During ion acceleration by radiation pressure, a transverse inhomogeneity of an electromagnetic pulse leads to an off-axis displacement of the irradiated target, limiting the achievable ion energy. This effect is analytically described within the framework of a thin foil target model and with particle-in-cell simulations showing that the maximum energy of the accelerated ions decreases as the displacement from the axis of the target's initial position increases. The results obtained can be applied to the optimization of ion acceleration by the laser radiation pressure with mass-limited targets.
References
1.
M.
Borghesi
, J.
Fuchs
, S. V.
Bulanov
, A. J.
Mackinnon
, P.
Patel
, and M.
Roth
, Fusion Sci. Technol.
49
, 412
(2006
).2.
A. V.
Korzhimanov
, A. A.
Gonoskov
, E. A.
Khazanov
, and A. M.
Sergeev
, Phys. Usp.
54
, 9
(2011
).3.
H.
Daido
, M.
Nishiuchi
, and A. S.
Pirozhkov
, Rep. Prog. Phys.
75
, 056401
(2012
).4.
A.
Macchi
, M.
Passoni
, and M.
Borghesi
, Rev. Mod. Phys.
85
, 751
(2013
).5.
S. Yu.
Gus'kov
, Plasma Phys. Rep.
39
, 1
(2013
).6.
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
, 1149
(2014
).7.
S. V.
Bulanov
, T. Zh.
Esirkepov
, M.
Kando
, J.
Koga
, K.
Kondo
, and G.
Korn
, Plasma Phys. Rep.
41
, 1
(2015
).8.
V. S.
Beskin
, MHD Flows in Compact Astrophysical Objects
(Springer
, Berlin
, 2010
).9.
E. V.
Derishev
, V. V.
Kocharovsky
, and Vl. V.
Kocharovsky
, Astrophys. J.
521
, 640
(1999
).10.
B. E.
Stern
and J.
Poutanen
, Mon. Not. R. Astron. Soc.
383
, 1695
(2008
).11.
D.
Khangulyan
, F.
Aharonian
, and V.
Bosch-Ramon
, Mon. Not. R. Astron. Soc.
383
, 467
(2008
).12.
B.
Cerutti
, A.
Philippov
, K.
Parfrey
, and A.
Spitkovsky
, Mon. Not. R. Astron. Soc.
(in press) http://arxiv.org/abs/1410.3757.13.
A. V.
Gurevich
, L. V.
Pariskaya
, and L. P.
Pitaevskii
, Sov. Phys. JETP
22
, 449
(1966
).14.
P.
Mora
, Phys. Rev. Lett.
90
, 185002
(2003
).15.
S.
Wilks
, W. L.
Kruer
, M.
Tabak
, and A. B.
Langdon
, Phys. Rev. Lett.
69
, 1383
(1992
).16.
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
).17.
I.
Last
, I.
Schek
, and J.
Jortner
, J. Chem. Phys.
107
, 6685
(1997
).18.
K.
Nishihara
, H.
Amitani
, M.
Murakami
, S. V.
Bulanov
, and T. Zh.
Esirkepov
, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A
464
, 98
(2001
).19.
V. F.
Kovalev
and V. Yu.
Bychenkov
, Phys. Rev. Lett.
90
, 185004
(2003
).20.
M.
Murakami
and M. M.
Basko
, Phys. Plasmas
13
, 012105
(2006
).21.
V. I.
Veksler
, At. Energy
2
, 525
(1957
).22.
T. Zh.
Esirkepov
, M.
Borghesi
, S. V.
Bulanov
, G.
Mourou
, and T.
Tajima
, Phys. Rev. Lett.
92
, 175003
(2004
).23.
O.
Klimo
, J.
Psikal
, J.
Limpouch
, and V. T.
Tikhonchuk
, Phys. Rev. Spec. Top. - Accel. Beams
11
, 031301
(2008
).24.
A. P. L.
Robinson
, M.
Zepf
, S.
Kar
, R. G.
Evans
, and C.
Bellei
, New J. Phys.
10
, 013021
(2008
).25.
V. A.
Vshivkov
, N. M.
Naumova
, F.
Pegoraro
, and S. V.
Bulanov
, Phys. Plasmas
5
, 2727
(1998
).26.
