Laser-driven d(d, n)-3He beam-target fusion neutron production from bulk deuterated plastic (CD) targets is compared with a pitcher-catcher target scheme using an identical laser and detector arrangement. For laser intensities in the range of (1–3) × 1019 W cm−2, it was found that the bulk targets produced a high yield (5 × 104 neutrons per steradian) beamed preferentially in the laser propagation direction. Numerical modeling shows the importance of considering the temperature adjusted stopping powers to correctly model the neutron production. The bulk CD targets have a high background target temperature leading to a reduced stopping power for the deuterons, which increases the probability of generating neutrons by fusion. Neutron production from the pitcher-catcher targets was not as efficient since it does not benefit from the reduced stopping power in the cold catcher target. Also, the inhibition of the deuteron acceleration by a proton rich contamination layer significantly reduces the pitcher-catcher neutron production.

1.
G.
Pretzler
,
A.
Saemann
,
A.
Pukhov
,
D.
Rudolph
,
T.
Schätz
,
U.
Schramm
,
P.
Thirolf
,
D.
Habs
,
K.
Eidmann
,
G. D.
Tsakiris
,
J.
Meyer-ter-Vehn
, and
K. J.
Witte
,
Phys. Rev. E
58
,
1165
(
1998
).
2.
P. A.
Norreys
,
A. P.
Fews
,
F. N.
Beg
,
A. R.
Bell
,
A. E.
Dangor
,
P.
Lee
,
M. B.
Nelson
,
H.
Schmidt
,
M.
Tatarakis
, and
M. D.
Cable
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
40
,
175
(
2004
).
3.
L.
Disdier
,
J.-P.
Garçonnet
,
G.
Malka
, and
J.-L.
Miquel
,
Phys. Rev. Lett.
82
,
1454
(
1999
).
4.
T.
Ditmire
,
J.
Zweiback
,
V. P.
Yanovsky
,
T. E.
Cowan
,
G.
Hays
, and
K. B.
Wharton
,
Nature (London)
398
,
489
(
1999
).
5.
K. W.
Madison
,
P. K.
Patel
,
D.
Price
,
A.
Edens
,
M.
Allen
,
T. E.
Cowan
,
J.
Zweiback
, and
T.
Ditmire
,
Phys. Plasmas
11
,
270
(
2004
).
6.
N.
Izumi
,
Y.
Sentoku
,
H.
Habara
,
K.
Takahashi
,
F.
Ohtani
,
T.
Sonomoto
,
R.
Kodama
,
T.
Norimatsu
,
H.
Fujita
,
Y.
Kitagawa
,
K.
Mima
,
K. A.
Tanaka
, and
T.
Yamanaka
,
Phys. Rev. E
65
,
036413
(
2002
).
7.
S.
Fritzler
,
Z.
Najmudin
,
V.
Malka
,
K.
Krushelnick
,
C.
Marle
,
B.
Walton
,
M. S.
Wei
,
R. J.
Clarke
, and
A. E.
Dangor
,
Phys. Rev. Lett.
89
,
165004
(
2002
).
8.
S.
Karsch
,
S.
Düsterer
,
H.
Schwoerer
,
F.
Ewald
,
D.
Habs
,
M.
Hegelich
,
G.
Pretzler
,
A.
Pukhov
,
K.
Witte
, and
R.
Sauerbrey
,
Phys. Rev. Lett.
91
,
015001
(
2003
).
9.
H.
Habara
,
R.
Kodama
,
Y.
Sentoku
,
N.
Izumi
,
Y.
Kitagawa
,
K. A.
Tanaka
,
K.
Mima
, and
T.
Yamanaka
,
Phys. Rev. E
70
,
046414
(
2004
).
10.
G. M.
Petrov
and
J.
Davis
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
50
,
015004
(
2008
).
11.
E. L.
Clark
,
K.
Krushelnick
,
J. R.
Davies
,
M.
Zepf
,
M.
Tatarakis
,
F. N.
Beg
,
A.
Machacek
,
P. A.
Norreys
,
M. I. K.
Santala
,
I.
Watts
, and
A. E.
Dangor
,
Phys. Rev. Lett.
84
,
670
(
2000
).
12.
A.
Maksimchuk
,
S.
Gu
,
K.
Flippo
,
D.
Umstadter
, and
V. Yu.
Bychenkov
,
Phys. Rev. Lett.
84
,
4108
(
2000
).
13.
L. O.
Silva
,
M.
Marti
,
J. R.
Davies
,
R. A.
Fonseca
,
C.
Ren
,
F. S.
Tsung
, and
W. B.
Mori
,
Phys. Rev. Lett.
92
,
015002
(
2004
).
14.
C. L.
Ellison
and
J.
Fuchs
,
Phys. Plasmas
17
,
113105
(
2010
).
15.
S. P.
Hatchett
,
C. G.
Brown
,
T. E.
Cowan
,
E. A.
Henry
,
J. S.
Johnson
,
M. H.
Key
,
J. A.
Koch
,
A. B.
Langdon
,
B. F.
Lasinski
,
R. W.
Lee
,
A. J.
Mackinnon
,
D. M.
Pennington
,
M. D.
Perry
,
T. W.
Phillips
,
M.
