ЦИЭС - xcels

155
Предполагается, что электронный пучок, участвующий в комптоновском
рассеянии, будет формироваться лазерным импульсом одного из лучей системы.
Остальные лучи будут сталкиваться с этим электронным пучком. Поскольку
генерация электронного пучка производится также лазерным импульсом, то
упрощается временная синхронизация пучка и рассеивающего импульса.
Также возможна реализация недавно предложенной схемы генерации гаммаизлучения
на эффекте Комптона тем же лазерным импульсом, что производил
ускорение электронов в плазме [100]. В этой схеме лазерный импульс
интенсивностью около 10 22 Вт/см 2 распространяется в относительно плотной
плазме (концентрация электронов – 10 20 см -3 ) и осуществляет ускорение пучка
электронов в баббл-режиме. Согласно оценкам и результатам численного
моделирования, в выбранном режиме пучок содержит порядка 10 11 захваченных
электронов, имеющих квазитепловой энергетический спектр. На дистанции
порядка 200–300 мкм электроны достигают энергии порядка 1 ГэВ, а импульс,
имевший в начале длительность порядка 30 фс, практически полностью
истощается, сокращаясь до одного полупериода (см. Рис. 4.24 и 4.25). В этот
момент на пути лазерного импульса ставится металлическая пластинка,
полностью его отражающая. В результате отражённый импульс сталкивается с
ускоренным пучком электронов. Следует отметить, что в обсуждаемой схеме
непростая в общем случае задача пространственной и временной синхронизации
лазерного импульса и электронного пучка решается автоматически. Для
указанных параметров импульса оценки показывают, что излучённые в результате
нелинейного комптоновского рассеяния гамма-фотоны будут иметь энергию около
200 МэВ, а их общее число составит 10 10 частиц. Несложно оценить, что такой
источник будет иметь рекордно высокую пиковую яркость свечения – 10 27 фотонов
за 1 с на 1 мм 2 мрад 2 . Полная энергия, конвертированная в гамма-излучение,
составит величину около 0,1 Дж.
Электромагнитные каскады в поле двух сталкивающихся лазерных
импульсов сами по себе являются эффективным источником гамма-квантов [101].
Параметры установки ЦИЭС позволяют исследовать каскады и использовать их в
качестве источников высокоэнергетичных фотонов. Рассмотрим с помощью
численного моделирования кодом QUILL этот процесс подробнее. Пусть лазерные
импульсы линейно поляризованы, имеют гауссовую огибающую и
распространяются навстречу друг другу вдоль оси x . В начальный момент
времени t = 0 расстояние между центрами лазерных импульсов равно
2 σ
x
, и