The results of studies of high-intensity proton beam generation from thin (13μm) solid targets irradiated by 0.35 ps laser pulse of energy up to 15 J and intensity up to 2×1019W/cm2 are reported. It is shown that the proton beams of terawatt power and intensity around 1018W/cm2 at the source can be produced when the laser-target interaction conditions approach the skin-layer ponderomotive acceleration requirements. The proton beam parameters remarkably depend on the target structure and can be significantly increased with the use of a double-layer Au/PS target (plastic covered by 0.10.2μm Au front layer).

1.
K. W. D.
Ledingham
,
P.
McKenna
, and
R.
Singhal
,
Science
300
,
1107
(
2003
), and references therein.
2.
A.
Maksimchuk
,
K.
Flippo
,
H.
Krause
,
G.
Mourou
,
K.
Nemoto
,
D.
Schultz
,
D.
Umstadter
,
R.
Vane
,
V. Yu.
Bychenkov
,
G. I.
Dudnikova
,
V. F.
Kovalev
,
K.
Mima
,
V. N.
Novikov
,
Y.
Sentoku
, and
S. V.
Tolokonnikov
,
Plasma Phys. Rep.
30
,
473
(
2004
).
3.
M.
Borghesi
,
J.
Fuchs
,
S. V.
Bulanov
,
A. J.
Mackinnon
,
P. K.
Patel
, and
M.
Roth
,
Fusion Sci. Technol.
49
,
412
(
2006
), and references therein.
4.
S. V.
Bulanov
,
T. Z.
Esirkepov
,
V. S.
Khoroshkov
,
A. V.
Kuznetsov
, and
F.
Pegoraro
,
Phys. Lett. A
299
,
240
(
2002
).
5.
M.
Borghesi
,
A.
Schiavi
,
D. H.
Campbell
,
M. G.
Haines
,
O.
Willi
,
A. J.
MacKinnon
,
L. A.
Gizzi
,
M.
Galimberti
,
R. J.
Clark
, and
H.
Ruhl
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
43
,
267
(
2001
).
6.
M.
Koenig
,
A.
Benuzzi-Mounaix
,
A.
Ravasio
,
T.
Vinvi
,
N.
Ozaki
,
S.
Lepape
,
D.
Batani
,
G.
Huser
,
T.
Hall
,
D.
Hicks
,
A.
MacKinnon
,
P.
Patel
,
H. S.
Park
,
T.
Boehly
,
M.
Borghesi
,
S.
Kar
, and
L.
Romagnani
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
47
,
B441
(
2005
).
7.
P. K.
Patel
,
A. J.
Mackinnon
,
M. H.
Key
,
T. E.
Cowan
,
M. E.
Ford
,
M.
Allen
,
D. F.
Price
,
H.
Ruhl
,
P. T.
Springer
, and
R.
Stephens
,
Phys. Rev. Lett.
91
,
125004
(
2003
).
8.
D. H. H.
Hoffmann
,
A. N.
Blazevic
,
P.
Ni
,
O.
Rosmej
,
M.
Roth
,
A.
Tahir
,
A.
Tauschwitz
,
S.
Udrea
,
D.
Varentsov
,
K.
Weyrich
, and
Y.
Maron
,
Laser Part. Beams
23
,
47
(
2005
).
9.
M. H.
Key
,
R. R.
Freeman
,
S. P.
Hatchett
,
A. J.
MacKinnon
,
P. K.
Patel
,
R. A.
Snavely
, and
R. B.
Stephens
,
Fusion Sci. Technol.
49
,
440
(
2006
).
10.
J.
Badziak
,
S.
Jabłoński
, and
J.
Wołowski
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
49
,
B651
(
2007
).
11.
12.
F. P.
Boody
,
R.
Hőpfl
,
H.
Hora
,
Laser Part. Beams
14
,
443
(
1996
).
13.
M.
Rosiński
,
J.
Badziak
,
F. P.
Boody
,
S.
Gammino
,
H.
Hora
,
J.
Láska
,
L.
Láska
,
A. M.
Mezzasalma
,
P.
Parys
,
K.
Rohlena
,
L.
Torrisi
,
J.
Ullschmied
,
J.
Wołowski
, and
E.
Woryna
,
Vacuum
78
,
435
(
2005
).
14.
M. I. K.
Santala
,
M.
Zepf
,
F. N.
Beg
,
E. L.
Clark
,
A. E.
Dangor
,
K.
Krushelnick
,
M.
Tatarakis
,
I.
Watts
,
K. W. D.
Ledingham
,
T.
McCanny
,
I.
Spencer
, and
A. C.
Machacek
,
Appl. Phys. Lett.
78
,
19
(
2001
).
15.
S.
Fritzler
,
V.
Malka
,
G.
Grillon
,
J. P.
Rousseau
,
F.
Burgy
,
E.
Lefebvre
,
E.
d'Humières
,
P.
McKenna
, and
K. W. D.
Ledingham
,
Appl. Phys. Lett.