Roth
,
T. C.
Sangster
,
M. S.
Singh
,
R. A.
Snavely
,
M. A.
Stoyer
,
S. C.
Wilks
, and
K.
Yasuike
,
Phys. Plasmas
7
,
2076
(
2000
).
16.
L.
Willingale
,
G. M.
Petrov
,
A.
Maksimchuk
,
J.
Davis
,
R. R.
Freeman
,
T.
Matsuoka
,
C. D.
Murphy
,
V. M.
Ovchinnikov
,
L.
Van Woerkom
, and
K.
Krushelnick
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
53
,
014011
(
2011
).
17.
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
(
2000
).
18.
K. L.
Lancaster
,
S.
Karsch
,
H.
Habara
,
F. N.
Beg
,
E. L.
Clark
,
R.
Freeman
,
M. H.
Key
,
J. A.
King
,
R.
Kodama
,
K.
Krushelnick
,
K. W. D.
Ledingham
,
P.
McKenna
,
C. D.
Murphy
,
P. A.
Norreys
,
R.
Stephens
,
C.
Stöeckl
,
Y.
Toyama
,
M. S.
Wei
, and
M.
Zepf
,
Phys. Plasmas
11
,
3404
(
2004
).
19.
J. M.
Yang
,
P.
McKenna
,
K. W. D.
Ledingham
,
T.
McCanny
,
L.
Robson
,
S.
Shimizu
,
R. P.
Singhal
,
M. S.
Wei
,
K.
Krushelnick
,
R. J.
Clarke
,
D.
Neely
, and
P. A.
Norreys
,
J. Appl. Phys.
96
,
6912
(
2004
).
20.
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
,
N.
Nakanii
,
K. A.
Tanaka
, and
F. N.
Beg
,
Phys. Plasmas
17
,
100701
(
2010
).
21.
J.
Davis
,
G. M.
Petrov
,
Tz.
Petrova
,
L.
Willingale
,
A.
Maksimchuk
, and
K.
Krushelnick
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
52
,
045015
(
2010
).
22.
V. S.
Belyaev
,
V. I.
Vinogradov
,
A. P.
Matafonov
,
S. M.
Rybakov
,
V. P.
Krainov
,
V. S.
Lisitsa
,
V. P.
Andrianov
,
G. N.
Ignatiev
,
V. S.
Bushuev
,
A. I.
Gromov
,
A. S.
Rusetsky
, and
V. A.
Dravin
,
Phys. At. Nucl.
72
,
1077
(
2009
).
23.
T.
Žagar
,
J.
Galy
,
J.
Magill
, and
M.
Kellett
,
New J. Phys.
7
,
253
(
2005
).
24.
A.
Youssef
and
R.
Kodama
,
Nucl. Fusion
50
,
035010
(
2010
).
25.
J.
Fuchs
,
Y.
Sentoku
,
S.
Karsch
,
J.
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
,
H.
Pépin
,
H.
Popescu
,
N.
Renard-LeGalloudec
,
M.
Roth
,
J.
Schreiber
,
R.
Stephens
, and
T. E.
Cowan
,
Phys. Rev. Lett.
94
,
045004
(
2005
).
26.
R. A.
Forster
,
L. J.
Cox
,
R. F.
Barrett
,
T. E.
Booth
,
J. F.
Briesmeister
,
F. B.
Brown
,
J. S.
Bull
,
G. C.
Geisler
,
J. T.
Goorley
,
R. D.
Mosteller
,
S. E.
Post
,
R. E.
Prael
,
E. C.
Selcow
, and
A.
Sood
,
Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B
213
,
82
(
2004
).
27.
G. M.
Petrov
and
J.
Davis
,
Comput. Phys. Commun.
179
,
868
(
2008
).
28.
G. M.
Petrov
,
L.
Willingale
,
J.
Davis
,
Tz.
Petrova
,
A.
Maksimchuk
, and
K.
Krushelnick
,
Phys. Plasmas
17
,
103111
(
2010
).
29.
J.
Davis
and
G. M.
Petrov
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
50
,
065016
(
2008
).
30.
T. A.
Mehlhorn
,
J. Appl. Phys.
52
,
6522
(
1981
).
31.
J. F.
Ziegler
,
J. Appl. Phys.
85
,
1249
(
1999
).
32.
J. P.
Biersack
and
L. G.
Haggmark
,
Nucl. Instrum. Methods
174
,
257
(
1980
).
33.
J. D.
Jackson
,
Classical Electrodynamics
(
Wiley
,
New York
,
1975
), p.
647
.
34.
J. M.
Dawson
,
H. P.
Furth
, and
F. H.
Tenney
,
Phys. Rev. Lett.
26
,
1156
(
1971
).
35.
F.
Santini
,
Nucl. Fusion
46
,
225
(
2006
).
36.
M.
Sherlock
,
S. J.
Rose
, and
A. P. L.
Robinson
,
Phys. Rev. Lett.
99
,
255003
(
2007
).
37.
J. J.
Honrubia
,
A. A.
Antonicci
, and
D.
Moreno
,
Laser Part. Beams
22
,
129
(
2004
).
You do not currently have access to this content.