Almost fully stripped Fe ions accelerated up to 0.9 GeV are demonstrated with a 200 TW femtosecond high-intensity laser irradiating a micron-thick Al foil with Fe impurity on the surface. An energetic low-emittance high-density beam of heavy ions with a large charge-to-mass ratio can be obtained, which is useful for many applications, such as a compact radio isotope source in combination with conventional technology.
References
1.
G. A.
Mourou
, T.
Tajima
, and S. V.
Bulanov
, Rev. Mod. Phys.
78
, 309
(2006
).2.
H.
Daido
, M.
Nishiuchi
, and A.
Pirozhkov
, Rep. Prog. Phys.
75
, 056401
(2012
).3.
A.
Macchi
, M.
Borghesi
, and M.
Passoni
, Rev. Mod. Phys.
85
, 751
(2013
).4.
S. V.
Bulanov
, J. J.
Wilkens
, M.
Molls
, T.
Zh. Esirkepov
, G.
Korn
, G.
Kraft
, S. D.
Kraft
, and V. S.
Khoroshkov
, Phys.-Usp.
57
, 1265
(2014
).5.
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
).6.
A.
Picciotto
, D.
Margarone
, A.
Velyhan
, P.
Bellutti
, J.
Krasa
, A.
Szydlowsky
, G.
Bertuccio
, Y.
Shi
, A.
Mangione
, J.
Prokupek
, A.
Malinowska
, E.
Krousky
, J.
Ullschmied
, L.
Laska
, M.
Kucharik
, and G.
Korn
, Phys. Rev. X.
4
, 031030
(2014
).7.
S.-W.
Bahk
, P.
Rousseau
, T. A.
Planchon
, V.
Chvykov
, G.
Kalintchenko
, A.
Maksimchuk
, G. A.
Mourou
, and V.
Yanovsky
, Opt. Lett.
29
, 2837
(2004
).8.
K.
Ogura
, M.
Nishiuchi
, A. S.
Pirozhkov
, T.
Tanimoto
, A.
Sagisaka
, T.
Zh. Esirkepov
, M.
Kando
, T.
Shizuma
, T.
Hayakawa
, H.
Kiriyama
, T.
Shimomura
, S.
Kondo
, S.
Kanazawa
, Y.
Nakai
, H.
Sasao
, F.
Sasao
, Y.
Fukuda
, H.
Sakaki
, M.
Kanasaki
, A.
Yogo
, S. V.
Bulanov
, P. R.
Bolton
, and K.
Kondo
, Opt. Lett.
37
, 2868
(2012
).9.
D.
Jung
, L.
Yin
, D. C.
Gautier
, H.-C.
Wu
, S.
Letzring
, B.
Dromey
, R.
Shah
, S.
Palaniyappan
, T.
Shimada
, R. P.
Johnson
, J.
Schreiber
, D.
Habs
, J. C.
Fernández
, B. M.
Hegelich
, and B. J.
Albright
, Phys. Plasmas
20
, 083103
(2013
).10.
I. J.
Kim
, K. H.
Pae
, C. M.
Kim
, H. T.
Kim
, J. H.
Sung
, S. K.
Lee
, T. J.
Yu
, I. W.
Choi
, C.-L.
Lee
, K. H.
Nam
, P. V.
Nickles
, T. M.
Jeong
, and J.
Lee
, Phys. Rev. Lett.
111
, 165003
(2013
).11.
T. E.
Cowan
, J.
Fuchs
, H.
Ruhl
, A.
Kemp
, P.
Audebert
, M.
Roth
, R.
Stephens
, I.
Barton
, A.
Blazevic
, E.
Brambrink
, J.
Cobble
, J.
Fernández
, J.-C.
Gauthier
, M.
Geissel
, M.
Hegelich
, J.
Kaae
, S.
Karsch
, G. P.
Le Sage
, S.
Letzring
, M.
Manclossi
, S.
Meyroneinc
, A.
Newkirk
, H.
Pepin
, and N.
Renard-LeGalloudec
, Phys. Rev. Lett.
92
, 204801
(2004
).12.
M.
Borghesi
, A.
Schiavi
, D. H.
Campbell
, M. G.
Haines
, O.
Willi
, A. J.
MacKinnon
, L. A.
Gizzi
, M.
Galimberti
, R. J.
Clarke
, and H.
Ruhl
, Plasma Phys. Controlled Fusion
43
, A267
(2001
).13.
P.
McKenna
, K. W. D.
Ledingham
, J. M.
Yang
, L.
Robson
, T.
McCanny
, S.
Shimizu
, R. J.
Clarke
, D.
Neely
, K.
Spohr
, R.
Chapman
, R. P.
Singhal
, K.
Krushelnick
, M. S.
Wei
, and P. A.
Norreys
, Phys. Rev. E
70
, 036405
(2004
).14.
