We propose a scheme to generate 10 MeV-level quasimonoenergetic proton bunches using proton-doped heavy-ion targets irradiated by intense lasers via target normal sheath acceleration. The heavy substrate ions provide a long-life quasi-stable sheath field to accelerate the doped protons at the target rear and consequently a quasimonoenergetic proton bunch is produced. The scheme is demonstrated by two-dimensional particle-in-cell simulations. An exemplificative simulation with parameters of targets made by ion-implant technique, a kind of modern doping process, gives a quasimonoenergetic bunch with peak energy , energy spread , and ∼nC charge at the focused laser intensity .
REFERENCES
1.
S. V.
Bulanov
and V. S.
Khoroshkov
, Plasma Phys. Rep.
28
, 453
(2002
);U.
Linz
and J.
Alonso
, Phys. Rev. ST Accel. Beams
10
, 094801
(2007
).2.
M.
Borghesi
, D. H.
Campbell
, A.
Schiavi
, M. G.
Haines
, O.
Willi
, A. J.
MacKinnon
, P.
Patel
, L. A.
Gizzi
, M.
Galimberti
, R. J.
Clarke
, F.
Pegoraro
, H.
Ruhl
, and S.
Bulanov
, Phys. Plasmas
9
, 2214
(2002
).3.
M.
Roth
, T. E.
Cowan
, M. H.
Key
, S. P.
Hatchett
, C.
Brown
, W.
Fountain
, J.
Johnson
, D. M.
Pennington
, R. A.
Snavely
, S. C.
Wilks
, K.
Yasuike
, H.
Ruhl
, F.
Pegoraro
, S. V.
Bulanov
, E. M.
Campbell
, M. D.
Perry
, and H.
Powell
, Phys. Rev. Lett.
86
, 436
(2001
).4.
K.
Krushelnick
, E. L.
Clark
, R.
Allott
, F. N.
Beg
, C. N.
Danson
, A.
Machacek
, V.
Malka
, Z.
Najmudin
, D.
Neely
, P. A.
Norreys
, M. R.
Salvati
, M. I. K.
Santala
, M.
Tatarakis
, I.
Watts
, M.
Zepf
, and A. E.
Dangor
, IEEE Trans. Plasma Sci.
28
, 1110
(2000
).5.
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
).6.
P.
Mora
, Phys. Rev. Lett.
90
, 185002
(2003
).7.
M.-Q.
He
, Q.-L.
Dong
, Z.-M.
Sheng
, S.-M.
Weng
, M.
Chen
, H.-C.
Wu
, and J.
Zhang
, Phys. Rev. E
76
, 035402
(2007
);C. A. J.
Palmer
, N. P.
Dover
, I.
Pogorelsky
, M.
Babzien
, G. I.
Dudnikova
, M.
Ispiriyan
, M. N.
Polyanskiy
, J.
Schreiber
, P.
Shkolnikov
, V.
Yakimenko
, and Z.
Najmudin
, Phys. Rev. Lett.
106
, 014801
(2011
);
[PubMed]
D.
Haberberger
, S.
Tochitsky
, F.
Fiuza
, C.
Gong
, R. A.
Fonseca
, L. O.
Silva
, W. B.
Mori
, and C.
Joshi
, Nat. Phys.
8
, 95
(2012
).8.
A. P. L.
Robinson
, M.
Zepf
, S.
Kar
, R. G.
Evans
, and C.
Bellei
, New J. Phys.
10
, 013021
(2008
);T.
Esirkepov
, M.
Borghesi
, S. V.
Bulanov
, G.
Mourou
, and T.
Tajima
, Phys. Rev. Lett.
92
, 175003
(2004
);
[PubMed]
X. Q.
Yan
, C.
Lin
, Z. M.
Sheng
, Z. Y.
Guo
, B. C.
Liu
, Y. R.
Lu
, J. X.
Fang
, and J. E.
Chen
, Phys. Rev. Lett.
100
, 135003
(2008
);
[PubMed]
X.
Zhang
, B.
Shen
, X.
Li
, Z.
Jin
, and F.
Wang
, Phys. Plasmas
14
, 073101
(2007
).9.
L.
Yin
, B. J.
Albright
, B. M.
Hegelich
, and J. C.
Fernandez
, Laser Part. Beams
24
, 291
(2006
).10.
J.
Zheng
, Z.-M.
Sheng
, J.-L.
Liu
, W.-M.
Zhou
, H.
Xu
, and J.
Zhang
, Phys. Plasmas
18
, 113103
(2011
);H.
Schwoerer
, S.
Pfotenhauer
, O.
Jackel
, K. U.
Amthor
, B.
Liesfeld
, W.
Ziegler
, R.
Sauerbrey
, K. W. D.
Ledingham
, and T.
Esirkepov
, Nature
439
, 445
(2006
);
[PubMed]
A. P. L.
Robinson
and P.
Gibbon
, Phys. Rev. E
75
, 015401
(2007
).11.
J.-M.
Li
, Appl. Phys. Lett.
55
, 2223
(1989
);A. M.
Lamoise
, J.
Chaumont
, F.
Meunier
, and H.
Bernas
, J. Phys. (France) Lett.
36
, 271
(1975
).12.
M.
Chen
, Z. M.
Sheng
, J.
Zheng
, Y. Y.
Ma
, and J.
Zhang
, Chin. J. Comput. Phys.
25
, 43
(2008
);W. M.
Wang
, Z. M.
Sheng
, P. A.
Norreys
, M.
Sherlock
, R.
Trines
, A. P. L.
Robinson
, Y. T.
Li
, B.
Hao
, and J.
Zhang
, J. Phys.: Conf. Ser.
244
, 022070
(2010
).13.
Y.
Ping
, R.
Shepherd
, B. F.
Lasinski
, M.
Tabak
, H.
Chen
, H. K.
Chung
, K. B.
Fournier
, S. B.
Hansen
, A.
Kemp
, D. A.
Liedahl
, K.
Widmann
, S. C.
Wilks
, W.
Rozmus
, and M.
Sherlock
, Phys. Rev. Lett.
100
, 085004
(2008
).14.
A. P. L.
Robinson
, A. R.
Bell
, and R. J.
Kingham
, Phys. Rev. Lett.
96
, 035005
(2006
).15.
S. C.
Wilks
, W. L.
Kruer
, M.
Tabak
, and A. B.
Langdon
, Phys. Rev. Lett.
69
, 1383
(1992
).16.
J. F.
Ziegler
, J. Appl. Phys.
85
, 1249
(1999
).© 2013 American Institute of Physics.
2013
American Institute of Physics
You do not currently have access to this content.