This article reports on the development and application of a Thomson parabola (TP) equipped with a (90×70)mm2 microchannel-plate (MCP) for the analysis of laser-accelerated ions, produced by a high-energy, high-intensity laser system. The MCP allows an online measurement of the produced ions in every single laser shot. An electromagnet instead of permanent magnets is used that allows the tuning of the magnetic field to adapt the field strength to the analyzed ion species and energy. We describe recent experiments at the 100 TW laser facility at the Laboratoire d’Utilization des Lasers Intenses (LULI) in Palaiseau, France, where we have observed multiple ion species and charge states with ions accelerated up to 5 MeV/u (O+6), emitted from the rear surface of a laser-irradiated 50μm Au foil. Within the experiment the TP was calibrated for protons and for the first time conversion efficiencies of MeV protons (2–13 MeV) to primary electrons (electrons immediately generated by an ion impact onto a surface) in the MCP are presented.

1.
D.
Strickland
and
G.
Mourou
,
Opt. Commun.
56
,
219
(
1985
).
2.
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
).
3.
G.
Malka
and
J. -L.
Miquel
,
Phys. Rev. Lett.
77
,
75
(
1996
).
4.
M. H.
Key
,
M. D.
Cable
,
T. E.
Cowan
,
K. G.
Estabrook
,
B. A.
Hammel
,
S. P.
Hatchett
,
E. A.
Henry
,
D. E.
Hinkel
,
J. D.
Kilkenny
,
J. A.
Koch
,
W. L.
Kruer
,
A. B.
Langdon
,
B. F.
Lasinski
,
R. W.
Lee
,
B. J.
MacGowan
,
A.
MacKinnon
,
J. D.
Moody
,
M. J.
Moran
,
A. A.
Offenberger
,
D. M.
Pennington
,
M. D.
Perry
,
T. J.
Phillips
,
T. C.
Sangster
,
M. S.
Singh
,
M. A.
Stoyer
,
M.
Tabak
,
G. L.
Tietbohl
,
M.
Tsukamoto
,
K.
Wharton
, and
S. C.
Wilks
,
Phys. Plasmas
5
,
1966
(
1998
).
5.
T. E.
Cowan
,
M.
Roth
,
J.
Johnson
,
C.
Brown
,
M.
Christl
,
W.
Fountain
,
S.
Hatchett
,
E. A.
Henry
,
A. W.
Hunt
,
M. H.
Key
,
A.
MacKinnon
,
T.
Parnell
,
D. M.
Pennington
,
M. D.
Perry
,
T. W.
Phillips
,
T. C.
Sangster
,
M.
Singh
,
R.
Snavely
,
M.
Stoyer
,
Y.
Takahashi
,
S. C.
Wilks
, and
K.
Yasuike
,
Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A
455
,
130
(
2000
).
6.
C.
Gahn
,
G.
Pretzler
,
A.
Seamann
,
G. D.
Tsakiris
, and
K. J.
Witte
,
Appl. Phys. Lett.
73
,
3662
(
1998
).
7.
G.
Pretzler
,
A.
Saemann
,
A.
Pukhov
,
D.
Rudolph
,
T.
Schätz
,
U.
Schramm
,
P.
Thirolf
,
D.
Habs
,
K.
Eidmann
,
G. D.
Tsakiris
,
J.
Meyer-ter-Vehn
, and
K. J.
Witte
,
Phys. Rev. E
58
,
1165
(
1998
).
8.
L.
Disdier
,
J. -P.
Garçonnet
,
G.
Malka
, and
J. -L.
Miquel
,
Phys. Rev. Lett.
82
,
1454
(
1999
).
9.
R. A.
Snavely
,
M. H.
Kev
,
S. P.
Hatchett
,
T. E.
Cowan
,
M.
Roth
,
T. W.
Phillips
,
M. A.
Stoyer
,
E. A.
Henry
,
T. C.
Sangster
,
M. S.
Singh
,
S. C.
Wilks
,
A.
MacKinnon
,
A.
