Using high-energy (∼0.5 GeV) electron beams generated by laser wakefield acceleration (LWFA), bremsstrahlung radiation was created by interacting these beams with various solid targets. Secondary processes generate high-energy electrons, positrons, and neutrons, which can be measured shot-to-shot using magnetic spectrometers, short half-life activation, and Compton scattering. Presented here are proof-of-principle results from a high-resolution, high-energy gamma-ray spectrometer capable of single-shot operation, and high repetition rate activation diagnostics. We describe the techniques used in these measurements and their potential applications in diagnosing LWFA electron beams and measuring high-energy radiation from laser-plasma interactions.

1.
T.
Tajima
and
J. M.
Dawson
,
Phys. Rev. Lett.
43
,
267
(
1979
).
2.
J.
Faure
,
Y.
Glinec
,
A.
Pukhov
,
S.
Kiselev
,
S.
Gordienko
,
E.
Lefebvre
,
J.-P.
Rousseau
,
F.
Burgy
, and
V.
Malka
,
Nature
431
,
541
(
2004
).
3.
C. G. R.
Geddes
,
C.
Toth
,
J.
van Tilborg
,
E.
Esarey
,
C. B.
Schroeder
,
D.
Bruhwiler
,
C.
Nieter
,
J.
Cary
, and
W. P.
Leemans
,
Nature
431
,
538
(
2004
).
4.
S. P. D.
Mangles
,
C. D.
Murphy
,
Z.
Najmudin
,
A. G. R.
Thomas
,
J. L.
Collier
,
A. E.
Dangor
,
E. J.
Divall
,
P. S.
Foster
,
J. G.
Gallacher
,
C. J.
Hooker
 et al.,
Nature
431
,
535
(
2004
).
5.
W. P.
Leemans
,
B.
Nagler
,
A. J.
Gonsalves
,
Cs.
Toth
,
K.
Nakamura
,
C. G. R.
Geddes
,
E.
Esarey
,
C. B.
Schroeder
, and
S. M.
Hooker
,
Nat. Phys.
2
,
696
(
2006
).
6.
S.
Kneip
,
S. R.
Nagel
,
S. F.
Martins
,
S. P. D.
Mangles
,
C.
Bellei
,
O.
Chekhlov
,
R. J.
Clarke
,
N.
Delerue
,
E. J.
Divall
,
G.
Doucas
,
K.
Ertel
,
F.
Fiuza
,
R.
Fonseca
,
P.
Foster
,
S. J.
Hawkes
,
C. J.
Hooker
,
K.
Krushelnick
,
W. B.
Mori
,
C. A. J.
Palmer
,
K.
Ta Phuoc
,
P. P.
Rajeev
,
J.
Schreiber
,
M. J. V.
Streeter
,
D.
Urner
,
J.
Vieira
,
L. O.
Silva
, and
Z.
Najmudin
,
Phys. Rev. Lett.
103
,
035002
(
2009
).
7.
X.
Wang
,
R.
Zgadzaj
,
N.
Fazel
,
Z.
Li
,
S. A.
Yi
,
X.
Zhang
,
W.
Henderson
,
Y.-Y.
Chang
,
R.
Korzekwa
,
H.-E.
Tsai
,
C.-H.
Pai
,
H.
Quevedo
,
G.
Dyer
,
E.
Gaul
,
M.
Martinez
,
A. C.
Bernstein
,
T.
Borger
,
M.
Spinks
,
M.
Donovan
,
V.
Khudik
,
G.
Shvets
,
T.
Ditmire
, and
M. C.
Downer
,
Nat. Commun.
4
,
1988
(
2013
).
8.
J.
Faure
,
C.
Rechatin
,
A.
Norlin
,
A.
Lifschitz
,
Y.
Glinec
, and
V.
Malka
,
Nature
444
,
737
(
2006
).
9.
C.
McGuffey
,
A. G. R.
Thomas
,
W.
Schumaker
,
T.
Matsuoka
,
V.
Chvykov
,
F. J.
Dollar
,
G.
Kalintchenko
,
V.
Yanovsky
,
A.
Maksimchuk
,
K.
Krushelnick
 et al.,
Phys. Rev. Lett.
104
,
025004
(
2010
).
10.
A.
Pak
,
K. A.
Marsh
,
S. F.
Martins
,
W.
