesC. G. R., SchroederC. B., EsareyE., Leemans W. P., GonsalvesA. J., HookerS. M. GeV electron beams from a centimeter-scale channel guided laser wakefield accelerator // Physics of Plasmas 2007. T. 14, № 5. C. 056708.

84. Strangle P., EsareyE., Ting A. Nonlinear theory of intense laser-plasma interactions // Phys. Rev. Lett. 1990. T.64, №17. C. 2011-2014.

85. SprangleP., EsareyE., Ting A. Nonlinear interaction of intense laser pulses in plasmas // Phys. Rev. A 1990. T.41, №8. C. 4463-4469.

86. ShaduiickB., TarkentonG., EsareyE., LeemansW. Nonlinear interaction of intense laser pulses in plasmas // IEEE Trans. Plasma Sci. 2002. T. 30. C. 38-39.

87. EsareyE., PilloffM. Trapping and acceleration in nonlinear plasma waves // Physics of Plasmas 1995. T. 2, №5. C. 1432-1436.

88. Schroeder C. B., EsareyE., ShadwickB. A. Warm wave breaking of nonlinear plasma waves with arbitrary phase velocities // Phys. Rev. E 2005. T. 72, №5. C. 055401.

89. Mora P., AntonsenT. M. Electron cavitation and acceleration in the wake of an ultraintcnse, self-focused laser pulse // Phys. Rev. E 1996. T. 53, №3. C. R2068-R2071.

90. PukhovA., Meyer-terVehnJ. Laser wake field acceleration: the highly non-linear broken-wave regime // Applied Physics B: Lasers and Optics 2002. T. 74. C. 355-361.

91. Lu IV., Huang C., ZhouM., TzoufrasM., TsungF. S., MoriW. B., KatsouleasT. A nonlinear theory for multidimensional relativistic plasma wave wakefields // Physics of Plasmas 2006. T. 13, №5. C. 056709.

92. FaureJ., GlinecY., PukhovA., KiselevS., GordienkoS., LefebvreE., Rousseau J.-P., BurgyF., Malka V. A laserBT>"plasma accelerator producing monoenergetic electron beams // Nature (London) 2004. T.431. C. 541-544.

93. GeddesC. G. R., TothC., vanTilborgJ., EsareyE., SchroederC. B., BruhwilerD., NieterC., CaryJ., LeemansW. P. High-quality electron beams from a laser wakefield accelerator using plasma-channel guiding // Nature (London) 2004. T.431. C. 538-541.

94. KneipS., NagelS. R., Martins S. F., Mangles S. P. D., BelleiC., ChekhlovO., Clarke R. J., DelerueN., DivallE. J., DoucasG., ErtelK., FiuzaF., FonsecaR., Foster P.,

95. KrallJ., Ting A., EsareyE., SprangleP. Enhanced acceleration in a self-modulated-laser wake-field accelerator 11 Phys. Rev. E 1993. T.48, №3. C. 2157-2161.

96. BulanovS. V., Pegoraro F., PukhovA. M. Two-Dimensional Regimes of Self-Focusing, Wake Field Generation, and Induced Focusing of a Short Intense Laser Pulse in an Underdcnse Plasma // Phys. Rev. Lett. 1995. T. 74, №5. C. 710-713.

97. HiddingB., KonigsteinT., OsterholzJ., KarschS., Willi 0., Pretzler G. Monoenergetic Energy Doubling in a Hybrid Laser-Plasma Wakefield Accelerator // Phys. Rev. Lett. 2010. T. 104, №19. C. 195002.

98. Rosenzweig J. B., BreizmanB., KatsouleasT., SuJ. J. Acceleration and focusing of electrons in two-dimensional nonlinear plasma wake fields // Phys. Rev. A 1991. T. 44, №10. C. R6189-R6192.