Offenberger
,
D. M.
Pennington
,
K.
Yasuike
,
A. B.
Langdon
,
B. F.
Lasinski
,
J.
Johnson
,
M. D.
Perry
, and
E. M.
Campbell
,
Phys. Rev. Lett.
85
,
2945
(
2000
).
10.
S. P.
Hatchett
,
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
).
11.
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
).
12.
M.
Hegelich
,
S.
Karsch
,
G.
Pretzler
,
D.
Habs
,
K.
Witte
,
W.
Guenther
,
M.
Allen
,
A.
Blazevic
,
J.
Fuchs
,
J. C.
Gauthier
,
M.
Geissel
,
P.
Audebert
,
T.
Cowan
, and
M.
Roth
,
Phys. Rev. Lett.
89
,
085002
(
2002
).
14.
T.
Cowan
,
J.
Fuchs
,
H.
Ruhl
,
A.
Kemp
,
P.
Audebert
,
M.
Roth
,
R.
Stephens
,
I.
Barton
,
A.
Blazevic
,
E.
Brambrink
,
J.
Cobble
,
J.
Fernandez
,
J.-C.
Gauthier
,
M.
Geissel
,
M.
Hegelich
,
J.
Kaae
,
S.
Karsch
,
G. P.
Le Sage
,
S.
Letzring
,
M.
Manclossi
,
A.
Newkirk
,
H.
Pepin
, and
N.
Renard-LeGalloudec
,
Phys. Rev. Lett.
92
,
204801
(
2004
).
15.
K.
Flippo
,
B. M.
Hegelich
,
M. J.
Schmitt
,
D. C.
Gauthier
,
C. A.
Meserole
,
G. L.
Fischer
,
J. A.
Cobble
,
R. A.
Johnson
,
S. A.
Letzring
, and
J. C.
Fernández
,
Proc. SPIE
6261
,
62612I
(
2006
).
16.
M.
Allen
,
P. K.
Patel
,
A.
Mackinnon
,
D.
Price
,
S.
Wilks
, and
E.
Morse
,
Phys. Rev. Lett.
93
,
265004
(
2004
).
17.
L. Z.
Barabash
,
Y. A.
Bykovskii
,
A. A.
Golubev
,
D. G.
Koshkarev
,
K. I.
Krechet
,
R. T.
Khaidarov
,
B. Y.
Sharkov
, and
A. V.
Shumshurov
,
At. Energy
66
,
124
(
1989
).
18.
J. N.
Olsen
,
G. W.
Kuswa
, and
E. D.
Jones
,
J. Appl. Phys.
44
,
2275
(
1973
).
19.
M.
Mróz
,
P.
Parys
,
J.
Wolowski
,
E.
Woryna
,
P.
Straka
,
B.
Kralikova
,
J.
Krasa
,
L.
Laska
,
K.
Rohlena
,
T.
Mocek
,
M.
Pfeifer
,
J.
Skala
,
H.
Haseroth
,
J.
Collier
,
B. Yu.
Sharkov
,
A. V.
Shumshurov
,
A. V.
Golubev
, and
J.
Farny
,
Rev. Sci. Instrum.
67
,
1272
(
1996
).
20.
H.
Schwoerer
,
S.
Pfotenhauer
,
O.
Jäckel
,
K. -U.
Amthor
,
B.
Liesfeld
,
W.
Ziegler
,
R.
Sauerbrey
,
K. W. D.
Ledingham
, and
T.
Esirkepov
,
Nature (London)
439
,
445
(
2006
).
21.
J. J.
Thomson
,
Philos. Mag.
21
,
225
(
1911
).
22.
CST GmbH
, Bad Nauheimer Str. 19, 64289 Darmstadt, Germany,
2008
, http://www.cst.com/Content/Products/EMS/Overview.aspx
23.
TOPAG Lasertechnik GmbH
, Nieder-Ramstädter-Str 247, 64285 Darmstadt, Germany,
2008
, http://www.topag.de
24.