S. V.
Bulanov
, T. Zh.
Esirkepov
, M.
Kando
, S. S.
Bulanov
, S. G.
Rykovanov
, and F.
Pegoraro
, Phys. Plasmas
20
, 123114
(2013
).27.
A.
Macchi
, S.
Veghini
, and F.
Pegoraro
, Phys. Rev. Lett.
103
, 085003
(2009
).28.
S. S.
Bulanov
, C. B.
Schroeder
, E.
Esarey
, and W. P.
Leemans
, Phys. Plasmas
19
, 093112
(2012
).29.
S.
Kar
, M.
Borghesi
, S. V.
Bulanov
, A.
Macchi
, M. H.
Key
, T. V.
Liseykina
, A. J.
Mackinnon
, P. K.
Patel
, L.
Romagnani
, A.
Schiavi
, and O.
Willi
, Phys. Rev. Lett.
100
, 225004
(2008
).30.
A.
Henig
, S.
Steinke
, M.
Schnuerer
, T.
Sokollik
, R.
Hoerlein
, D.
Kiefer
, D.
Jung
, J.
Schreiber
, B. M.
Hegelich
, X. Q.
Yan
, J.
Meyer-ter-Vehn
, T.
Tajima
, P. V.
Nickles
, W.
Sandner
, and D.
Habs
, Phys. Rev. Lett.
103
, 245003
(2009
).31.
S.
Kar
, K. F.
Kakolee
, B.
Qiao
, A.
Macchi
, M.
Cerchez
, D.
Doria
, M.
Geissler
, P.
McKenna
, D.
Neely
, J.
Osterholz
, R.
Prasad
, K.
Quinn
, B.
Ramakrishna
, G.
Sarri
, O.
Willi
, X. Y.
Yuan
, M.
Zepf
, and M.
Borghesi
, Phys. Rev. Lett.
109
, 185006
(2012
).32.
J.
Limpouch
, J.
Psikal
, A. A.
Andreev
, K. Yu.
Platonov
, and S.
Kawata
, Laser Part. Beams
26
, 225
(2008
).33.
A. A.
Andreev
, J.
Limpouch
, J.
Psikal
, K. Yu.
Platonov
, and V. T.
Tikhonchuk
, Eur. Phys. J.: Spec. Top.
175
, 123
(2009
).34.
T.
Kluge
, W.
Enghardt
, S. D.
Kraft
, U.
Schramm
, K.
Zeil
, T. E.
Cowan
, and M.
Bussmann
, Phys. Plasmas
17
, 123103
(2010
).35.
K.
Zeil
, J.
Metzkes
, T.
Kluge
, M.
Bussmann
, T. E.
Cowan
, S. D.
Kraft
, R.
Sauerbrey
, B.
Schmidt
, M.
Zier
, and U.
Schramm
, Plasma Phys. Controlled Fusion
56
, 084004
(2014
).36.
A.
Zigler
, S.
Eisenman
, M.
Botton
, E.
Nahum
, E.
Schleifer
, A.
Baspaly
, I.
Pomerantz
, F.
Abicht
, J.
Branzel
, G.
Priebe
, S.
Steinke
, A.
Andreev
, M.
Schnuerer
, W.
Sandner
, D.
Gordon
, P.
Sprangle
, and K. W. D.
Ledingham
, Phys. Rev. Lett.
110
, 215004
(2013
).37.
J. W.
Wang
, M.
Murakami
, S. M.
Weng
, H.
Xu
, J. J.
Ju
, S. X.
Luan
, and W.
Yu
, Phys. Plasmas
21
, 123103
(2014
).38.
T. P.
Yu
, Z. M.
Sheng
, Y.
Yin
, H. B.
Zhuo
, Y. Y.
Ma
, F. Q.
Shao
, and A.
Pukhov
, Phys. Plasmas
21
, 053105
(2014
).39.
Y.
Fukuda
, A. Ya.
Faenov
, M.
Tampo
, T. A.
Pikuz
, T.
Nakamura
, M.
Kando
, Y.
Hayashi
, A.
Yogo
, H.
Sakaki
, T.
Kameshima
, A. S.
Pirozhkov
, K.