J.
Shreiber
, M.
Kaluza
, F.
Gruner
, U.
Schramm
, B. M.
Hegelich
, J.
Cobble
, M.
Geissler
, E.
Brambrink
, J.
Fuchs
, P.
Audebert
, D.
Habs
, and K.
Witte
, Appl. Phys. B
79
, 1041
(2004
).15.
A. V.
Korzhimanov
, E. S.
Efimenko
, S. V.
Golubev
, and A. V.
Kim
, Phys. Rev. Lett.
109
, 245008
(2012
).16.
S. V.
Bulanov
and V. S.
Khoroshkov
, Plasma Phys. Rep.
28
, 453
(2002
).17.
T.
Zh. Esirkepov
, S. V.
Bulanov
, K.
Nishihara
, T.
Tajima
, F.
Pegoraro
, V. S.
Khoroshkov
, K.
Mima
, H.
Daido
, Y.
Kato
, Y.
Kitagawa
, K.
Nagai
, and S.
Sakabe
, Phys. Rev. Lett.
89
, 175003
(2002
).18.
B. M.
Hegelich
, B. J.
Albright
, J.
Cobble
, K.
Flippo
, S.
Letzring
, M.
Paffett
, H.
Ruhl
, J.
Schreiber
, R. K.
Schulze
, and J. C.
Fernández
, Nature
439
, 441
(2006
).19.
H.
Schwoerer
, S.
Pfotenhauer
, O.
Jäckel
, K.-U.
Amthor
, B.
Liesfeld
, W.
Ziegler
, R.
Sauerbrey
, K. W. D.
Ledingham
, and T.
Esirkepov
, Nature
439
, 445
(2006
).20.
H.
Kiriyama
, M.
Mori
, Y.
Nakai
, T.
Shimomura
, H.
Sasao
, M.
Tanoue
, K.
Kanazawa
, D.
Wakai
, F.
Sasao
, H.
Okada
, I.
Daito
, M.
Suzuki
, S.
Kondo
, K.
Kondo
, A.
Sugiyama
, P. R.
Bolton
, A.
Yokoyama
, H.
Daido
, S.
Kawanishi
, T.
Kimura
, and T.
Tajima
, Opt. Lett.
35
, 1497
(2010
).21.
A. S.
Pirozhkov
, I. W.
Choi
, J. H.
Sung
, S. K.
Lee
, T. J.
Yu
, T. M.
Jeong
, I. J.
Kim
, N.
Hafz
, C. M.
Kim
, K. H.
Pae
, Y.-C.
Noh
, D.-K.
Ko
, J.
Lee
, A. P. L.
Robinson
, P.
Foster
, S.
Hawkes
, M.
Streeter
, C.
Spindloe
, P.
McKenna
, D. C.
Carroll
, C.-G.
Wahlström
, M.
Zepf
, D.
Adams
, B.
Dromey
, K.
Markey
, S.
Kar
, Y. T.
Li
, M. H.
Xu
, H.
Nagatomo
, M.
Mori
, A.
Yogo
, H.
Kiriyama
, K.
Ogura
, A.
Sagisaka
, S.
Orimo
, M.
Nishiuchi
, H.
Sugiyama
, T.
Zh. Esirkepov
, H.
Okada
, S.
Kondo
, S.
Kanazawa
, Y.
Nakai
, A.
Akutsu
, T.
Motomura
, M.
Tanoue
, T.
Shimomura
, M.
Ikegami
, I.
Daito
, M.
Kando
, T.
Kameshima
, P.
Bolton
, S. V.
Bulanov
, H.
Daido
, and D.
Neely
, Appl. Phys. Lett.
94
, 241102
(2009
).22.
T.
Yamauchi
, K.
Matsukawa
, Y.
Mori
, M.
Kanasaki
, A.
Hattori
, Y.
Matai
, T.
Kusumoto
, A.
Tao
, K.
Oda
, S.
Kodaira
, T.
Konishi
, H.
Kitamura
, N.
Yasuda
, and R.
Barillon
, Appl. Phys. Express
6
, 046401
(2013
).23.
See http://www.nirs.go.jp/ENG/core/index.shtml for the information on accelerator at HIMAC in Chiba, Japan.
24.
T.
Sato
, K.
Niita
, N.
Matsuda
, S.
Hashimoto
, Y.
Iwamoto
, S.
Noda
, T.
Ogawa
, H.
Iwase
, H.
Nakashima
, T.
Fukahori
, K.
Okumura
, T.
Kai
, S.
Chiba
, T.
Furuta
, L.
Sihver
, and PHITS, version 2.52
, J. Nucl. Sci. Technol.
50
, 913
(2013
).25.
T. A.
Pikuz
, A.
Ya. Faenov
, S. A.
Pikuz
, V. M.