99. GeindreJ. P., MarjoribanksR. S., AudebertP. Electron Vacuum Acceleration in a Regime beyond Brunei Absorption 11 Phys. Rev. Lett. 2010. T. 104, №13. C. 135001.

100. Salamin Y. I., HarmanZ., KeitelC. H. Direct High-Power Laser Acceleration of Ions for Medical Applications // Phys. Rev. Lett. 2008. T. 100, №15. C. 155004.

101. FreidbergJ. P., MitchellR. W., MorseR. L., RudsinskiL. I. Resonant Absorption of Laser Light by Plasma Targets // Phys. Rev. Lett. 1972. T. 28, №13. C. 795-799.

102. AlbrittonJ., Koch P. Cold plasma wavebreaking: Production of energetic electrons // Physics of Fluids 1975. T. 18, №9. C. 1136-1139.

103. BrunelF. Not-so-resonant, resonant absorption // Phys. Rev. Lett. 1987. T. 59, №1. C.52-55.

104. Gibbon P., Bell A. R. Collisionless absorption in sharp-edged plasmas // Phys. Rev. Lett. 1992. T. 68, № 10. C. 1535-1538.

105. Priedhorsky W., LierD., DayR., GerkeD. Hard-X-Ray Measurements of 10.6-/xm Laser-Irradiated Targets // Phys. Rev. Lett. 1981. T. 47, №23. C. 1661-1664.

106. EnrightG. D., Richardson M. C., Burnett N. H. Superthermal x-ray emission from GO sub 2]-laser-produced plasmas // Journal of Applied Physics 1979. T. 50, №6. C. 39093914.

107. EnrightG. D., Burnett N. H. Superhot-x-ray and -electron transport in high-intensity C02-laser-plasma interactions // Phys. Rev. A 1985. T. 32, №6. C. 3578-3584.133. rypeeuuA. B., naputicKaxJI. B., numaeecKwuJI. II. // >K9T® 1966. T.49. C.647.

108. BezzeridesB., ForslundD. W., LindmanE. L. Existence of rarefaction shocks in a laser-plasma corona // Physics of Fluids 1978. T. 21, № 12. C. 2179-2185.

109. WickensL. M., Allen J. E. Ion emission from laser-produced, multi-ion species, two-electron temperature plasmas // Physics of Fluids 1981. T. 24, № 10. C. 1894-1899.

110. TikhonchukV. T., AndreevA. A., BochkarevS. G., BychenkovV. Y. Ion acceleration in short-laser-pulse interaction with solid foils // Plasma Physics and Controlled Fusion 2005. T. 47, №12B. C.B869.

111. Hegelich В. M., Albright В. J., Cobble J., FlippoK., LetzringS., PaffettM., RuhlH., Schreiber J., SchulzeR. K., Fernandez J. C. Laser acceleration of quasi-monoenergetic MeV ion beams // Nature 2006. T.439. C. 441-444.

112. SchwoererH., PfotenhauerS., JackelO., AmthorK.-U., LiesfeldB., ZieglerW., SauerbreyR., LedinghamK. W. D., EsirkepovT. Laser-plasma acceleration of quasi-monoenergetic protons from microstructured targets // Nature 2006. T.439. C.445-448.

113. EsirkepovT., YamagiwaM., TajimaT. Laser Ion-Acceleration Scaling Laws Seen in Multiparametric Particle-in-Cell Simulations // Phys. Rev. Lett. 2006. T.96, №10. C. 105001.

114. NoderaY., KawataS., OnumaN., LimpouchJ., KlimoO., KikuchiT. Improvement of energy-conversion efficiency from laser to proton beam in a laser-foil interaction // Phys. Rev. E 2008. T. 78, №4. C.046401.

115. TakahashiK., KawataS., SatohD., MaY. Y., BaradaD., KongQ., Wang P. X. Efficient energy conversion from laser to proton beam in a laser-foil interaction // Physics of Plasmas 2010. T. 17, №9. C. 093102.

