High Power Laser Science and Engineering, Volume. 11, Issue 4, 04000e51(2023)

Synchronous post-acceleration of laser-driven protons in helical coil targets by controlling the current dispersion

Zhipeng Liu1, Zhusong Mei1, Defeng Kong1, Zhuo Pan1, Shirui Xu1, Ying Gao1, Yinren Shou1, Pengjie Wang1, Zhengxuan Cao1, Yulan Liang1, Ziyang Peng1, Jiarui Zhao1, Shiyou Chen1, Tan Song1, Xun Chen1, Tianqi Xu1, Xueqing Yan1,2,3, and Wenjun Ma1,2,3、*
Author Affiliations
  • 1State Key Laboratory of Nuclear Physics and Technology, and Key Laboratory of HEDP of the Ministry of Education, CAPT, Peking University, Beijing, China
  • 2Beijing Laser Acceleration Innovation Center, Beijing, China
  • 3Institute of Guangdong Laser Plasma Technology, Guangzhou, China
  • show less
    References(56)

    [1] H. Daido, M. Nishiuchi, A. S. Pirozhkov. Rep. Prog. Phys., 75, 056401(2012).

    [2] A. Macchi, M. Borghesi, M. Passoni. Rev. Mod. Phys., 85, 751(2013).

    [3] J. Badziak. Opto-Electron. Rev., 15, 1(2007).

    [4] M. Borghesi, J. Fuchs, S. V. Bulanov, A. J. Mackinnon, P. K. Patel, M. Roth. Fusion Sci. Technol., 49, 412(2006).

    [5] F. Nurnberg, M. Schollmeier, E. Brambrink, A. Blazevic, D. C. Carroll, K. Flippo, D. C. Gautier, M. Geissel, K. Harres, B. M. Hegelich, O. Lundh, K. Markey, P. McKenna, D. Neely, J. Schreiber, M. Roth. Rev. Sci. Instrum., 80, 033301(2009).

    [6] J. R. Rygg, F. H. Seguin, C. K. Li, J. A. Frenje, M. J. Manuel, R. D. Petrasso, R. Betti, J. A. Delettrez, O. V. Gotchev, J. P. Knauer, D. D. Meyerhofer, F. J. Marshall, C. Stoeckl, W. Theobald. Science, 319, 1223(2008).

    [7] F. Kroll, F. E. Brack, C. Bernert, S. Bock, E. Bodenstein, K. Brüchner, T. E. Cowan, L. Gaus, R. Gebhardt, U. Helbig, L. Karsch, T. Kluge, S. Kraft, M. Krause, E. Lessmann, U. Masood, S. Meister, J. Metzkes-Ng, A. Nossula, J. Pawelke, J. Pietzsch, T. Püschel, M. Reimold, M. Rehwald, C. Richter, H. P. Schlenvoigt, U. Schramm, M. E. P. Umlandt, T. Ziegler, K. Zeil, E. Beyreuther. Nat. Phys., 18, 316(2022).

    [8] J. Han, Z. Mei, C. Lu, J. Qian, Y. Liang, X. Sun, Z. Pan, D. Kong, S. Xu, Z. Liu. Front. Cell Dev. Biol., 9, 672929(2021).

    [9] M. Barberio, M. Scisciò, S. Vallières, F. Cardelli, S. Chen, G. Famulari, T. Gangolf, G. Revet, A. Schiavi, M. Senzacqua. Nat. Commun., 9, 372(2018).

    [10] D. Kong, S. Xu, Y. Shou, Y. Gao, Z. Mei, Z. Pan, Z. Liu, Z. Cao, Y. Liang, Z. Peng, P. Wang, D. Luo, Y. Li, Z. Li, H. Xie, G. Zhang, W. Luo, J. Zhao, S. Chen, Y. Geng, Y. Zhao, J. Xue, X. Yan, W. Ma. Laser Part. Beams, 2022, 1(2022).

    [11] P. Mora. Phys. Rev. Lett., 90, 185002(2003).

    [12] D. Margarone, O. Klimo, I. J. Kim, J. Prokupek, J. Limpouch, T. M. Jeong, T. Mocek, J. Psikal, H. T. Kim, J. Proska, K. H. Nam, L. Stolcova, I. W. Choi, S. K. Lee, J. H. Sung, T. J. Yu, G. Korn. Phys. Rev. Lett., 109, 234801(2012).