Romanova
, and T. A.
Shelkovenko
, J. X-Ray Sci. Technol.
3
, 323
(1995
).26.
T. R.
Kallman
and P.
Palmeri
, Rev. Mod. Phys.
79
, 79
(2007
).27.
M. A.
Purvis
, V. N.
Shlyaptsev
, R.
Hollinger
, C.
Bargsten
, A.
Pukhov
, A.
Prieto
, Y.
Wang
, B. M.
Luther
, L.
Yin
, S.
Wang
, and J. J.
Rocca
, Nat. Photonics
7
, 796
(2013
).28.
J.
Colgan
, J.
Abdallah
, Jr., A.
Ya. Faenov
, S. A.
Pikuz
, E.
Wagenaars
, N.
Booth
, O.
Culfa
, R. J.
Dance
, R. G.
Evans
, R. J.
Gray
, T.
Kaempfer
, K. L.
Lancaster
, P.
McKenna
, A. L.
Rossall
, I.
Yu. Skobelev
, K. S.
Schulze
, I.
Uschmann
, A. G.
Zhidkov
, and N. C.
Woolsey
, Phys. Rev. Lett.
110
, 125001
(2013
).29.
H.-K.
Chung
, M. H.
Chen
, W. L.
Morgan
, Yu.
Ralchenko
, and R. W.
Lee
, High Energy Density Phys.
1
, 3
(2005
).30.
D. C.
Carroll
, P.
Brummitt
, D.
Neely
, F.
Lindau
, O.
Lundh
, C.-G.
Wahlstrom
, and P.
McKenna
, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A
620
, 23
(2010
).31.
T.
Esirkepov
, Comput. Phys. Commun.
135
, 144
(2001
).32.
T.
Zh. Esirkepov
, J.
Koga
, A.
Sunahara
, T.
Morita
, M.
Nishikino
, K.
Kageyama
, H.
Nagatomo
, K.
Nishihara
, A.
Sagisaka
, H.
Kotaki
, T.
Nakamura
, Y.
Fukuda
, H.
Okada
, A. S.
Pirozhkov
, A.
Yogo
, M.
Nishiuchi
, H.
Kiriyama
, K.
Kondo
, M.
Kando
, and S. V.
Bulanov
, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A
745
, 150
(2014
).33.
S. V.
Bulanov
, H.
Daido
, T.
Zh. Esirkepov
, V. S.
Khoroshkov
, J.
Koga
, K.
Nishihara
, F.
Prgoraro
, T.
Tajima
, and M.
Yamagiwa
, AIP Conf. Proc.
740
, 414
(2004
).34.
M.
Nishiuchi
, A.
Fukumi
, H.
Daido
, Z.
Li
, A.
Sagisaka
, K.
Ogura
, S.
Orimo
, M.
Kado
, Y.
Hayashi
, M.
Mori
, S. V.
Bulanov
, T.
Esirkepov
, K.
Nemotod
, Y.
Oishi
, T.
Nayuki
, T.
Fujii
, A.
Noda
, Y.
Iwashita
, T.
Shirai
, and S.
Nakamura
, Phys. Lett. A
357
, 339
–344
(2006
).35.
A. V.
Gurevich
, L. V.
Pariiskaya
, and L. P.
Pitaevskii
, Sov. Phys. JETP
22
, 449
(1966
), see http://www.jetp.ac.ru/cgi-bin/e/index/e/36/2/p274?a=list.36.
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
).37.
G.
Hoffmeister
, C.
Bellei
, K.
Harres
, D.
Ivanov
, D.
Kraus
, A.
Pelka
, B.
Rethfeld
, G.
Schaumann
, and M.
Roth
, Phys. Rev. Spec. Top. Accel. Beams
16
, 041304
(2013
).38.
J. G.
Alessi
, D.
Barton
, E.
Beebe
, S.
Bellavia
, O.
Gould
, A.
Kponou
, R.
Lambiase
, R.
Lockey
, A.
McNerney
, M.
Mapes
, Y.
Marneris
, M.
Okamura
, D.
Phillips
, Al.
Pikin
, D.
Raparia
, J.
Ritter
, L.
Snydstrup
, C.
Theisen
, and M.
Willinski
, Rev. Sci. Instrum.
81
, 02A509
(2010
).39.
H. B.
Michaelson
, J. Appl. Phys.
48
, 4729
(1977
).40.
T.
Toncian
, M.
Borghesi
, J.
Fuchs
, E.
d'Humie`res
, P.
Antici
, P.
Audebert
, E.
Brambrink
, C. A.
Cecchetti
, A.
Pipahl
, L.
Romagnani
, and O.
Willi
, Science
312
, 410
(2006
).41.
S.
Kar
, K.
Markey
, P. T.
Simpson
, C.
Bellei
, J. S.
Green
, S. R.