116. WangF., ShenB., Zhang X., JinZ., WenM., JiL., WangW., XuJ., YuM. Y, CaryJ. High-energy monoenergetic proton bunch from laser interaction with a complex target // Physics of Plasmas 2009. T. 16, №9. C. 093112.

117. PaeK. H., Choi I. W., HahnS. J., CaryJ. R., Lee J. Proposed hole-target for improving maximum proton energy driven by a short intense laser pulse // Physics of Plasmas 2009. T. 16, №7. C. 073106.

118. KlimoO., PsikalJ., LimpouchJ., TikhonchukV. T. Monoenergetic ion beams from ultrathin foils irradiated by ultrahigh-contrast circularly polarized laser pulses // Phys. Rev. ST Accel. Beams 2008. T. 11, №3. C. 031301.

119. MacchiA., CattaniF., LiseykinaT. V., CornoltiF. Laser Acceleration of Ion Bunches at the Front Surface of Overdense Plasmas // Phys. Rev. Lett. 2005. T. 94, № 16. C. 165003.

120. Davis J., PetrovG. M. Generation of GeV ion bunches from high-intensity laser-target interactions // Physics of Plasmas 2009. T. 16, №2. C. 023105.

121. NaumovaN., SchlegelT., TikhonchukV. T., LabauneC., Sokolovl. V, MourouG. Hole Boring in a DT Pellet and Fast-Ion Ignition with Ultraintense Laser Pulses // Phys. Rev. Lett. 2009. T. 102, №2. C. 025002.

122. Robinson A. P. L., GibbonP., ZepfM., KarS., Evans R. G., BelleiC. Relativistically correct hole-boring and ion acceleration by circularly polarized laser pulses // Plasma Physics and Controlled Fusion 2009. T.51, №2. C. 024004.

123. SchlegelT., NaumovaN., TikhonchukV. T., LabauneC., Sokolovl. V, MourouG. Relativistic laser piston model: Ponderomotive ion acceleration in dense plasmas using ultraintense laser pulses // Physics of Plasmas 2009. T. 16, №8. C. 083103.

124. Pegoraro F., BulanovS. V. Photon Bubbles and Ion Acceleration in a Plasma Dominated by the Radiation Pressure of an Electromagnetic Pulse // Phys. Rev. Lett.2007. T. 99, №6. C. 065002.

125. Robinson A. P. L., ZepfM., KarS., Evans R. G., BelleiC. Radiation pressure acceleration of thin foils with circularly polarized laser pulses // New Journal of Physics2008. T. 10, №1. C. 013021.

126. Pegoraro F., Bulanov S. V. Stability of a plasma foil in the radiation pressure dominated regime // Eur. Phys. J. D 2009. T. 55, №2. C. 399-405.

127. YanX. Q., WuH. C., ShengZ. M., Chen J. E., Meyer-terVehnJ. Self-Organizing GeV, Nanocoulomb, Collimated Proton Beam from Laser Foil Interaction at 7 x 1021 W/cm2 // Phys. Rev. Lett. 2009. T. 103, №13. C. 135001.

128. Qiao В., ZepfM., BorghesiM., GeisslerM. Stable GeV Ion-Beam Acceleration from Thin Foils by Circularly Polarized Laser Pulses // Phys. Rev. Lett. 2009. T. 102, № 14. C. 145002.

129. ChenM., PukhovA., ShengZ. M., YanX. Q. Laser mode effects on the ion acceleration during circularly polarized laser pulse interaction with foil targets // Physics of Plasmas 2008. T. 15, №11. C. 113103.

130. ChenM., PukhovA., YuT. P., ShengZ. M. Enhanced Collimated GeV Monoenergetic Ion Acceleration from a Shaped Foil Target Irradiated by a Circularly Polarized Laser Pulse // Phys. Rev. Lett. 2009. T. 103, №2. C. 024801.