Ogura
, M.
Mori
, T. Zh.
Esirkepov
, J.
Koga
, A. S.
Boldarev
, V. A.
Gasilov
, A. I.
Magunov
, T.
Yamauchi
, R.
Kodama
, P. R.
Bolton
, Y.
Kato
, T.
Tajima
, H.
Daido
, and S. V.
Bulanov
, Phys. Rev. Lett.
103
, 165002
(2009
).40.
S. V.
Bulanov
, T. Zh.
Esirkepov
, M.
Kando
, A. S.
Pirozhkov
, and N. N.
Rosanov
, Phys. Usp.
56
, 429
(2013
).41.
T.-P.
Yu
, A. M.
Pukhov
, Z.-M.
Sheng
, F.
Liu
, and G.
Shvets
, Phys. Rev. Lett.
110
, 045001
(2013
).42.
S. V.
Bulanov
, E. Yu.
Echkina
, T. Zh.
Esirkepov
, I. N.
Inovenkov
, M.
Kando
, F.
Pegoraro
, and G.
Korn
, Phys. Rev. Lett.
104
, 135003
(2010
).43.
S. V.
Bulanov
, E. Yu.
Echkina
, T. Zh.
Esirkepov
, I. N.
Inovenkov
, M.
Kando
, F.
Pegoraro
, and G.
Korn
, Phys. Plasmas
17
, 063102
(2010
).44.
F.
Pegoraro
and S. V.
Bulanov
, Phys. Rev. Lett.
99
, 065002
(2007
).45.
E. Yu.
Echkina
, I. N.
Inovenkov
, T. Zh.
Esirkepov
, F.
Pegoraro
, M.
Borghesi
, and S. V.
Bulanov
, Plasma Phys. Rep.
36
, 15
(2010
).46.
T. Zh.
Esirkepov
, Comput. Phys. Commun.
135
, 144
(2001
).47.
E.
Ott
, Phys. Rev. Lett.
29
, 1429
(1972
).48.
W.
Manheimer
, D.
Colombait
, and E.
Ott
, Phys. Fluids
27
, 2164
(1984
).49.
T.
Taguchi
and K.
Mima
, Phys. Plasmas
2
, 2790
(1995
).50.
G. A.
Korn
and T. M.
Korn
, Mathematical Handbook for Scientists and Engineers
(Dover Publication
, New York
, 2000
).51.
S. V.
Bulanov
, T. Zh.
Esirkepov
, M.
Kando
, F.
Pegoraro
, S. S.
Bulanov
, C. G. R.
Geddes
, C. B.
Schroeder
, E.
Esarey
, and W. P.
Leemans
, Phys. Plasmas
19
, 103105
(2012
).52.
S. S.
Bulanov
, E.
Esarey
, C. B.
Schroeder
, S. V.
Bulanov
, T. Zh.
Esirkepov
, M.
Kando
, F.
Pegoraro
, and W. P.
Leemans
, Phys. Rev. Lett.
(in press).53.
S.
Humphries
, Jr., Principles of Charged Particle Acceleration
(Wiley
, New York
, 1999
).54.
A.
Zhidkov
, J.
Koga
, A.
Sasaki
, and M.
Uesaka
, Phys. Rev. Lett.
88
, 185002
(2002
).55.
S. V.
Bulanov
, T. Zh.
Esirkepov
, J.
Koga
, and T.
Tajima
, Plasma Phys. Rep.
30
, 196
(2004
).56.
M.
Tamburini
, T. V.
Liseykina
, F.
Pegoraro
, and A.
Macchi
, Phys. Rev. E
85
, 016407
(2012
).57.
S. S.
Bulanov
, C. B.
Schroeder
, E.
Esarey
, and W. P.
Leemans
, Phys. Rev. A
87
, 062110
(2013
).58.
T. Zh.
Esirkepov
, S. S.
Bulanov
, J. K.
Koga
, M.
Kando
, K.
Kondo
, N. N.
Rosanov
, G.
Korn
, and S. V.
Bulanov
, e-print arXiv:1412.6028v1 [physics.plasm-ph](2014
).© 2015 AIP Publishing LLC.
2015
AIP Publishing LLC
You do not currently have access to this content.
