High Power Laser Science and Engineering, Volume. 13, Issue 2, 02000e14(2025)

An investigation of the emittance of escaping fast electron beams from planar and nanowire targets

E. J. Hume1,*... P. Köster1, F. Baffigi1, F. Brandi1, D. Calestani2, G. Cristoforetti1, L. Fulgentini1, L. Labate1, A. Marasciulli1,5, S. Morris3, D. Palla1, M. Salvadori1, M. Villani2, L. A. Gizzi1 and K. L. Lancaster4 |Show fewer author(s)
Author Affiliations
  • 1Intense Laser Irradiation Laboratory (ILIL), INO-CNR, Pisa, Italy
  • 2IMEM-CNR, Parma, Italy
  • 3Department of Physics, University of Warwick, Coventry, UK
  • 4York Plasma Institute, University of York, York, UK
  • 5Current address: INFN Laboratori Nazionali del Gran Sasso, LNGS-INFN, Assergi, AQ, Italy
  • show less
    References(57)

    [1] C. M. Brenner, S. R. Mirfayzi, D. R. Rusby, C. Armstrong, A. Alejo, L. A. Wilson, R. Clarke, H. Ahmed, N. M. H. Butler, D. Haddock, A. Higginson, A. McClymont, C. Murphy, M. Notley, P. Oliver, R. Allott, C. Hernandez-Gomez, S. Kar, P. McKenna, D. Neely. Plasma Phys. Control. Fusion, 58, 014039(2016).

    [2] L. A. Gizzi, A. Giulietti, D. Giulietti, P. Köster, L. Labate, T. Levato, F. Zamponi, A. Lübcke, T. Kämpfer, I. Uschmann, E. Förster, A. Antonicci, D. Batani. Plasma Phys. Control. Fusion, 49, B211(2007).

    [3] P. Köster, K. Akli, D. Batani, S. Baton, R. G. Evans, A. Giulietti, D. Giulietti, L. A. Gizzi, J. S. Green, M. Koenig, L. Labate, A. Morace, P. Norreys, F. Perez, J. Waugh, N. Woolsey, K. L. Lancaster. Plasma Phys. Control. Fusion, 014007(2009).

    [4] D. R. Rusby, C. D. Armstrong, G. G. Scott, M. King, P. McKenna, D. Neely. High Power Laser Sci. Eng., 7, e45(2019).

    [5] R. A. Snavely, M. H. Key, S. P. Hatchett, T. E. Cowan, M. Roth, T. W. Phillips, M. A. Stoyer, E. A. Henry, T. C. Sangster, M. S. Singh, S. C. Wilks, A. Mackinnon, A. Offenberger, D. M. Pennington, K. Yasuike, A. B. Langdon, B. F. Lasinski, J. Johnson, M. D. Perry, E. M. Campbell. Phys. Rev. Lett., 85, 2945(2000).

    [6] S. C. Wilks, A. B. Langdon, T. E. Cowan, M. Roth, M. Singh, S. Hatchett, M. H. Key, D. Pennington, A. MacKinnon, R. A. Snavely. Phys. Plasmas, 8, 542(2001).

    [7] Y. Sentoku, T. E. Cowan, A. Kemp, H. Ruhl. Phys. Plasmas, 10, 2009(2003).

    [8] V. Malka, S. Fritzler, E. Lefebvre, E. d’Humières, R. Ferrand, G. Grillon, C. Albaret, S. Meyroneinc, J.-P. Chambaret, A. Antonetti, D. Hulin. Med. Phys., 31, 1587(2004).

    [9] S. Malko, W. Cayzac, V. Ospina-Bohórquez, K. Bhutwala, M. Bailly-Grandvaux, C. McGuffey, R. Fedosejevs, X. Vaisseau, A. Tauschwitz, J. I. Apiñaniz, D. De Luis Blanco, G. Gatti, M. Huault, J. A. Perez Hernandez, S. X. Hu, A. J. White, L. A. Collins, K. Nichols, P. Neumayer, G. Faussurier, J. Vorberger, G. Prestopino, C. Verona, J. J. Santos, D. Batani, F. N. Beg, L. Roso, L. Volpe. Nat. Commun., 13, 2893(2022).

    [10] M. Tabak, J. Hammer, M. E. Glinsky, W. L. Kruer, S. C. Wilks, J. Woodworth, E. M. Campbell, M. D. Perry, R. J. Mason. Phys. Plasmas, 1, 1626(1994).