131. YuT.-P., PukhovA., ShvetsG., ChenM. Stable Laser-Driven Proton Beam Acceleration from a Two-Ion-Species Ultrathin Foil // Phys. Rev. Lett. 2010. T. 105, №6. C. 065002.

132. MacchiA., VeghiniS., PegoraroF. "Light Sail" Acceleration Reexamined // Phys. Rev. Lett. 2009. T. 103, №8. C.085003.

133. Zhang X., ShenB., LiX., JinZ., WangF. Multistaged acceleration of ions by circularly polarized laser pulse: Monoenergetic ion beam generation // Physics of Plasmas 2007. T. 14, №7. C. 073101.

134. HeF., XuH., Tian Y., Yu W., LuP., LiR. Ion cascade acceleration from the interaction of a relativistic femtosecond laser pulse with a narrow thin target // Physics of Plasmas 2006. T. 13, №7. C. 073102.

135. FerrayM., L'HuillierA., LiX. F., LompreL. A., MainfrayG., ManusC. Multiple-harmonic conversion of 1064 nm radiation in rare gases // Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics 1988. T.21, №3. C.L31.

136. Crane J. K., Perry M. D., HermanS., Falcone R. W. High-field harmonic generation in helium // Opt. Lett. 1992. T. 17, №18. C. 1256-1258.

137. MiyazakiK., SakaiH. High-order harmonic generation in rare gases with intense subpicosecond dye laser pulses // Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics 1992. T. 25, №3. C.L83.

138. MacklinJ. J., KmetecJ. D., Gordon С. L. High-order harmonic generation using intense femtosecond pulses // Phys. Rev. Lett. 1993. T. 70, №6. C. 766-769.

139. CorkumP. B. Plasma perspective on strong field multiphoton ionization // Phys. Rev. Lett. 1993. T. 71, №13. C. 1994-1997.

140. Келдыш JI. В. Ионизация в поле сильной электромагнитной волны // ЖЭТФ 1964. Т. 74, №5. С. 1945-1956.

141. KulanderK. С., SchaferK. J., KrauseJ. L. Dynamics of Short-Pulse Excitation, Ionization and Harmonic Conversion 1993. C. 95-110.

142. ЕмелинМ. Ю., РябикинМ. Ю., Сергеев А. М. Генерация одиночного аттосекунд-ного всплеска при ионизации возбужденных атомов мощным сверхкоротким лазерным импульсом // ЖЭТФ 2008. Т. 133, №2. С. 243-259.

143. Gustafsson E., RuchonT., SwobodaM., RemetterT., PourtalE., Lopez-Martens R., BalcouP., L'HuillierA. Broadband attosecond pulse shaping // Opt. Lett. 2007. T. 32, №11. C. 1353-1355.

144. EmelinM. Y., RyabikinM. Y., SergeevA. M. Frequency tunable single attosecond pulse production from aligned diatomic molecules ionized by intense laser field // Opt. Express 2010. T. 18, №3. C. 2269-2278.

145. Carman R. L., ForslundD. W., KindelJ. M. Visible Harmonic Emission as a Way of Measuring Profile Steepening // Phys. Rev. Lett. 1981. T. 46, №1. C. 29-32.

146. QuéréF., ThauryC., MonotP., DoboszS., Martin P., Geindre J.-P., AudebertP. Coherent Wake Emission of High-Order Harmonics from Overdense Plasmas // Phys. Rev. Lett. 2006. T. 96, №12. C. 125004.

147. BulanovS. V., NaumovaN. M., Pegoraro F. Interaction of an ultrashort, relativistically strong laser pulse with an overdense plasma // Physics of Plasmas 1994. T. 1, №3. C. 745757.

148. Gordienko S., PukhovA., Shorokhov 0., Baeva T. Relativistic Doppler Effect: Universal Spectra and Zeptosecond Pulses // Phys. Rev. Lett. 2004. T. 93, №11. C. 115002.