    [13] F. Wagner, O. Deppert, C. Brabetz, P. Fiala, A. Kleinschmidt, P. Poth, V. A. Schanz, A. Tebartz, B. Zielbauer, M. Roth, T. Stohlker, V. Bagnoud. Phys. Rev. Lett., 116, 205002(2016).

    [14] N. P. Dover, M. Nishiuchi, H. Sakaki, K. Kondo, H. F. Lowe, M. A. Alkhimova, E. J. Ditter, O. C. Ettlinger, A. Y. Faenov, M. Hata, G. S. Hicks, N. Iwata, H. Kiriyama, J. K. Koga, T. Miyahara, Z. Najmudin, T. A. Pikuz, A. S. Pirozhkov, A. Sagisaka, U. Schramm, Y. Sentoku, Y. Watanabe, T. Ziegler, K. Zeil, M. Kando, K. Kondo. High Energy Density Phys., 37, 100847(2020).

    [15] J. Schreiber, F. Bell, F. Gruner, U. Schramm, M. Geissler, M. Schnurer, S. Ter-Avetisyan, B. M. Hegelich, J. Cobble, E. Brambrink, J. Fuchs, P. Audebert, D. Habs. Phys. Rev. Lett., 97, 045005(2006).

    [16] E. L. Clark, K. Krushelnick, M. Zepf, F. N. Beg, M. Tatarakis, A. Machacek, M. I. Santala, I. I. Watts, P. A. Norreys, A. E. Dangor. Phys. Rev. Lett., 85, 1654(2000).

    [17] M. Alien, Y. Sentoku, P. Audebert, A. Blazevic, T. Cowan, J. Fuchs, J. C. Gauthier, M. Geissel, M. Hegelich, S. Karsch, E. Morse, P. K. Patel, M. Roth. Phys. Plasmas, 10, 3283(2003).

    [18] L. Robson, P. T. Simpson, R. J. Clarke, K. W. D. Ledingham, F. Lindau, O. Lundh, T. McCanny, P. Mora, D. Neely, C. G. Wahlstrom, M. Zepf, P. McKenna. Nat. Phys., 3, 58(2007).

    [19] J. Fuchs, P. Antici, E. D’Humieres, E. Lefebvre, M. Borghesi, E. Brambrink, C. A. Cecchetti, M. Kaluza, V. Malka, M. Manclossi, S. Meyroneinc, P. Mora, J. Schreiber, T. Toncian, H. Pepin, R. Audebert. Nat. Phys., 2, 48(2006).

    [20] H. Schwoerer, S. Pfotenhauer, O. Jackel, K. U. Amthor, B. Liesfeld, W. Ziegler, R. Sauerbrey, K. W. Ledingham, T. Esirkepov. Nature, 439, 445(2006).

    [21] S. Kar, H. Ahmed, R. Prasad, M. Cerchez, S. Brauckmann, B. Aurand, G. Cantono, P. Hadjisolomou, C. L. S. Lewis, A. Macchi, G. Nersisyan, A. P. L. Robinson, A. M. Schroer, M. Swantusch, M. Zepf, O. Willi, M. Borghesi. Nat. Commun., 7, 10792(2016).

    [22] J.-L. Dubois, F. Lubrano-Lavaderci, D. Raffestin, J. Ribolzi, J. Gazave, A. C. La Fontaine, E. d’Humières, S. Hulin, P. Nicolaï, A. Poyé. Phys. Rev. E, 89, 013102(2014).

    [23] S. Tokita, S. Sakabe, T. Nagashima, M. Hashida, S. Inoue. Sci. Rep., 5, 8268(2015).

    [24] P. McKenna, D. C. Carroll, R. J. Clarke, R. G. Evans, K. W. Ledingham, F. Lindau, O. Lundh, T. McCanny, D. Neely, A. P. Robinson, L. Robson, P. T. Simpson, C. G. Wahlstrom, M. Zepf. Phys. Rev. Lett., 98, 145001(2007).

    [25] F. Consoli, V. T. Tikhonchuk, M. Bardon, P. Bradford, D. C. Carroll, J. Cikhardt, M. Cipriani, R. J. Clarke, T. E. Cowan, C. N. Danson. High Power Laser Sci. Eng., 8, e22(2020).