83
,
3039
(
2003
).
16.
M.
Temporal
,
J. H.
Honrubia
, and
S.
Atzeni
,
Phys. Plasmas
9
,
3098
(
2002
).
17.
S. C.
Wilks
,
A. B.
Langdon
,
T. E.
Cowan
,
M.
Roth
,
M.
Singh
,
S.
Hatchett
,
M. H.
Key
,
D.
Pennington
,
A.
MacKinnon
, and
R. A.
Snavely
,
Phys. Plasmas
8
,
542
(
2001
).
18.
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
, and
E. M.
Campbell
,
Phys. Rev. Lett.
85
,
2945
(
2000
).
19.
P.
McKenna
,
K. W. D.
Ledingham
,
S.
Shimizu
,
J. M.
Yang
,
L.
Robson
,
T.
McCanny
,
J.
Galy
,
J.
Magill
,
R. J.
Clarke
,
D.
Neely
,
P. A.
Norreys
,
R. P.
Singhal
,
K.
Krushelnick
, and
M. S.
Wei
,
Phys. Rev. Lett.
94
,
084801
(
2005
).
20.
B. M.
Hegelich
,
B.
Albright
,
P.
Audebert
,
A.
Blazevic
,
E.
Brambrink
,
J.
Cobble
,
T.
Cowan
,
J.
Fuchs
,
J. C.
Gauthier
,
C.
Gautier
,
M.
Geissel
,
D.
Habs
,
R.
Johnson
,
S.
Karsch
,
A.
Kemp
,
S.
Letzring
,
M.
Roth
,
U.
Schramm
,
J.
Schreiber
,
K. J.
Witte
, and
J. C.
Fernández
,
Phys. Plasmas
12
,
056314
(
2005
).
21.
P.
McKenna
,
F.
Lindau
,
O.
Lundh
,
D. C.
Carroll
,
R. J.
Clarke
,
K. W. D.
Ledingham
,
T.
McCanny
,
D.
Neely
,
A. P. L.
Robinson
,
L.
Robson
,
P. T.
Simpson
,
C.-G.
Wahlström
, and
M.
Zepf
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
49
,
B223
(
2007
).
22.
B. M.
Hegelich
,
B. J.
Albright
,
J.
Cobbe
,
K.
Flippo
,
S.
Letzring
,
M.
Paffett
,
H.
Ruhl
,
J.
Schreiber
,
R. K.
Schulze
, and
J. C.
Fernández
,
Nature (London)
439
,
441
(
2006
).
23.
H.
Schwoerer
,
S.
Pfotenhauer
,
O.
Jäckel
,
K.-U.
Amthor
,
B.
Liesfeld
,
W.
Ziegler
,
R.
Sauerbrey
,
K. W. D.
Ledingham
, and
T.
Esirkepov
,
Nature (London)
439
,
445
(
2006
).
24.
H.
Hora
,
J.
Badziak
,
F. P.
Boody
,
R.
Höpfl
,
K.
Jungwirth
,
B.
Králikova
,
J.
Krása
,
L.
Láska
,
P.
Parys
,
V.
Perina
,
M.
Pfeifer
,
K.
Rohlena
,
J.
Skála
,
J.
Ullschmied
,
J.
Wolowski
, and
E.
Woryna
,
Opt. Commun.
207
,
333
(
2002
).
25.
J.
Badziak
,
S.
Głowacz
,
S.
Jabłoński
,
P.
Parys
,
J.
Wołowski
,
H.
Hora
,
J.
Krása
,
L.
Láska
, and
K.
Rohlena
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
46
,
B541
(
2004
).
26.
J.
Badziak
,
S.
Głowacz
,
S.
Jabłoński
,
P.
Parys
,
J.
Wołowski
, and
H.
Hora
,
Laser Part. Beams
23
,
401
(
2005
).
27.
J.
Badziak
,
S.
Jabłoński
, and
S.
Głowacz
,
Appl. Phys. Lett.
89
,
061504
(
2006
).
28.
J.
Badziak
,
Opto-Electron. Rev.
15
,
1
(
2007
), and references therein.
29.
T. V.
Liseykina
and
A.
Macchi
,
Appl. Phys. Lett.
91
,
171702
(
2007
).
30.
J.
Badziak
,
S.
Głowacz
,
H.
Hora
,
S.
Jabłoński
, and
J.
Wołowski
,
Laser Part. Beams
24
,
249
(
2006
).
31.
H.
Hora
,
J.
Badziak
,
M. N.
Read
,
Y.-T.
Li
,
T.-J.
Liang
,
Yu
Cang
,
H.
Liu
,
Z.-M.
Sheng
,
J.
Zhang
,
F.
Osman
,
G. H.
Miley
,
W.
Zhang
,
X.
He
,
H.
Peng
,
S.
Glowacz
,
S.
Jablonski
,
J.
Wolowski
,
Z.
Skladanowski
,
K.
Jungwirth
,
K.
Rohlena
, and
J.