149. BaevaT., GordienkoS., PukhovA. Theory of high-order harmonic generation in relativistic laser interaction with overdense plasma 11 Phys. Rev. E 2006. T. 74, №4. C. 046404.

150. Gordienko S., PukhovA., Shorokhov 0., BaevaT. Coherent Focusing of High

151. Harmonics: A New Way Towards the Extreme Intensities // Phys. Rev. Lett. 2005. T. 94, №10. C. 103903.

152. Коржиманов А. В., Еремин В. И., Ким А. В., Тушенцов М. Р. О взаимодействии релятивистски сильных электромагнитных волн со слоем закритической плазмы // ЖЭТФ. 2007. Т. 132, №4. С. 771-784.

153. GonoskovA. A., KorzhimanovA. V., EreminV. I., Kim А. V., SergeevA. M. Multicascade Proton Acceleration by a Superintense Laser Pulse in the Regime of Relativistically Induced Slab Transparency // Phys. Rev. Lett. 2009. T. 102. C. 184801.

154. BourdierA. Oblique incidence of a strong electromagnetic wave on a cold inhomogeneous electron plasma. Relativistic effects // Physics of Fluids 1983. T. 26, №7. C. 1804-1807.

155. BurzaM., GonoskovA., GenoudG., PerssonA., SvenssonK., QuinnM., McKennaP., MarklundM., Wahlstrom C.-G. Hollow microspheres as targets for staged laser-driven proton acceleration // New Journal of Physics 2011. T. 13, №1. C. 013030.

156. Коржиманов А. В. Квазистационарные и динамические режимы взаимодействия релятивистски сильного лазерного излучения с закритической плазмой // Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Нижний Новгород. 2010.

157. CattaniF., Kim A., Anderson D., LisakM. Threshold of induced transparency in the relativistic interaction of an electromagnetic wave with overdense plasmas // Phys. Rev. E 2000. T. 62. C. 1234-1237.

158. Jackson J. D. Classical Electrodynamics 1962.

159. Ландау Л. Д., ЛифшицЕ. М. Курс теоретической физики 2006. Т. II Теория поля.

160. BulanovS. V., EsvrkepovT., TajimaT. Light Intensification towards the Schwinger Limit 11 Phys. Rev. Lett. 2003. T.91, №8. C. 085001.

161. GordienkoS., PukhovA. Scalings for ultrarelativistic laser plasmas and quasimonoenergetic electrons // Physics of Plasmas 2005. T. 12, №4. C. 043109.

162. FedotovA. M., NarozhnyN. В., MourouG., KornG. Limitations on the Attainable Intensity of High Power Lasers // Phys. Rev. Lett. 2010. T. 105, №8. C. 080402.

163. Boris J. Relativistic plasma simulation-optimization of a hybrid code / / Proceedings of the 4th Conference on Numerical Simulation of Plasmas. Naval Res. Lab. 1970. C. 3-67.

164. TafloveA., HagnessS. Computational electrodynamics: the finite-difference timedomain method 2005.

165. GonoskovA. A., GonoskovI. A., DemidovA. N. Fast Fourier Transform in parallel calculations // Abstracts of VI Int. Congress on Mathematical Modeling, N.Novgorod, Sept. 20-26 2004. C. 43.

166. ГоносковА. А. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ "PFFT" (Параллельное быстрое преобразование Фурье) № 2009616617 от 30.11.2009 г.

167. PasikM. F., SeidelD. В., LemkeR. W. A Modified Perfectly Matched Layer Implementation for Use in Electromagnetic PIC Codes // Journal of Computational Physics 1999. T. 148, № 1. C. 125 132.

168. PukhovA. Three-dimensional electromagnetic relativistic particle-in-cell code VLPL (Virtual Laser Plasma Lab) // Journal of Plasma Physics 1999. T.61, №03. C. 425-433.

169. Ландау JI. Д. О колебаниях электронной плазмы // ЖЭТФ. 1946. Т. 16. С. 574.