    [26] H. B. Zhuo, S. J. Zhang, X. H. Li, H. Y. Zhou, X. Z. Li, D. B. Zou, M. Y. Yu, H. C. Wu, Z. M. Sheng, C. T. Zhou. Phys. Rev. E, 95, 013201(2017).

    [27] H. Ahmed, S. Kar, G. Cantono, P. Hadjisolomou, A. Poye, D. Gwynne, C. Lewis, A. Macchi, K. Naughton, G. Nersisyan. Sci. Rep., 7, 10891(2017).

    [28] H. Ahmed, P. Hadjisolomou, K. Naughton, A. Alejo, S. Brauckmann, G. Cantono, S. Ferguson, M. Cerchez, D. Doria, J. Green, D. Gwynne, T. Hodge, D. Kumar, A. Macchi, R. Prasad, O. Willi, M. Borghesi, S. Kar. Sci. Rep., 11, 699(2021).

    [29] S. Ferguson, P. Martin, H. Ahmed, E. Aktan, M. Alanazi, M. Cerchez, D. Doria, J. S. Green, B. Greenwood, B. Odlozilik, O. Willi, M. Borghesi, S. Kar. New J. Phys., 25, 013006(2023).

    [30] A. Poye, J. L. Dubois, F. Lubrano-Lavaderci, E. D’Humieres, M. Bardon, S. Hulin, M. Bailly-Grandvaux, J. Ribolzi, D. Raffestin, J. J. Santos, P. Nicolai, V. Tikhonchuk. Phys. Rev. E, 92, 043107(2015).

    [31] H. Ahmed, S. Kar, A. Giesecke, D. Doria, G. Nersisyan, O. Willi, C. Lewis, M. Borghesi. High Power Laser Sci. Eng., 5, e4(2017).

    [32] E. Aktan, H. Ahmed, B. Aurand, M. Cerchez, A. Poye, P. Hadjisolomou, M. Borghesi, S. Kar, O. Willi, P. Prasad. Phys. Plasmas, 26, 070701(2019).

    [33] K. Quinn, P. A. Wilson, C. A. Cecchetti, B. Ramakrishna, L. Romagnani, G. Sarri, L. Lancia, J. Fuchs, A. Pipahl, T. Toncian, O. Willi, R. J. Clarke, D. Neely, M. Notley, P. Gallegos, D. C. Carroll, M. N. Quinn, X. H. Yuan, P. McKenna, T. V. Liseykina, A. Macchi, M. Borghesi. Phys. Rev. Lett., 102, 194801(2009).

    [34] M. Bardon, J. G. Moreau, L. Romagnani, C. Rousseaux, M. Ferri, F. Lefevre, I. Lantuejoul, B. Etchessahar, S. Bazzoli, D. Farcage, H. Maskrot, F. Serres, M. Chevrot, E. Loyez, E. Veuillot, W. Cayzac, B. Vauzour, G. Boutoux, G. Sary, A. C. La Fontaine, L. Gremillet, A. Poye, E. D. Humieres, V. T. Tikhonchuk. Plasma Phys. Controll. Fusion, 62, 125019(2020).

    [35] K. Jiang, C. T. Zhou, T. W. Huang, L. B. Ju, C. N. Wu, L. Li, H. Zhang, S. Z. Wu, T. X. Cai, B. Qiao, M. Y. Yu, S. C. Ruan. Plasma Phys. Controll. Fusion, 61, 075004(2019).

    [36] S. Kar, H. Ahmed, G. Nersisyan, S. Brauckmann, F. Hanton, A. L. Giesecke, K. Naughton, O. Willi, C. L. S. Lewis, M. Borghesi. Phys. Plasmas, 23, 055711(2016).

    [37] D. M. Sullivan. Electromagnetic Simulation Using the FDTD Method(2013).

    [39] H. Spachmann, U. Becker. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A, 558, 50(2006).

    [40] W. Kuropka, F. Mayet, R. Aßmann, U. Dorda. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A, 909, 193(2018).

    [42] A. J. Mackinnon, Y. Sentoku, P. K. Patel, D. W. Price, S. Hatchett, M. H. Key, C. Andersen, R. Snavely, R. R. Freeman. Phys. Rev. Lett., 88, 215006(2002).

    [43] M. Tampo, S. Awano, P. R. Bolton, K. Kondo, K. Mima, Y. Mori, H. Nakamura, M. Nakatsutsumi, R. B. Stephens, K. A. Tanaka, T. Tanimoto, T. Yabuuchi, R. Kodama. Phys. Plasmas, 17, 073110(2010).