    [11] O. Culfa, G. J. Tallents, A. K. Rossall, E. Wagenaars, C. P. Ridgers, C. D. Murphy, R. J. Dance, R. J. Gray, P. McKenna, C. D. R. Brown, S. F. James, D. J. Hoarty, N. Booth, A. P. L. Robinson, K. L. Lancaster, S. A. Pikuz, A. Y. Faenov, T. Kampfer, K. S. Schulze, I. Uschmann, N. C. Woolsey. Phys. Rev. E, 93, 043201(2016).

    [12] J. J. Honrubia, J. Meyer-ter-Vehn. Nucl. Fusion, 46, L25(2006).

    [13] J. S. Green, V. M. Ovchinnikov, R. G. Evans, K. U. Akli, H. Azechi, F. N. Beg, C. Bellei, R. R. Freeman, H. Habara, R. Heathcote, M. H. Key, J. A. King, K. L. Lancaster, N. C. Lopes, T. Ma, A. J. MacKinnon, K. Markey, A. McPhee, Z. Najmudin, P. Nilson, R. Onofrei, R. Stephens, K. Takeda, K. A. Tanaka, W. Theobald, T. Tanimoto, J. Waugh, L. Van Woerkom, N. C. Woolsey, M. Zepf, J. R. Davies, P. A. Norreys. Phys. Rev. Lett., 100, 015003(2008).

    [14] A. Debayle, J. J. Honrubia, E. d’Humières, V. T. Tikhonchuk. Phys. Rev. E, 82, 036405(2010).

    [15] C. Bellei, L. Divol, A. J. Kemp, M. H. Key, D. J. Larson, D. J. Strozzi, M. M. Marinak, M. Tabak, P. K. Patel. Phys. Plasmas, 20, 052704(2013).

    [16] C. D. Armstrong, G. Liao, H. Liu, Y. Li, Z. Zhang, Y. Zhang, B. Zhu, P. Bradford, N. C. Woolsey, P. Oliveira, C. Spindloe, W. Wang, P. McKenna, D. Neely. Plasma Phys. Control. Fusion, 034001(2019).

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

    [18] Y. Takagi, N. Iwata, E. D’Humieres, Y. Sentoku. Phys. Rev. Res., 3, 043140(2021).

    [19] C. M. S. Sears, A. Buck, K. Schmid, J. Mikhailova, F. Krausz, L. Veisz. Phys. Rev. Spec. Top. Accel. Beams, 13, 092803(2010).

    [20] A. Cianchi, D. Alesini, M. P. Anania, A. Bacci, M. Bellaveglia, M. Castellano, E. Chiadroni, D. Di Giovenale, G. P. Di Pirro, M. Ferrario, A. Gallo, L. Innocenti, A. Mostacci, R. Pompili, A. R. Rossi, J. Scifo, V. Shpakov, C. Vaccarezza, F. Villa. Phys. Rev. Spec. Topic. Accel. Beams, 18, 082804(2015).

    [21] V. Shpakov, M. P. Anania, M. Behtouei, M. Bellaveglia, A. Biagioni, M. Cesarini, E. Chiadroni, A. Cianchi, G. Costa, M. Croia, A. Del Dotto, M. Diomede, F. Dipace, M. Ferrario, M. Galletti, A. Giribono, A. Liedl, V. Lollo, L. Magnisi, A. Mostacci, G. Di Pirro, L. Piersanti, R. Pompili, S. Romeo, A. R. Rossi, J. Scifo, C. Vaccarezza, F. Villa, A. Zigler. Phys. Rev. Accel. Beams, 24, 051301(2021).

    [22] S. Mondal, I. Chakraborty, S. Ahmad, D. Carvalho, P. Singh, A. D. Lad, V. Narayanan, P. Ayyub, G. R. Kumar, J. Zheng, Z. M. Sheng. Phys. Rev. B, 83, 035408(2011).

    [23] G. Cristoforetti, P. Londrillo, P. K. Singh, F. Baffigi, G. D’Arrigo, A. D. Lad, R. G. Milazzo, A. Adak, M. Shaikh, D. Sarkar, G. Chatterjee, J. Jha, M. Krishnamurthy, G. R. Kumar, L. A. Gizzi. Sci. Rep., 7, 1479(2017).

    [24] R. Xie, L. H. Cao, Y. Chao, Y. Jiang, Z. J. Liu, C. Y. Zheng, X. T. He. Phys. Plasmas, 27, 123108(2020).

    [25] E. Eftekhari-Zadeh, M. S. Blümcke, Z. Samsonova, R. Loetzsch, I. Uschmann, M. Zapf, C. Ronning, O. N. Rosmej, D. Kartashov, C. Spielmann. Phys. Plasmas, 29, 013301(2022).

