Эффективный тормозной источник позитронов на основе кильватерно-ускоренных электронов

Растущий интерес к получению сильноточных пучков электрон-позитронных пар с помощью лазеров мотивирует использование все более мощных лазерных систем и прогнозирование в этом плане возможностей будущих проектов, таких, например, как установка XCELS, которая способна обеспечить прорыв в создании рекордно мощного источника позитронов с использованием лазерно-ускоренных электронных пучков. Обоснованию последнего посвящено выполненное в настоящей работе сквозное численное моделирование ускорения сгустка электронов мощным импульсом излучения установки XCELS и генерации им пучка позитронов в мишени-конвертере с помощью методов частиц-в-ячейках (PIC) и Монте-Карло (GEANT4). Высокая эффективность получения рекордного числа позитронов обусловлена использованием режима релятивистского самозахвата лазерного импульса для кильватерного ускорения электронов, которое приводит к достижению максимального заряда электронов с энергией в мульти-МэВ и к максимальному коэффициенту конверсии в них лазерной энергии в мишенях околокритической плотности. Продемонстрирована возможность рекордно высокого выхода позитронов с энергией за выстрел на уровне МэВ в их классической ( т. е. тормозной) схеме получения по сравнению с выходом, достигаемым ныне для современных лазеров или предсказываемым для имеющихся лазерных проектов будущего. При этом речь идет о возможности получения с помощью установки XCELS максимального числа генерируемых позитронов ∼10¹², которое на много порядков превышает выход позитронов, достигаемый в рассматриваемых проектах.