Laser-driven proton acceleration and detection at high repetition rate

Resumen

Durante más de dos décadas, la aceleración de protones generada por láser ha sido un campo importante de investigación con un interés potencial para varias aplicaciones en diferentes campos de la física, la química y la ciencia de los materiales, así como en el área biomédica y el patrimonio cultural. Sin embargo, la interacción láser-materia es un proceso complejo que todavía no está totalmente controlado y la interacción resultante depende principalmente de los parámetros del láser y del plasma. Se están desarrollando varias actuaciones para entender el proceso detrás de este mecanismo a través de la caracterización de las propiedades espectrales y espaciales del haz de protones. Con la llegada de los láseres de alta potencia que funcionan con alta repetición, por lo tanto, es esencial un desarrollo cuidadoso de diagnósticos de partículas adecuados para el análisis en tiempo real de disparo a disparo. La tesis doctoral se centra en la generación, transporte y detección de una fuente de protones generada por láser. En la primera parte de la tesis se explorará la teoría de los protones y los electrones rápidos generados por la interacción de un pulso láser ultra intenso en un plasma sobredenso. En la segunda parte, se presenta el desarrollo de un detector de protones basado en centelleo, capaz de medir tanto la energía del haz de protones como su distribución espacial y capaz de operar en un modo de alta repetición. El detector ha sido diseñado y construido en el Centro de Láseres Pulsados (CLPU) y probado en colaboración con instalaciones europeas. El trabajo relacionado con el desarrollo de este nuevo diagnóstico, incluidas las investigaciones tanto teóricas como experimentales, se describe en la tesis. La parte final de la tesis está dedicada a los experimentos de puesta en marcha del sistema láser de petavatio VEGA-3. Se presentan la implementación de nuestro detector de centelleo y los resultados preliminares del experimento.