Новая методика «лепки» лазерных импульсов открывает путь к контролируемому ускорению частиц

Физики из Университета Сегеда (Венгрия) продемонстрировали, что изменение временной формы лазерного импульса позволяет тонко управлять процессом ускорения ионов, открывая новые возможности для медицины, микроэлектроники и энергетики.

Изменение порядка частотных компонент в лазерном импульсе меняет его временную структуру и усиливает ускорение ионов. Автор: Тибор Гиллингер, NLTL.

В экспериментах с высокоинтенсивными лазерами для достижения максимальной мощности фокусировки традиционно стремятся к максимально короткой длительности импульса. Однако, как пояснил Карой Освай, руководитель Национальной лаборатории лазерной трансмутации (SZTE NLTL), ключевым параметром оказалась не только длительность, но и сложная временная форма импульса.

Мы изучили, что происходит, когда мы меняем относительное время прихода частотных компонент. Мы подтвердили, что порядок компонент влияет на то, какие частицы мы можем ускорить лучше всего и в какой степени. Например, в случае дейтерированных твердотельных мишеней мы можем изменять соотношение ускоренных протонов и дейтронов, а также соотношение частиц, ускоренных вперед и назад. Всё это фундаментально зависит от сложной временной формы лазерного импульса, — сказал исследователь.

Результаты работы, проведённой на лазерной установке LEIA в исследовательском центре ELI ALPS, были опубликованы в журнале Communications Physics.

Эксперименты показали, что для любой мишени можно «вылепить» временную форму лазерного импульса для достижения либо максимальной кинетической энергии отдельных ионов, либо наивысшей общей эффективности ускорения. Оказалось, что для достижения пиковой мощности требуется не самый короткий импульс, а импульс с подходящей формой.

Основываясь на этих результатах, команда Освая планирует разработать специализированные лазерные системы, оптимизированные для ускорения конкретных заряженных частиц (электронов, протонов, дейтронов) на определённых типах мишеней (жидкость, газ, плёнка).

Мы создадим лазер, который ускоряет заряженные частицы с максимально возможной эффективностью; это позволит нам предложить экономичные лазерные решения для медицинской, микроэлектронной и энергетической отраслей даже в промышленных масштабах, — объяснил учёный.

Это открытие позволит максимизировать энергию ионов на установках ELI в Венгрии, Чехии и Румынии. Исследователи, работающие на этих установках, также смогут увеличить выход нейтронов для своих экспериментов.

Больше информации: Parvin Varmazyar et al, Distinguished role of the laser pulse temporal structure on deuteron acceleration, Communications Physics (2025). DOI: 10.1038/s42005-025-02271-2

Источник: ELI ALPS Szeged