J. L.
Wiza
,
Nucl. Instrum. Methods
162
,
587
(
1979
).
25.
PCO AG, Donaupark 11, 93309 Kelkheim, Germany,
2008
, http://www.pco.de/pco/php/products/sensitive_1-en__-01030101.html
26.
A. P.
Fews
,
Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B
71
,
465
(
1992
).
27.
S.
Gaillard
,
J.
Fuchs
,
N.
Renard-Le Galloudec
, and
T. E.
Cowan
,
Rev. Sci. Instrum.
78
,
013304
(
2007
).
28.
C.
Loty
,
Acta Electron.
14
,
1
(
1971
).
29.
J.
Schreiber
, Ph.D. thesis,
LMU München
,
2006
.
30.
Irradiation of polymers: Fundamentals and technical application
. edited by
R. L.
Clough
and
S. W.
Shalaby
,
ACS Symposium Series
(
ACS
,
Washington, D.C.
,
1994
), Chap. 11, Series No. 620.
31.
International Specialty Products
, 1361 Alps Road, Wayne, New Jersey 07470,
2008
, http://www.ispcorp.com/products/dosimetry/content/gafchromic
32.
D. S.
Hey
,
M. H.
Key
,
A. J.
Mackinnon
,
A. G.
MacPhee
,
P. K.
Patel
,
R. R.
Freeman
,
L. D.
Van Woerkom
, and
C. M.
Castaneda
,
Rev. Sci. Instrum.
79
,
053501
(
2008
).
33.
The results of our calibration at the Heidelberg tandem are very similar to the results presented in Ref. 32. Only small differences in the absolute deposited energy values have occurred, that belong to the different scanners used, working at different wavelengths. The maximum resolvable optical density of our scanner is 2.5.
34.
A. V.
Gurevich
,
Sov. Phys. JETP
22
,
449
(
1966
).
35.
J.
Fuchs
,
P.
Antici
,
E.
D'Humieres
,
E.
Levebvre
,
M.
Borghesi
,
E.
Brambrink
,
C. A.
Cecchetti
,
M.
Kaluza
,
V.
Malka
,
M.
Manclossi
,
S.
Meyroneinc
,
P.
Mora
,
J.
Schreiber
,
T.
Toncian
,
H.
Pepin
, and
P.
Audebert
,
Nat. Phys.
2
,
48
(
2005
).
36.
J. F.
Ziegler
, http://www.srim.org
37.
Proxitronic Industries AG
, Robert-Bosch-Strae 32b, 64625 Bensheim, Germany, http://www.proxitronic.de
38.
Colutron Research Corporation 2321 Yarmouth Ave. Boulder, CO 80301,
2008
, http://www.colutron.com/products/imaging/pscreen.html
39.
For the etching instructions and for information about the automated track counting system to analyze the CR-39 see Ref. 26.
40.
E.
Brambrink
,
J.
Schreiber
,
T.
Schlegel
,
P.
Audebert
,
J.
Cobble
,
J.
Fuchs
,
M.
Hegelich
, and
M.
Roth
,
Phys. Rev. Lett.
96
,
154801
(
2006
).
41.
J.
Schreiber
,
M.
Kaluza
,
F.
Grüner
,
U.
Schramm
,
B. M.
Hegelich
,
J.
Cobble
,
M.
Geissler
,
E.
Brambrink
,
J.
Fuchs
,
P.
Audebert
,
D.
Habs
, and
K.
Witte
,
Appl. Phys. B: Lasers Opt.
79
,
1041
(
2004
).
42.
M.
Schollmeier
,
K.
Harres
,
F.
Nürnberg
,
A.
Blažević
,
P.
Audebert
,
E.
Brambrink
,
J. C.
Fernández
,
K. A.
Flippo
,
D. C.
Gautier
,
M.
Geißel
,
B. M.
Hegelich
,
J.
Schreiber
, and
M.
Roth
,
Phys. Plasmas
15
,
053101
(
2008
).
43.
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 (London)
439
,
441
(
2006
).
You do not currently have access to this content.