激しいレーザー照射実験のためのマイクロ加工対象の自動送達

固体標的の高強度レーザー照射は、複数の形態の放射線を発生させる。その一つがメガ電子ボルト(MeV)レベル¹でエネルギーを持つエネルギーを持つイオンの放出である。MeVイオンのコンパクトな供給源は、プロトン高速点火^2、陽子線X線撮影^3、イオン放射線療法^4、中性子発生5など多くの用途に可能性を秘^{めています}。

レーザーイオン加速を実用化する上での大きな課題は、マイクロメータスケールのターゲットをレーザーの焦点内で正確に高いレートで配置できることです。この課題に対応するために開発されたターゲット配信技術はほとんどありませんでした。最も一般的なのは、マイクロメータースケールの厚いテープに基づくターゲットシステムです。これらのターゲットは補充が簡単で、レーザーの焦点内に容易に配置することができます。テープターゲットは、VHS^6、銅^7、マイラー、カプトン⁸ テープを使用して作られています。テープドライブシステムは、通常、巻き取りと巻き戻し用の2つの電動スプールと、テープ^を9位置に保つためにそれらの間に配置された2つの垂直ピンで構成されています。テープ表面の位置決め精度は、通常、焦点を合わせるビームのレイリー範囲よりも小さい。補充可能なレーザーターゲットの別のタイプは、液体シート¹⁰である。これらのターゲットは、相互作用領域に迅速に配信され、非常に少量の破片を導入します。このシステムは、リザーバからの液体を連続的に供給する高圧シリンジポンプを備えています。近年、超薄型、低残骸、補充可能な目標を送達する手段として新規極低温水素ジェット¹¹ が確立された。

これらの補充可能なターゲットシステムの主な欠点は、強度、粘度、溶融温度などの機械的要件によって決定されるターゲット材料と幾何学の限られた選択肢です。

ここでは、0.2Hzの速度で高強度レーザーの焦点にマイクロマシン化されたターゲットを持ち込むことができるシステムについて説明する。マイクロマシニングは、汎用性の高いジオメトリ¹²で幅広いターゲット材料を提供しています。ターゲット位置決めは、商用変位センサと電動マニピュレータの間の閉ループフィードバックによって行われます。

ターゲット配信システムは、ターゲット上に500 mJで25 fs-longレーザーパルスを提供する高コントラスト、20 TWレーザーシステムを使用してテストされました。レーザーシステムのアーキテクチャのレビューはPorat et al.¹³で行われ、標的系の技術的な説明はGershuniら¹⁴で与えられている。本論文では、この種のシステムを作り、使用するための詳細な方法を提示し、超薄型金箔ターゲットからのレーザーイオン加速の代表的な結果を示す。

トムソン・パラボライオン分光計(TPIS)15,図1に示す¹⁶を、放出されたイオンのエネルギースペクトルを記録するために使用した。TPISでは、加速イオンは平行な電界と磁場を通過し、焦点面の放物線軌道に乗せられます。放物線曲率はイオンの電荷質量比に依存し、軌道に沿った位置はイオンのエネルギーによって設定されます。

TPISの焦点面に位置するBAS-TR撮像板^(IP)17 は、衝突イオンを記録する。IPは、各ショットの前に新鮮な領域に翻訳できるように、機械的なフィードスルーに接続されています。