    [44] M. Afshari, J. Hornung, A. Kleinschmidt, P. Neumayer, D. Bertini, V. Bagnoud. AIP Adv., 10, 035023(2020).

    [45] D. A. Maclellan, D. C. Carroll, R. J. Gray, N. Booth, B. Gonzalez-Izquierdo, H. W. Powell, G. G. Scott, D. Neely, P. McKenna. Laser Part. Beams, 31, 475(2013).

    [46] A. Poye, S. Hulin, M. Bailly-Grandvaux, J. L. Dubois, J. Ribolzi, D. Raffestin, M. Bardon, F. Lubrano-Lavaderci, E. D’Humieres, J. J. Santos, P. Nicolai, V. Tikhonchuk. Phys. Rev. E, 91, 043106(2015).

    [47] N. P. Dover, M. Nishiuchi, H. Sakaki, K. Kondo, M. A. Alkhimova, A. Y. Faenov, M. Hata, N. Iwata, H. Kiriyama, J. K. Koga, T. Miyahara, T. A. Pikuz, A. S. Pirozhkov, A. Sagisaka, Y. Sentoku, Y. Watanabe, M. Kando, K. Kondo. Phys. Rev. Lett., 124, 084802(2020).

    [48] A. Poyé, S. Hulin, J. Ribolzi, M. Bailly-Grandvaux, F. Lubrano-Lavaderci, M. Bardon, D. Raffestin, J. Santos, V. Tikhonchuk. Phys. Rev. E, 98, 033201(2018).

    [49] T. Itoh, C. Caloz. Electromagnetic Metamaterials: Transmission Line Theory and Microwave Applications(2005).

    [50] S. Ramo, J. R. Whinnery, T. Van Duzer. Fields and Waves in Communication Electronics(1994).

    [51] E. Afshari, H. S. Bhat, A. Hajimiri, J. E. Marsden. J. Appl. Phys., 99, 054901(2006).

    [52] G. S. Kino, S. F. Paik. J. Appl. Phys., 33, 3002(1962).

    [53] C. N. Danson, C. Haefner, J. Bromage, T. Butcher, J. C. F. Chanteloup, E. A. Chowdhury, A. Galvanauskas, L. A. Gizzi, J. Hein, D. I. Hillier, N. W. Hopps, Y. Kato, E. A. Khazanov, R. Kodama, G. Korn, R. X. Li, Y. T. Li, J. Limpert, J. G. Ma, C. H. Nam, D. Neely, D. Papadopoulos, R. R. Penman, L. J. Qian, J. J. Rocca, A. A. Shaykin, C. W. Siders, C. Spindloe, S. Szatmari, R. M. G. M. Trines, J. Q. Zhu, P. Zhu, J. D. Zuegel. High Power Laser Sci. Eng, e54(2019).

    [54] K. D. Wang, K. Zhu, M. J. Easton, Y. J. Li, C. Lin, X. Q. Yan. Phys. Rev. Accel. Beams, 23, 111302(2020).

    [55] Y. Chung, M. Cho, H. Lim. IEEE Trans. Vehicular Technol., 71, 9375(2022).

    [56] J. Fuchs, P. Audebert, M. Borghesi, H. Pépin, O. Willi. C. R. Phys, 10, 176(2009).

    Tools

    Get Citation

    Copy Citation Text

    Zhipeng Liu, Zhusong Mei, Defeng Kong, Zhuo Pan, Shirui Xu, Ying Gao, Yinren Shou, Pengjie Wang, Zhengxuan Cao, Yulan Liang, Ziyang Peng, Jiarui Zhao, Shiyou Chen, Tan Song, Xun Chen, Tianqi Xu, Xueqing Yan, Wenjun Ma. Synchronous post-acceleration of laser-driven protons in helical coil targets by controlling the current dispersion[J]. High Power Laser Science and Engineering, 2023, 11(4): 04000e51

    Download Citation

    EndNote(RIS)BibTexPlain Text
    Save article for my favorites
    Paper Information

    Category: Research Articles

    Received: Dec. 9, 2022

    Accepted: Mar. 31, 2023

    Posted: Apr. 3, 2023

    Published Online: Jul. 19, 2023

    The Author Email: Wenjun Ma (wenjun.ma@pku.edu.cn)

    DOI:10.1017/hpl.2023.33

    Topics