By using two-dimensional particle-in-cell simulations, plasma block acceleration via radiation pressure from an ultraintense circularly polarized laser pulse with intensity I1022W/cm2 is investigated based on a double-target scheme, in which the targets are composed of a pre-target with a relatively low plasma density and a main target with a high plasma density. It has been demonstrated that an appropriately selected pre-target can help to greatly enhance the charge separation field in the main target, which then leads to generation of a strongly accelerated and well directed plasma block with proton energy in GeV magnitude. This result can have potential applications in the plasma block ignition of proton-born fusion.

1.
H.
Schwoerer
,
S.
Pfotenhauer
,
O.
Jaeckel
,
K.-U.
Amthor
,
B.
Liesfeld
,
W.
Ziegler
,
R.
Sauerbrey
,
K. W. D.
Ledingham
, and
T.
Esirkepov
,
Nature (London)
439
,
445
(
2006
).
2.
B. M.
Hegelich
,
B. J.
Albright
,
J.
Cobble
,
K.
Flippo
,
S.
Letzring
,
M.
Paffett
,
H.
Ruhl
,
J.
Schreiber
,
R. K.
Schulze
, and
J. C.
Fernandez
,
Nature (London)
439
,
441
(
2006
).
3.
J.
Faure
,
C.
Rechatin
,
A.
Norlin
,
A.
Lifschitz
,
Y.
Glinec
, and
V.
Malka
,
Nature (London)
444
,
737
(
2006
).
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. S.
Roth
,
T. C.
Sangster
,
M. S.
Singh
,
R. A.
Snavely
,
M. A.
Stoyer
,
S. C.
Wilks
, and
K.
Yasuike
,
Phys. Plasmas
7
,
2076
(
2000
).
6.
J.
Faure
,
Y.
Glinec
,
A.
Pukhov
,
S.
Kiselev
,
S.
Gordienko
,
E.
Lefebvre
,
J.-P.
Rousseau
,
F.
Burgy
, and
V.
Malka
,
Nature
431
,
541
(
2004
).
7.
T.
Esirkepov
,
M.
Borghesi
,
S. V.
Bulanov
,
G.
Mourou
, and
T.
Tajima
,
Phys. Rev. Lett.
92
,
175003
(
2004
).
8.
J. T.
Mendonc
and
J.
Vieira
,
Phys. Plasmas
21
,
033107
(
2014
).
9.
D. R.
Welch
and
D. V.
Rose
,
Phys. Plasmas
13
,
063105
(
2006
).
10.
B.
Qiao
,
M.
Zepf
,
M.
Borghesi
, and
M.
Geissler
,
Phys. Rev. Lett.
105
,
155002
(
2010
).
11.
A.
Macchi
,
High Power Laser Sci. Eng.
2
,
e10
(
2014
).
12.
Y.
Xu
,
J.
Wang
,
X.
Qi
,
M.
Li
,
Y.
Xing
,
L.
Yang
, and
W.
Zhu
,
AIP Adv.
6
,
105304
(
2016
).
13.
A. V.
Brantov
,
T. Zh.
Esirkepov
,
M.
Kando
,
H.
Kotaki
,
V. Yu.
Bychenkov
, and
S. V.
Bulanov
,
Phys. Plasmas
15
,
073111
(
2008
).
14.
R. J.
Kingham
and
A. R.
Bell
,
Phys. Rev. Lett.
79
,
4810
(
1997
).
15.
A. J.
Goers
,
S. J.
Yoon
,
J. A.
Elle
,
G. A.
Hine
, and
H. M.
Milchberg
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
214105
(
2014
).
16.
M.
Kaluza
,
J.
Schreiber
,
M. I. K.
Santala
,
G. D.
Tsakiris
,
K.
Eidmann
,
J.
Meyer-ter-Vehn
, and
K. J.
Witte
,
Phys. Rev. Lett.
93
,
045003
(
2004
).
17.
J. S.
Green
,
A. P. L.
Robinson
,
N.
Booth
,
D. C.
Carroll
,
R. J.
Dance
,
R. J.
Gray
,
D. A.
MacLellan
,
P.
McKenna
,
C. D.
Murphy
,
D.
Rusby
, and
L.
Wilson
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
214101
(
2014
).
18.
B.
Eliasson
,
Phys. Plasmas
21
,
023111
(
2014
);
H.
Zhang
,
B. F.
Shen
,
W. P.
Wang
,
Y.
Xu
,
Y. Q.
Liu
,
X. Y.
Liang
,
Y. X.
Leng
,
R. X.
Li
,
X. Q.
Yan
,
J. E.
Chen
, and
Z. Z.
Xu
,
Phys. Plasmas
22
,
013113
(
2015
).
19.
W.
Lu
,
C.
Huang
,
M.
Zhou
,
W. B.
Mori
, and
T.
Katsouleas
,
Phys. Rev. Lett.
96
,
165002
(
2006
).
20.
X.
Yan
,
H.
Wu
,
Z.
Sheng
,
J.
Chen
, and
J.
Meyer-ter-Vehn
,
Phys. Rev. Lett.
103
,
135001
(
2009
).
21.
B. F.
Shen
and
Z. Z.
Xu
,
Phys. Rev. E
64
(
5
),
056406
(
2001
).
22.
S. V.
Bulanov
,
T. Zh.
Esirkepov
,
V. S.
Khoroshkov
,
A. V.
Kuznetsov
, and
F.
Pegoraro
,
Phys. Lett. A
299
,
240
(
2002
).
23.
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
).
24.
F.
Terranova
,
S. V.
Bulanov
,
J. L.
Collier
,
H.
Kiriyama
, and
F.
Pegoraro
,
Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A
558
,
430
(
2006
).