Nagel
, S.
Kneip
, D. C.
Carroll
, B.
Dromey
, L.
Willingale
, E. L.
Clark
, P.
McKenna
, Z.
Najmudin
, K.
Krushelnick
, P.
Norreys
, R. J.
Clarke
, D.
Neely
, M.
Borghesi
, and M.
Zepf
, Phys. Rev. Lett.
100
, 105004
(2008
).42.
M.
Nishiuchi
, A. S.
Pirozhkov
, H.
Sakaki
, K.
Ogura
, T.
Zh. Esirkepov
, T.
Tanimoto
, M.
Kanasaki
, A.
Yogo
, T.
Hori
, A.
Sagisaka
, Y.
Fukuda
, Y.
Matsumoto
, S.
Entani
, S.
Sakai
, C. M.
Brenner
, D.
Neely
, T.
Yamauchi
, S. V.
Bulanov
, and K.
Kondo
, Phys. Plasmas
19
, 030706
(2012
).43.
S.
Ter-Avetisyan
, M.
Schnürer
, R.
Polster
, P. V.
Nickles
, and W.
Sandner
, Laser Part. Beams
26
, 637
(2008
).44.
M.
Nishiuchi
, I.
Daito
, M.
Ikegami
, H.
Daido
, M.
Mori
, S.
Orimo
, K.
Ogura
, A.
Sagisaka
, A.
Yogo
, A. S.
Pirozhkov
, H.
Sugiyama
, H.
Kiriyama
, H.
Okada
, S.
Kanazawa
, S.
Kondo
, T.
Shimomura
, M.
Tanoue
, Y.
Nakai
, H.
Sasao
, D.
Wakai
, H.
Sakaki
, P.
Bolton
, I. W.
Choi
, J. H.
Sung
, J.
Lee
, Y.
Oishi
, T.
Fujii
, K.
Nemoto
, H.
Souda
, A.
Noda
, Y.
Iseki
, and T.
Yoshiyuki
, Appl. Phys. Lett.
94
, 061107
(2009
).45.
M.
Nishiuchi
, H.
Sakaki
, T.
Hori
, P. R.
Bolton
, K.
Ogura
, A.
Sagisaka
, A.
Yogo
, M.
Mori
, S.
Orimo
, A. S.
Pirozhkov
, I.
Daito
, H.
Kiriyama
, H.
Okada
, S.
Kanazawa
, S.
Kondo
, T.
Shimomura
, M.
Tanoue
, Y.
Nakai
, H.
Sasao
, D.
Wakai
, H.
Daido
, K.
Kondo
, H.
Souda
, H.
Tongu
, A.
Noda
, Y.
Iseki
, T.
Nagafuchi
, K.
Maeda
, K.
Hanawa
, T.
Yoshiyuki
, and T.
Shirai
, Phys. Rev. Spec. Top. Accel. Beams
13
, 071304
(2010
).46.
K.
Harres
, I.
Alber
, A.
Tauschwitz
, V.
Bagnoud
, H.
Daido
, M.
Günther
, F.
Nürnberg
, A.
Otten
, M.
Schollmeier
, J.
Schütrumpf
, M.
Tampo
, and M.
Roth
, Phys. Plasmas
17
, 023107
(2010
).47.
T.
Esirkepov
, M.
Borghesi
, S. V.
Bulanov
, G.
Mourou
, and T.
Tajima
, Phys. Rev. Lett.
92
, 175003
(2004
).48.
Y.
Blumenfeld
, T.
Nilsson
, and P.
Van Duppen
, Phys. Scr.
T152
, 014023
(2013
).49.
P.
Van Duppen
, The Euroschool Lectures on Physics with Exotic Beams Vol. II
, Lecture Notes in Physics Vol. 700, edited by J. S.
Al-Khalili
and E.
Roeckl
(Springer
, Berlin
, 2006
), p. 37
.50.
P.
Jardin
, C.
Eleon
, W.
Farabolini
, D.
Boilley
, M.
Dubois
, G.
Gaubert
, J. C.
Cornell
, C.
Huet-Equilbec
, N.
Lecesne
, R.
Leroy
, J. Y.
Pacquet
, M. G.
Saint Laurent
, and A. C. C.
Villari
, Rev. Sci. Instrum.
77
, 03A707
(2006
).51.
ELI-Extreme Light Infrastructure Whitebook
, edited by G. A.
Mourou
, G.
Korn
, W.
Sandner
, and J.
Collier
(THOSS Media BmbH
, Berlin
, 2011
).52.
See https://www.thalesgroup.com/en/worldwide/security/press-release/thales-develop-worlds-most-powerful-laser-romanian-national for the information on commercially available sub-PW class lasers.
© 2015 AIP Publishing LLC.
2015
AIP Publishing LLC
You do not currently have access to this content.