    [26] J. J. Rocca, M. G. Capeluto, R. C. Hollinger, S. Wang, Y. Wang, G. R. Kumar, A. D. Lad, A. Pukhov, V. N. Shlyaptsev. Optica, 11, 437(2024).

    [27] P. K. Singh, G. Chatterjee, A. D. Lad, A. Adak, S. Ahmed, M. Khorasaninejad, M. M. Adachi, K. S. Karim, S. S. Saini, A. K. Sood, G. R. Kumar. Appl. Phys. Lett., 100, 244104(2012).

    [28] S. Jiang, L. L. Ji, H. Audesirk, K. M. George, J. Snyder, A. Krygier, P. Poole, C. Willis, R. Daskalova, E. Chowdhury, N. S. Lewis, D. W. Schumacher, A. Pukhov, R. R. Freeman, K. U. Akli. Phys. Rev. Lett., 116, 085002(2016).

    [29] D. Khaghani, M. Lobet, B. Borm, L. Burr, F. Gärtner, L. Gremillet, L. Movsesyan, O. Rosmej, M. E. Toimil-Molares, F. Wagner, P. Neumayer. Sci. Rep., 7, 11366(2017).

    [30] A. Moreau, R. Hollinger, C. Calvi, S. Wang, Y. Wang, M. G. Capeluto, A. Rockwood, A. Curtis, S. Kasdorf, V. N. Shlyaptsev, V. Kaymak, A. Pukhov, J. J. Rocca. Plasma Phys. Control. Fusion, 62, 014013(2020).

    [31] S. Jiang, A. G. Krygier, D. W. Schumacher, K. U. Akli, R. R. Freeman. Phys. Rev. E, 89, 013106(2014).

    [32] Z. Zhao, L. Cao, L. Cao, J. Wang, W. Huang, W. Jiang, Y. He, Y. Wu, B. Zhu, K. Dong, Y. Ding, B. Zhang, Y. Gu, M. Y. Yu, X. T. He. Phys. Plasmas, 17, 123108(2010).

    [33] Y. Yamazaki, T. Kurihara, H. Kobayashi, I. Sato, A. Asami. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A, 322, 139(1992).

    [34] M. Zhang. , “Emittance formula for slits and pepper-pot measurement”, FERMILAB-TM-1998 ().(1996).

    [35] L. A. Gizzi, L. Labate, F. Baffigi, F. Brandi, G. Bussolino, L. Fulgentini, P. Köster, D. Palla. High Power Laser Sci. Eng., 9, e10(2021).

    [36] D. Calestani, M. Villani, G. Cristoforetti, F. Brandi, P. Köster, L. Labate, L. A. Gizzi. Matter Radiat. Extremes, 6, 046903(2021).

    [37] G. Cristoforetti, A. Anzalone, F. Baffigi, G. Bussolino, G. D’Arrigo, L. Fulgentini, A. Giulietti, P. Köster, L. Labate, S. Tudisco, L. A. Gizzi. Plasma Phys. Control. Fusion, 56, 095001(2014).

    [38] T. D. Arber, K. Bennett, C. S. Brady, A. Lawrence-Douglas, M. G. Ramsay, N. J. Sircombe, P. Gillies, R. G. Evans, H. Schmitz, A. R. Bell, C. P. Ridgers. Plasma Phys. Control. Fusion, 57, 113001(2015).

    [39] S. C. Wilks, W. L. Kruer, M. Tabak, A. B. Langdon. Phys. Rev. Lett., 69, 1383(1992).

    [40] M. Sherlock. Phys. Plasmas, 16, 103101(2009).

    [41] A. Macchi. Phys. Plasmas, 25, 031906(2018).

    [42] G. Cristoforetti, F. Baffigi, F. Brandi, G. D’Arrigo, A. Fazzi, L. Fulgentini, D. Giove, P. Köster, L. Labate, G. Maero, D. Palla, M. Romé, R. Russo, D. Terzani, P. Tomassini, L. A. Gizzi. Plasma Phys. Control. Fusion, 62, 114001(2020).

    [43] L. A. Gizzi, G. Cristoforetti, F. Baffigi, F. Brandi, G. D’Arrigo, A. Fazzi, L. Fulgentini, D. Giove, P. Köster, L. Labate, G. Maero, D. Palla, M. Romé, M. Russo, D. Terzani, P. Tomassini. Phys. Rev. Res., 2, 033451(2020).