Lu
,
W. B.
Mori
, and
C.
Joshi
,
Phys. Rev. Lett.
104
,
025003
(
2010
).
11.
B. B.
Pollock
,
C. E.
Clayton
,
J. E.
Ralph
,
F.
Albert
,
A.
Davidson
,
L.
Divol
,
C.
Filip
,
S. H.
Glenzer
,
K.
Herpoldt
,
W.
Lu
 et al. 
Phys. Rev. Lett.
107
,
045001
(
2011
).
12.
M.
Vargas
,
W.
Schumaker
,
V.
Chvykov
,
A.
Maksimchuk
,
V.
Yanovsky
,
K.
Krushelnick
, and
A. G. R.
Thomas
,
Appl. Phys. Lett.
(submitted).
13.
C. E.
Clayton
,
J. E.
Ralph
,
F.
Albert
,
R. A.
Fonseca
,
S. H.
Glenzer
,
C.
Joshi
,
W.
Lu
,
K. A.
Marsh
,
S. F.
Martins
,
W. B.
Mori
 et al.,
Phys. Rev. Lett.
105
,
105003
(
2010
).
14.
S. P. D.
Mangles
 et al.,
Phys. Rev. Lett.
96
,
215001
(
2006
).
15.
O.
Lundh
,
J.
Lim
,
C.
Rechatin
,
L.
Ammoura
,
A.
Ben-Ismail
,
X.
Davoine
,
G.
Gallot
,
J.-P.
Goddet
,
E.
Lefebvre
,
V.
Malka
 et al.,
Nat. Phys.
7
,
219
(
2011
).
16.
S.
Kneip
,
C.
McGuffey
,
J. L.
Martins
,
S. F.
Martins
,
C.
Bellei
,
V.
Chvykov
,
F.
Dollar
,
R.
Fonseca
,
C.
Huntington
,
G.
Kalintchenko
 et al.,
Nat. Phys.
6
,
980
(
2010
).
17.
S.
Cipiccia
,
M. R.
Islam
,
B.
Ersfeld
,
R. P.
Shanks
,
E.
Brunetti
,
G.
Vieux
,
X.
Yang
,
R. C.
Issac
,
S. M.
Wiggins
,
G. H.
Welsh
 et al.,
Nat. Phys.
7
,
867
(
2011
).
18.
W. P.
Leemans
,
D.
Rodgers
,
P. E.
Catravas
,
C. G. R.
Geddes
,
G.
Fubiani
,
E.
Esarey
,
B. A.
Shadwick
,
R.
Donahue
, and
A.
Smith
,
Phys. Plasmas
8
,
2510
(
2001
).
19.
K.
Ta Phuoc
,
S.
Corde
,
C.
Thaury
,
V.
Malka
,
A.
Tafzi
,
J.-P.
Goddet
,
R. C.
Shah
,
S.
Sebban
, and
A.
Rousse
,
Nat. Photonics
6
,
308
(
2012
).
20.
S.
Chen
,
N. D.
Powers
,
I.
Ghebregziabher
,
C. M.
Maharjan
,
C.
Liu
,
G.
Golovin
,
S.
Banerjee
,
J.
Zhang
,
N.
Cunningham
,
A.
Moorti
 et al.,
Phys. Rev. Lett.
110
,
155003
(
2013
).
21.
F. V.
Hartemann
,
F.
Albert
,
C. W.
Siders
, and
C. P. J.
Barty
,
Phys. Rev. Lett.
105
,
130801
(
2010
).
22.
Y.-Y.
Lau
,
F.
He
,
D. P.
Umstadter
, and
R.
Kowalczyk
,
Phys. Plasmas
10
,
2155
(
2003
).
23.
A. G. R.
Thomas
,
C. P.
Ridgers
,
S. S.
Bulanov
,
B. J.
Griffin
, and
S. P. D.
Mangles
,
Phys. Rev. X
2
,
041004
(
2012
).
24.
A.
Di Piazza
,
C.
Müller
,
K. Z.
Hatsagortsyan
, and
C. H.
Keitel
,
Rev. Mod. Phys.
84
,
1177
(
2012
).
25.
S.
Corde
,
K.
Ta Phuoc
,
G.
Lambert
,
R.
Fitour
,
V.