Ullschmied
,
Phys. Plasmas
14
,
072701
(
2007
).
32.
H.
Habara
,
R.
Kodama
,
Y.
Sentoku
,
N.
Izumi
,
Y.
Kitagawa
,
K. A.
Tanaka
,
K.
Mima
, and
T.
Yamanaka
,
Phys. Plasmas
10
,
3712
(
2003
).
33.
F.
Osman
,
Yu
Cang
,
H.
Hora
,
J.
Badziak
,
L.-H.
Cao
,
H.
Liu
,
X.
He
,
J.
Badziak
,
P.
Parys
,
J.
Wolowski
,
E.
Woryna
,
K.
Jungwirth
,
B.
Kralikova
,
J.
Krasa
,
L.
Laska
,
M.
Pfeifer
,
K.
Rohlena
,
J.
Skala
, and
J.
Ullschmied
,
Laser Part. Beams
22
,
83
(
2004
).
34.
J.
Fuchs
,
Y.
Sentoku
,
E.
d’Humieres
,
E.
Cowan
,
T. E.
Cobble
,
P.
Audebert
,
A.
Kemp
,
A.
Nikroo
,
P.
Antici
,
E.
Brambrink
,
A.
Blazevic
,
E. M.
Campbell
,
J. C.
Fernández
,
J.-C.
Gauthier
,
M.
Geissel
,
M.
Hegelich
,
S.
Karsch
,
H.
Popescu
,
N.
Renard-LeGalloudec
,
M.
Roth
,
J.
Schreiber
,
R.
Stephens
, and
H.
Pépin
,
Phys. Plasmas
14
,
053105
(
2007
).
35.
37.
J.
Badziak
,
S.
Głowacz
,
S.
Jabłoński
,
P.
Parys
,
J.
Wołowski
, and
H.
Hora
,
Laser Part. Beams
23
,
143
(
2005
).
38.
E.
Woryna
,
P.
Parys
,
J.
Wołowski
, and
W.
Mróz
,
Laser Part. Beams
14
,
293
(
1996
).
39.
J.
Badziak
,
J.
Makowski
,
P.
Parys
,
L.
Ryc
,
J.
Wolowski
,
E.
Woryna
, and
A. B.
Vankov
,
J. Phys. D
34
,
1885
(
2001
).
40.
A.
Szydłowski
,
A.
Banaszak
,
T.
Czyżewski
,
I.
Fijał
,
M.
Jaskóła
,
A.
Korman
,
M.
Sadowski
, and
W.
Kretschmer
,
Radiat. Meas.
34
,
325
(
2001
).
41.
M. H.
Xu
,
Y. T.
Li
,
X. H.
Yuan
,
Q. Z.
Yu
,
S. J.
Wang
,
W.
Zhao
,
X. L.
Wen
,
G. C.
Wang
,
C. Y.
Jiao
,
Y. L.
He
,
S. G.
Zhang
,
X. X.
Wang
,
W. Z.
Huang
,
Y. Q.
Gu
, and
J.
Zhang
,
Phys. Plasmas
13
,
104507
(
2006
).
42.
S. C.
Wilks
,
W. L.
Kruer
,
M.
Tabak
, and
A. B.
Langdon
,
Phys. Rev. Lett.
69
,
1383
(
1992
).
43.
J.
Badziak
,
H.
Hora
,
E.
Woryna
,
S.
Jabłoński
,
L.
Laska
,
P.
Parys
,
K.
Rohlena
, and
J.
Wołowski
,
Phys. Lett. A
315
,
452
(
2003
).
44.
J. J.
Honrubia
,
M.
Kaluza
,
J.
Schroeiber
,
G. D.
Tsakiris
, and
J.
Meyer-ter-Vehn
,
Phys. Plasmas
12
,
052708
(
2005
).
45.
M.
Roth
,
A.
Blazevic
,
M.
Geissel
,
T.
Schlegel
,
T. E.
Cowan
,
M.
Allen
,
J.-C.
Gauthier
,
P.
Audebert
,
J.
Fuchs
,
J.
Meyer-ter-Vehn
,
M.
Hegelich
,
S.
Karsch
, and
A.
Pukhov
,
Phys. Rev. ST Accel. Beams
5
,
061301
(
2002
).
46.
A. R.
Bell
,
J. R.
Davies
,
S.
Gurin
, and
H.
Ruhl
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
39
,
653
(
1997
).
47.
D.
Batani
,
A.
Antonicci
,
F.
Pisani
,
T. A.
Hall
,
D.
Scott
,
F.
Amiranoff
,
M.
Koenig
,
L.
Gremillet
,
S.
Baton
,
E.
Martinolli
,
C.
Rousseaux
, and
W.
Nazarov
,
Phys. Rev. E
65
,
066409
(
2002
), and references therein.
48.
A.
Youssef
,
R.
Kodama
, and
M.
Tampo
,
Phys. Plasmas
13
,
030702
(
2006
).
You do not currently have access to this content.