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Negli ultimi anni la fisica dei plasmi ha dedicato molti sforzi, sia teorici che sperimentali, allo studio dell’accelerazione ionica dovuta all’interazione tra laser intensi e brevi con bersagli solidi. Infatti, la produzione di fasci ionici altamente energetici può avere molteplici applicazioni sia nella fisica dei plasmi stessa che in ambienti interdisciplinari.
Gli esperimenti finora effettuati hanno rilevato ioni con energie superiori ad alcune decine di MeV provenienti dalla parte posteriore del bersaglio. Questi ioni sono prodotti attraverso il meccanismo detto Target Normal Sheath Acceleration (TNSA), in cui l’accelerazione avviene grazie ad un campo elettrostatico creato da elettroni altamente energetici fuoriuscenti dalla superficie posteriore
del bersaglio.
Un altro meccanismo di accelerazione, sul quale si stanno ottenendo i primi risultati sperimentali, è dovuto all’azione della pressione di radiazione (Radiation Pressure Acceleration RPA). In questo regime gli ioni vengono accelerati direttamente alla superficie di interazione da un campo elettrostatico generato dalla separazione di carica che si crea quando gli elettroni vengono “spinti” in avanti dalla pressione di radiazione, fino ad una condizione di equilibrio. Studi
teorici hanno previsto che questo meccanismo diventi dominante per intensità dell’ordine di 10^23 W/cm^2 . Tale valore non è ancora raggiungibile dai laser att uali.
Modelli analitici e simulazioni numeriche, implementati negli ultimi anni,hanno evidenziato la possibilità di isolare RPA come unico meccanismo di accelerazione anche ad intensità inferiori utilizzando una polarizzazione circolare.
In questo modo viene inibito l’assorbimento elettronico, requisito essenziale per TNSA. Le simulazioni mostrano come con questo metodo sia possibile ottenere pacchetti di ioni ad alte densità monocromatici e come, per bersagli sottili
(spessori dell’ordine del centesimo di lunghezza d’onda), si possano raggiungere valori di energia vicini al GeV. Tali risultati vengono ottenuti considerando condizioni “ottimali” di interazione, ovvero l’incidenza normale di un impulso laser polarizzato circolarmente su un bersaglio sovradenso con profilo a gradino.
Questo lavoro di tesi si propone di indagare gli effetti introdotti da condizioni di interazione non ottimali durante la fase sperimentale e le relative differenze con i modelli teorici. Recentemente sono stati ottenuti i primi risultati sperimentali utilizzando una polarizzazione circolare per osservare RPA. Tuttavia risulta
complicato ricreare in laboratorio le condizioni previste dai modelli avendo a che fare con intensità molto elevate. Questo ci ha spinti ad effettuare uno studio teorico, che, con l’utilizzo di simulazioni numeriche, valuti condizioni di interazione non ottimali. I nostri risultati potrebbero essere utilizzati per interpretare
i risultati ottenuti dagli esperimenti.
Poiché l’interazione con i preimpulsi tipici di un laser superintenso porta all’espansione idrodinamica del bersaglio prima dell’interazione con l’impulso principale, abbiamo analizzato, con l’utilizzo di simulazioni PIC 1D, gli effetti
introdotti da un gradiente di densità. I nostri risultati mostrano che controllando l’espansione del bersaglio si potrebbero ottenere dei risultati migliori (energie più alte) di quelli ottenuti con un bersaglio solido.
Inoltre la riflessione dai dispositivi ottici o effetti non lineari dovuti alle alte intensità in gioco potrebbero impedire di ottenere una polarizzazione perfettamente circolare. Per questo motivo abbiamo valutato gli effetti introdotti da
una polarizzazione ellittica utilizzando simulazioni PIC 1D. Abbiamo osservato che per ellitticità non troppo diverse da quella circolare i risultati ottenuti sono qualitativamente gli stessi di quelli osservabili con polarizzazione
circolare. Tuttavia il termine oscillante della forza di Lorentz non permette di inibire completamente il riscaldamento elettronico e dunque diventa importante valutarne le conseguenze (espansione bersaglio, allargamento dei picchi di
densità) in particolare se si utilizzano bersagli sottili.