Experiments at the HERCULES laser facility have produced directional neutron beams with energies up to 16.8(±0.3)MeV using d12(d,n)23He,Li73(p,n)47Be,andLi37(d,n)48Be reactions. Efficient Li12(d,n)48Be reactions required the selective acceleration of deuterons through the introduction of a deuterated plastic or cryogenically frozen D2O layer on the surface of a thin film target. The measured neutron yield was 1.0(±0.5)×107 neutrons/sr with a flux 6.2(±3.7) times higher in the forward direction than at 90°. This demonstrates that femtosecond lasers are capable of providing a time averaged neutron flux equivalent to commercial d12(d,n)23He generators with the advantage of a directional beam with picosecond bunch duration.

1.
L. J.
Perkins
,
B. G.
Logan
,
M. D.
Rosen
,
M. D.
Perry
,
T.
Diaz de la Rubia
,
N. M.
Ghoniem
,
T.
Ditmire
,
P. T.
Springer
, and
S. C.
Wilks
,
Nucl. Fusion
40
(1),
301
(
2000
).
2.
R.
Loveman
,
J.
Bendahan
,
T.
Gozani
, and
J.
Stevenson
,
Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B
99
,
765
(
1995
).
3.
L. H.
Gray
and
J.
Read
,
Nature (London)
3845
,
53
(
1943
).
4.
P. A.
Norreys
,
A. P.
Fews
,
F. N.
Beg
,
A. R.
Dangor
,
P.
Lee
,
M. B.
Nelson
,
H.
Schmidt
,
M.
Tatarakis
, and
M. D.
Cable
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
40
,
175
(
1998
).
5.
N.
Izumi
,
Y.
Sentoku
,
H.
Habara
,
K.
Takahashi
,
F.
Ohtani
,
T.
Sonomoto
,
R.
Kodama
,
T. N.
Norimatsu
,
H.
Fujita
,
Y.
Kitagawa
 et al.,
Phys. Rev. E
65
,
036413
(
2002
).
6.
H.
Habara
,
K. L.
Lancaster
,
S.
Karsch
,
C. D.
Murphy
,
P. A.
Norreys
,
R. G.
Evans
,
M.
Borghesi
,
L.
Romagnani
,
M.
Zepf
,
T.
Norimatsu
 et al.,
Phys. Rev. E.
70
,
046414
(
2004
).
7.
L.
Willingale
,
G. M.
Petrov
,
A.
Maksimchuk
,
J.
Davis
,
R. R.
Freeman
,
A. S.
Joglekar
,
T.
Matsuoka
,
C. D.
Murphy
,
V. M.
Ovchinnikov
,
A. G. R.
Thomas
 et al.,
Phys. Plasmas
18
,
083106
(
2011
).
8.
K. L.
Lancaster
,
S.
Karsh
,
H.
Habara
,
F. N.
Beg
,
E. L.
Clark
,
R.
Freeman
,
M. H.
Key
,
J. A.
King
,
R.
Kodama
,
K.
Krushelnick
 et al.,
Phys. Plasmas
11
,
3404
(
2004
).
9.
D. P.
Higginson
,
J. M.
McNaney
,
D. C.
Swift
,
T.
Bartal
,
D. S.
Hey
,
R.
Kodama
,
S.
Le Pape
,
A.
MacKinnon
,
D.
Mariscal
,
H.
Nakamura
 et al.,
Phys. Plasmas
17
,
100701
(
2010
).
10.
D. P.
Higginson
,
J. M.
McNaney
,
D. C.
Swift
,
G. M.
Petrov
,
J.
Davis
,
J. A.
Frenje
,
L. C.
Jarrott
,
R.
Kodama
,
K. L.
Lancaster
,
A. J.
Mackinnon
 et al.,
Phys. Plasmas
18
,
100703
(
2011
).
11.
V.
Chvykov
,
P.
Rousseau
,
S.
Reed
,
G.
Kalinchenko
, and
V.
Yanovsky
,
Opt. Lett.
31
,
1456
(
2006
).
12.
F.
Dollar
,
C.
Zulick
,
T.
Matsuoka
,
C.
McGuffey
,
S. S.
Bulanov
,
V.
Chvykov
,
J.
Davis
,
G.
Kalinchenko
,
G. M.
Petrov
,
L.
Willingale
 et al., “
High contrast ion acceleration at intensities exceeding 1021 Wcm−2
,”
Phys. Plasmas
(to be published).
13.
A.
Maksimchuk
,
S.
Gu
,
K.
Flippo
,
V. Yu.
Bychenkov
, and
D.
Umstadter
,
Phys. Rev. Lett.
84
,
4108
(
2000
).
14.
S.
Hatchett
,
C. G.
Brown
,
T. E.
Cowan
,
E. A.
Henry
,
J.
Johnson
,
M. H.
Key
,
J. A.
Koch
,
A. B.
Langdon
,
B. F.
Lasinski
,
R. W.
Lee
 et al.,
Phys. Plasmas
7
,
2076
(
2000
).
15.
G. M.
Petrov
,
L.
Willingale
,
J.
Davis
,
Tz.
Petrova
,
A.
Maksimchuk
, and
K.
Krushelnick
,
Phys. Plasmas
17
,
103111
(
2010
).
16.
B.
Hou
,
J. A.
Nees
,
Z.
He
,
G.
Petrov
,
J.
Davis
,
J. H.
Easter
,
A. G. R.
Thomas
, and
K.
Krushelnick
,
Phys. Plasmas
18
,
040702
(
2011
).
17.
J. T.
Morrison
,
M.
Storm
,
E.
Chowdhury
,
K. U.
Akli
,
S.
Feldman
,
C.
Willis
,
R. L.
Daskalova
,
T.
Growden
,
P.
Berger
,
T.
Ditmire
 et al.,
Phys. Plasmas
19
,
030707
(
2012
).
18.
A.
Maksimchuk
,
A.
Raymond
,
F.
Yu
,
G. M.
Petrov
,
F.
Dollar
,
L.
Willingale
,
C.
Zulick
,
J.
Davis
, and
K.
Krushelnick
, “
Dominant deuteron acceleration with a high-intensity laser for isotope production and neutron generation
,”
Appl. Phys. Lett.
(submitted).
19.
W.
Mroz
,
P
Nork
,
A.
Prokopiuk
,
P.
Parys
,
M.
Pfeifer
,
L.
Laska
,
M. P.
Stockli
,
D.
Fry
, and
K.
Kasuya
,
Rev. Sci. Instrum.
71
,
1417
(
2000
).
20.
G. M.
Petrov
and
J.
Davis
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
50
,
015004
(
2008
).
21.
G. M.
Petrov
and
J.
Davis
,
Comput. Phys. Commun.
179
,
868
(
2008
).
22.
T. H.
Yang
and
C.
Pan
,
J. Heat Mass Transfer
48
,
3516
(
2005
).
23.
J.
Davis
,
G. M.
Petrov
,
Tz.
Petrova
,
L.
Willingale
, and
K.
Krushelnick
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
52
,
045015
(
2010
).
24.
P.
Pereslavtsev
,
U
Fischer
,
S
Simakov
, and
M
Avrigeanu
,
Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B
266
,
3501
(
2008
).
25.
26.
L. S.
Walter
, MCNPX User's Manual, Report No. LA-CP-05-0369,
2005
.
You do not currently have access to this content.