In ultra-intense laser-matter interactions in which the radiation reaction effect plays an important role, γ-rays are effectively generated that are intense, collimated, and of short duration. These γ-rays propagate through the target, which results in the electron-positron pair creation caused by the interaction of the γ-rays with the nuclear electric fields. The positron beam thus generated has several unique features; it is quasi-monoenergetic in nature with a peak energy of hundreds of MeV, well collimated, and of ultra-short duration. Based on the numerical simulations, the dependences of the number and monochromaticity of the positrons on the laser and target parameters are explored, which leads to the proposal of a new type of the laser-driven positron source.

1.
T.
Tajima
and
J.
Dowson
,
Phys. Rev. Lett.
43
,
267
(
1979
).
2.
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
,
D. A.
Jaroszynski
,
A. J.
Langley
,
W. B.
Mori
,
P. A.
Norreys
,
F. S.
Tsung
,
R.
Viskup
,
B. R.
Walton
, and
K.
Krushelnick
,
Nature
431
,
535
(
2004
);
[PubMed]
D. G. R.
Geddes
,
C.
Toth
,
J.
van Tilborg
,
E.
Esarey
,
C. B.
Schroeder
,
D.
Bruhwiler
,
J.
Cary
, and
W. P.
Leemans
,
Nature
431
,
538
(
2004
);
[PubMed]
J.
Faure
,
Y.
Glinec
,
A.
Pukhov
,
S.
Keselev
,
S.
Gordienko
,
E.
Lefebvre
,
J.-P.
Rousseau
,
F.
Burgy
, and
V.
Malka
,
Nature
431
,
541
(
2004
).
[PubMed]
3.
S. C.
Wilks
,
W. L.
Kruer
,
M.
Tabak
, and
A. B.
Langdon
,
Phys. Rev. Lett.
69
,
1383
(
1992
).
4.
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
).
5.
T. Zh.
Esirkepov
,
M.
Borghesi
,
S. V.
Bulanov
,
G.
Mourou
, and
T.
Tajima
,
Phys. Rev. Lett.
92
,
175003
(
2004
).
6.
P. A.
Norreys
,
M.
Zepf
,
S.
Moustaizs
,
A. P.
Fews
,
J.
Zhang
,
P.
Lee
,
M.
Bakarezos
,
C. N.
Danson
,
A.
Dyson
,
P.
Gibbon
,
P.
Loukakos
,
D.
Neely
,
J. S.
Wark
, and
A. E.
Dangor
,
Phys. Rev. Lett.
76
,
1832
(
1996
).
7.
A.
Rousse
,
K. Ta.
Phuoc
,
R.
Shah
,
A.
Pukhov
,
E.
Lefebvre
,
V.
Malka
,
S.
Kiselev
,
F.
Burgy
,
J.-P.
Rousseau
,
D.
Umstadter
, and
D.
Hulin
,
Phys. Rev. Lett.
93
,
135005
(
2004
).
9.
M.
Butterling
,
W.
Anwand
,
T. E.
Cowan
,
A.
Hartmann
,
M.
Jungmann
,
R.
Krause-Rehberg
,
A.
Krille
, and
A.
Wagner
,
Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B
269
,
2623
(
2011
).
10.
R.
Ruffini
,
G.
Vereshchagin
, and
S.
Xue
,
Phys. Rep.
487
,
1
(
2010
).
11.
J. W.
Shearee
,
J.
Garrison
,
J.
Wong
, and
J. E.
Swain
,
Phys. Rev. A
8
,
1582
(
1973
);
V. I.
Berezhiani
,
D. D.
Tskhakaya
, and
P. K.
Shukla
,
Phys. Rev. A
46
,
6608
(
1992
);
[PubMed]
E. P.
Liang
,
S. C.
Wilks
, and
M.
Tabak
,
Phys. Rev. Lett.
81
,
4887
(
1998
).
12.
T. E.
Cowan
,
M. D.
Perry
,
M. H.
Key
,
T. R.
Ditmire
,
S. P.
Hatchett
,
E. A.
Henry
,
J. D.
Moody
,
M. J.
Moran
,
D. M.
Pennington
,
T. W.
Phillips
,
T. C.
Sangster
,
J. A.
Sefcik
,
M. S.
Singh
,
R. A.
Snavely
,
M. A.
Stoyer
,
S. C.
Wilks
,
P. E.
Young
,
Y.
Takahashi
,
B.
Dong
,
W.
Fountain
,
T.
Parnell
,
J.
Johnson
,
A. W.
Hunt
, and
T.
Kuhl
,
Laser Part. Beams
17
,
773
(
1999
);
C.
Gahn
,
G. D.
Tsakiris
,
G.
Prezler
,
K. J.
Witte
,
C.
Delfine
,
C. G.
Wahlstrom
, and
D.
Habs
,
Appl. Phys. Lett.
77
,
2662
(
2000
).
13.
H.
Bethe
and
W.
Heitler
,
Proc. R. Soc. A
146
,
83
(
1934
).
14.
H.
Chen
,
J. C.
Shepperd
,
D. D.
Meyerhofer
,
A.