Malka
,
A.
Rousse
,
A.
Beck
, and
E.
Lefebvre
,
Rev. Mod. Phys.
85
,
1
(
2013
).
26.
S. A.
Reed
,
V.
Chvykov
,
G.
Kalintchenko
,
T.
Matsuoka
,
P.
Rousseau
,
V.
Yanovsky
,
C. R.
Vane
,
J. R.
Beene
,
D.
Stracener
,
D. R.
Schultz
, and
A.
Maksimchuk
,
Appl. Phys. Lett.
89
,
231107
(
2006
).
27.
V.
Yanovsky
,
V.
Chvykov
,
G.
Kalinchenko
,
P.
Rousseau
,
T.
Planchon
,
T.
Matsuoka
,
A.
Maksimchuk
,
J.
Nees
,
G.
Cheriaux
,
G.
Mourou
 et al.,
Opt. Express
16
,
2109
(
2008
).
28.
K. A.
Tanaka
,
T.
Yabuuchi
,
T.
Sato
,
R.
Kodama
,
Y.
Kitagawa
,
T.
Takahashi
,
T.
Ikeda
,
Y.
Honda
, and
S.
Okuda
,
Rev. Sci. Instrum.
76
,
013507
(
2005
).
29.
J. D.
Jackson
,
Classical Electrodynamics
, 3rd ed. (
John Wiley and Sons Inc.
,
New York
,
1999
).
30.
H.
Bethe
and
W.
Heitler
,
Proc. R. Soc. London, Ser. A
146
,
83
(
1934
).
31.
G.
Sarri
,
W.
Schumaker
,
A.
Di Piazza
,
M.
Vargas
,
B.
Dromey
,
M. E.
Dieckmann
,
V.
Chvykov
,
A.
Maksimchuk
,
V.
Yanovsky
,
Z.
He
 et al.,
Phys. Rev. Lett.
110
,
255002
(
2013
).
32.
G.
Sarri
,
W.
Schumaker
,
A.
Di Piazza
,
K.
Poder
,
J. M.
Cole
,
M.
Vargas
,
D.
Doria
,
S.
Kushel
,
B.
Dromey
,
G.
Grittani
,
L.
Gizzi
,
M. E.
Dieckmann
,
A.
Green
,
V.
Chvykov
,
A.
Maksimchuk
,
V.
Yanovsky
,
Z.
He
,
B.
Hou
,
J. A.
Nees
,
S.
Kar
,
Z.
Najmudin
,
A. G. R.
Thomas
,
C. H.
Keitel
,
K.
Krushelnick
, and
M.
Zepf
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
55
,
124017
(
2013
).
33.
G.
Sarri
,
K.
Poder
,
J. M.
Cole
,
W.
Schumaker
,
A.
Di Piazza
,
B.
Reville
,
D.
Doria
,
M.
Vargas
,
S.
Kar
,
S.
Kushel
,
A.
Green
,
B.
Dromey
,
G.
Grittani
,
L.
Gizzi
,
A. G. R.
Thomas
,
S. P. D.
Mangles
,
Z.
Najmudin
,
C. H.
Keitel
,
K.
Krushelnick
, and
M.
Zepf
,
Phys. Rev. Lett.
(submitted); preprint arXiv:1312.2011.
34.
G.
Battistoni
,
F.
Cerutti
,
A.
Fasso
,
A.
Ferrari
,
S.
Muraro
,
J.
Ranft
,
S.
Roesler
, and
P. R.
Sala
,
AIP Conf. Proc.
896
,
31
(
2007
).
35.
C.
Courtois
,
A.
Compant La Fontaine
,
O.
Landoas
,
G.
Lidove
,
V.
Méot
,
P.
Morel
,
R.
Nuter
,
E.
Lefebvre
,
A.
Boscheron
,
J.
Grenier
 et al.,
Phys. Plasmas
16
,
013105
(
2009
).
36.
K. W. D.
Ledingham
,
I.
Spencer
,
T.
McCanny
,
R. P.
Singhal
,
M. I. K.
Santala
,
E.
Clark
,
I.
Watts
,
F. N.
Beg
,
M.
Zepf
,
K.
Krushelnick
 et al.,
Phys. Rev. Lett.
84
,
899
(
2000
).
You do not currently have access to this content.