25.
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.
Yasuikek
,
H.
Ruhl
,
F.
Pegoraro
,
S. V.
Bulanov
,
E. M.
Campbell
,
M. D.
Perry
, and
H.
Powell
,
Phys. Rev. Lett.
86
,
436
(
2001
).
26.
H.
Hora
,
Physics of Laser Driven Plasmas
(
John Wiley & Sons
,
New York
,
1981
), Chap. 10.5.
27.
L.
Ji
,
B.
Shen
,
X.
Zhang
,
F.
Wang
,
Z.
Jin
,
X.
Li
,
M.
Wen
, and
J. R.
Cary
,
Phys. Rev. Lett.
101
,
164802
(
2008
).
28.
J.
Badziak
,
S.
Glowacz
,
S.
Jablonski
,
P.
Parys
,
J.
Wolowski
, and
H.
Hora
,
Appl. Phys. Lett.
85
,
3041
(
2004
).
29.
J.
Badziak
,
S.
Głowacz
,
S.
Jabłoński
,
P.
Parys
,
J.
Wołowski
, and
H.
Hora
,
Laser Part. Beams
23
,
401
(
2005
).
30.
31.
H.
Hora
,
G. H.
Miley
, and
Block Ignition Team
,
J. Phys.: Conf. Ser.
244
,
022002
(
2010
).
32.
H.
Hora
,
B.
Malekynia
,
M.
Ghoranneviss
,
G. H.
Miley
, and
X.
He
,
Appl. Phys. Lett.
93
,
011101
(
2008
).
33.
34.
H.
Hora
,
G. H.
Miley
,
M.
Ghorannviss
,
H.
Malekynia
,
N.
Azizi
, and
X-Y.
He
,
Energy Environ. Sci.
3
,
479
(
2010
).
35.
H.
Hora
,
P.
Lalousis
,
L.
Giuffrida
,
D.
Margarone
,
G.
Korn
,
S.
Eliezer
,
G. H.
Miley
,
S.
Moustaizis
, and
G.
Mourou
,
SPIE Proc.
9515
,
951518
(
2015
).
36.
H.
Hora
,
G.
Korn
,
L.
Giuffrida
,
D.
Margarone
,
A.
Picciotto
,
J.
Krasa
,
K.
Jungwirth
,
J.
Ullschmied
,
P.
Lalousis
,
S.
Eliezer
,
G. H.
Miley
,
S.
Moustaizis
, and
G.
Mourou
,
Laser Part. Beams
33
,
607
(
2015
).
37.
H.
Hora
,
J.
Badziak
,
S.
Glowacz
,
S.
Jablonski
,
Z.
Skladanowski
,
F.
Osman
,
Y.
Cang
,
J.
Zhang
,
G. H.
Miley
,
H.
Peng
,
X.
He
,
W.
Zhang
,
K.
Rohlena
,
J.
Ullschmied
, and
K.
Jungwirth
,
Laser Part. Beams
23
,
423
(
2005
).
38.
M. L. E.
Oliphant
and
L.
Rutherford
,
Proc. R. Soc. London A
141
,
259
(
1933
).
39.
M.
Kouhi
,
M.
Ghoraneviss
,
B.
Malekynia
,
H.
Hora
,
G. H.
Miley
,
A. H.
Sari
,
N.
Azizi
, and
S. S.
Razavipour
,
Laser Part. Beams
29
,
125
(
2011
).
40.
S.
Eliezer
,
H.
Hora
,
G.
Korn
,
N.
Nissim
, and
J. M. M.
Val
,
Phys. Plasmas
23
,
050704
(
2016
).
41.
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
).
42.
D.
Margarone
,
A.
Picciotto
,
A.
Velyhan
,
J.
Krasa
,
M.
Kucharik
,
A.
Mangione
,
A.
Szydlowsky
,
A.
Malinowska
,
G.
Bertuccio
,
Y.
Shi
,
M.
Crivellari
,
J.
Ullschmied
,
P.
Bellutti
, and
G.
Korn
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
57
,
014030
(
2015
).
43.
J. H.
Nuckolls
and
L.
Wood
, preprint UCRL-JC-149860, Lawrence Livermore National Laboratory, CA,
2002
.
44.
O.
Klimo
and
J.
Limpouch
,
Laser Part. Beams
24
,
107
(
2006
).
45.
S.
Glowacz
,
J.
Badziak
, and
S.
Jablonski
,
Czech. J. Phys.
54
,
460
(
2004
).
46.
C.
Nieter
and
J. R.
Cary
,
J. Comput. Phys.
196
,
448
(
2004
).
47.
A. P. L.
Robinson
,
M.
Zepf
,
S.
Kar
,
R. G.
Evans
, and
C.
Bellei
,
New J. Phys.
10
,
013021
(
2008
).
48.
M.
Chen
,
A.
Pukhov
, and
T. P.
Yu
,
Phys. Rev. Lett.
103
,
024801
(
2009
).
49.
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
).
50.
A.
Macchi
,
F.
Cattani
,
T. V.
Liseykina
, and
F.
Cornolti
,
Phys. Rev. Lett.
94
,
165003
(
2005
).
51.
S. M.
Pfotenhauer
,
O.
Jäckel
,
J.
Polz
,
S.
Steinke
,
H-P.
Schlenvoigt
,
J.
Heymann
,
A. P. L.
Robinson
, and
M. C.
Kaluza1
,
New J. Phys.
12
,
103009
(
2010
).
52.
E.
Yazdani
,
R.
Sadighi-Bonabi
,
H.
Afarideh
,
J.
Yazdanpanah
, and
H.
Hora
,
Laser Part. Beams
32
,
509
(
2014
).
You do not currently have access to this content.