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 13MeV, energy spread 24%, and ∼nC charge at the focused laser intensity 1020W/cm2.

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
).
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
).
You do not currently have access to this content.