    [44] G. Chatterjee, P. K. Singh, S. Ahmed, A. P. L. Robinson, A. D. Lad, S. Mondal, V. Narayanan, I. Srivastava, N. Koratkar, J. Pasley, A. K. Sood, G. R. Kumar. Phys. Rev. Lett., 108, 235005(2012).

    [45] D. B. Zou, D. Y. Yu, X. R. Jiang, M. Y. Yu, Z. Y. Chen, H. B. Zhuo, C. T. Zhou, S. C. Ruan. Phys. Plasmas, 26, 123105(2019).

    [46] Y. Ji, G. Jiang, W. Wu, C. Wang, Y. Gu, Y. Tang. Appl. Phys. Lett., 96, 041504(2010).

    [47] Y. Tian, J. Liu, W. Wang, C. Wang, X. Lu, Y. Leng, X. Liang, R. Li, Z. Xu. Plasma Phys. Control. Fusion, 56, 075021(2014).

    [48] L. Fedeli, A. Formenti, L. Cialfi, A. Pazzaglia, M. Passoni. Sci. Rep., 8, 3834(2018).

    [49] J. Wang, Z. Q. Zhao, W. H. He, L. H. Cao, K. G. Dong, Y. C. Wu, B. Zhu, T. K. Zhang, B. Zhang, Z. M. Zhang, Y. Q. Gu. Phys. Plasmas, 103111(2014).

    [50] L. A. Gizzi, A. J. Mackinnon, D. Riley, S. M. Viana, O. Willi. Laser Particle Beams, 13, 511(1995).

    [51] G. Sarri, A. Macchi, C. A. Cecchetti, S. Kar, T. V. Liseykina, X. H. Yang, M. E. Dieckmann, J. Fuchs, M. Galimberti, L. A. Gizzi, R. Jung, I. Kourakis, J. Osterholz, F. Pegoraro, A. P. L. Robinson, L. Romagnani, O. Willi, M. Borghesi. Phys. Rev. Lett., 109, 205002(2012).

    [52] B. Albertazzi, S. N. Chen, P. Antici, J. Böker, M. Borghesi, J. Breil, V. Dervieux, J. L. Feugeas, L. Lancia, M. Nakatsutsumi, Ph. Nicolai, L. Romagnagni, R. Shepherd, Y. Sentoku, M. Starodubtsev, M. Swantusch, V. T. Tikhonchuk, O. Willi, E. d’Humières, H. Pépin, J. Fuchs. Phys. Plasmas, 22, 123108(2015).

    [53] M. Nakatsutsumi, Y. Sentoku, A. Korzhimanov, S. N. Chen, S. Buffechoux, A. Kon, B. Atherton, P. Audebert, M. Geissel, L. Hurd, M. Kimmel, P. Rambo, M. Schollmeier, J. Schwarz, M. Starodubtsev, L. Gremillet, R. Kodama, J. Fuchs. Nat. Commun., 9, 280(2018).

    [54] Y. Sakagami, H. Kawakami, S. Nagao, C. Yamanaka. Phys. Rev. Lett., 42, 839(1979).

    [55] P. Kolodner, E. Yablonovitch. Phys. Rev. Lett., 43, 1402(1979).

    [56] A. Pukhov. Phys. Rev. Lett., 86, 3562(2001).

    [57] W. Schumaker, N. Nakanii, C. McGuffey, C. Zulick, V. Chyvkov, F. Dollar, H. Habara, G. Kalintchenko, A. Maksimchuk, K. A. Tanaka, A. G. R. Thomas, V. Yanovsky, K. Krushelnick. Phys. Rev. Lett., 110, 015003(2013).

    Tools

    Get Citation

    Copy Citation Text

    E. J. Hume, P. Köster, F. Baffigi, F. Brandi, D. Calestani, G. Cristoforetti, L. Fulgentini, L. Labate, A. Marasciulli, S. Morris, D. Palla, M. Salvadori, M. Villani, L. A. Gizzi, K. L. Lancaster. An investigation of the emittance of escaping fast electron beams from planar and nanowire targets[J]. High Power Laser Science and Engineering, 2025, 13(2): 02000e14

    Download Citation

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

    Category: Research Articles

    Received: Sep. 17, 2024

    Accepted: Dec. 31, 2024

    Posted: Jan. 3, 2025

    Published Online: Apr. 11, 2025

    The Author Email: E. J. Hume (emmajane.hume@ino.cnr.it)

    DOI:10.1017/hpl.2025.5

    CSTR:32185.14.hpl.2025.5

    Topics