Hazi
,
A.
Link
,
S.
Anderson
,
H. A.
Baldis
,
R.
Fedosejev
,
J.
Gronberg
,
N.
Izumi
,
S.
Kerr
,
E.
Marley
,
J.
Park
,
R.
Tommasini
,
S.
Wilks
, and
G. J.
Williams
,
Phys. Plasmas
20
,
013111
(
2013
).
15.
H.
Chen
,
G.
Fiksel
,
D.
Barnak
,
P.-Y.
Chang
,
R. F.
Heeter
,
A.
Link
, and
D. D.
Meyerhofer
,
Phys. Plasmas
21
,
040703
(
2014
).
16.
H. J.
Bahba
,
Proc. R. Soc. A
152
,
559
(
1935
).
17.
G.
Sarri
,
W.
Schumaker
,
A. Di.
Piazza
,
M.
Vargas
,
B.
Dromey
,
M. E.
Dieckmann
,
V.
Chvykov
,
A.
Maksimchuk
,
V.
Yanovsky
,
Z. H.
He
,
B. X.
Hou
,
J. A.
Nees
,
A. G. R.
Thomas
,
C. H.
Keitel
,
M.
Zepf
, and
K.
Krushelnick
,
Phys. Rev. Lett.
110
,
255002
(
2013
).
18.
A.
Zhidkov
,
J.
Koga
,
A.
Sasaki
, and
M.
Uesaka
,
Phys. Rev. Lett.
88
,
185002
(
2002
);
[PubMed]
M.
Tamburini
,
F.
Pegoraro
,
A. Di.
Piazza
,
C. H.
Keitel
, and
A.
Macchi
,
New J. Phys.
12
,
123005
(
2010
).
19.
I.
Sokolov
,
N.
Naumova
,
J.
Nees
,
G.
Mourou
, and
V.
Yanovsky
,
Phys. Plasmas
16
,
093115
(
2009
).
20.
T.
Nakamura
,
J.
Koda
,
T. Zh.
Esikepov
,
M.
Kando
,
G.
Korn
, and
S. V.
Bulanov
,
Phys. Rev. Lett.
108
,
195001
(
2012
).
21.
C. P.
Rigers
,
C. S.
Brady
,
R.
Duclous
,
J. G.
Kirk
,
K.
Bennett
,
T. D.
Arber
,
A. P. L.
Robinson
, and
A. R.
Bell
,
Phys. Rev. Lett.
108
,
165006
(
2012
).
22.
T.
Nakamura
and
T.
Hayakawa
,
Laser Part. Beams
33
,
151
(
2015
).
23.
T.
Nakamura
and
T.
Hayakawa
,
Phys. Plasmas
22
,
083113
(
2015
).
24.
N. V.
Elkina
,
A. M.
Fedotov
,
I. Yu.
Kostyukov
,
M. V.
Legkov
,
N. B.
Narozhny
,
E. N.
Nerush
, and
H.
Ruhl
,
Phys. Rev. ST Accel. Beams
14
,
054401
(
2011
).
25.
X.
Ribeyre
,
E.
d'Humieres
,
O.
Jansen
,
S.
Jequier
, and
V. T.
Tikhonchuk
,
Phys. Rev. E
93
,
013201
(
2016
).
26.
C. P.
Rigers
,
C. S.
Brady
,
R.
Duclous
,
J. G.
Kirk
,
K.
Bennett
,
T. D.
Arber
, and
A. R.
Bell
,
Phys. Plasmas
20
,
056701
(
2013
).
27.
L. L.
Ji
,
A.
Pukhov
,
E. N.
Nerush
,
I. Yu.
Kostyukov
,
B. F.
Shen
, and
K. U.
Akli
,
Phys. Plasmas
21
,
023109
(
2014
).
28.
T.
Nakamura
,
S.
Kato
,
H.
Nagatomo
, and
K.
Mima
,
Phys. Rev. Lett.
93
,
265002
(
2004
).
29.
Y.
Yan
,
B.
Zhang
,
Y.
Wu
,
K.
Dong
,
Z.
Yao
, and
Y.
Gu
,
Phys. Plasmas
20
,
103114
(
2013
).
30.
H.
Chen
,
F.
Fiuza
,
A.
Link
,
A.
Hazi
,
M.
Hill
,
D.
Hoarty
,
S.
James
,
S.
Kerr
,
D. D.
Meyerhofer
,
J.
Myatt
,
J.
Park
,
Y.
Sentoku
, and
G. J.
Williams
,
Phys. Rev. Lett.
114
,
215001
(
2015
).
31.
See http://www.nist/gov for Database from National Institute of Standard and Technology.
32.
L. D.
Landau
and
E. M.
Lifshitz
,
Quantum Mechanics
, 3rd ed. (
Pergamon
,
London
,
1978
).
33.
W.
Leemans
and
E.
Esarey
,
Phys. Today
62
(
3
),
44
(
2009
).
34.
ELI-Extreme Light Infrastructure Science and Technology with Ultra-Intense Lasers WHITEBOOK
(
THOSS Media GmbH
,
Berlin
,
2011
).
You do not currently have access to this content.