Laseracceleration af ioner er processen med at accelerere en ionstråle ved hjælp af superstærk laserstråling . Normalt udføres accelerationsprocessen, når et fast mål bestråles, men der er også ordninger for ionacceleration i gasmål . De mest lovende skemaer anses for at være acceleration af et overfladelag af opvarmede elektroner og let tryk. Ved hjælp af laserstråling blev der opnået ioner med energier op til 55 MeV .
Laser-accelererede ioner blev først observeret eksperimentelt i 1999 på Nova laser facilitet på Livermore National Laboratory . Når et fast mål blev bestrålet med en laserpuls med en intensitet på 10 20 W/cm² fra bagsiden af målet, blev der observeret generering af energiske ioner med en kvasi-termisk energispredning med en maksimal energi på omkring 55 MeV [1] .
Dette fænomen blev forklaret af mekanismen for den såkaldte acceleration af overfladelaget af opvarmede elektroner. Dens essens ligger i det faktum, at en laserpuls, når den interagerer med et mål, ioniserer sit stof med dannelsen af et plasma med høj densitet . I dette tilfælde opvarmes elektronerne i det dannede plasma til relativistiske temperaturer , ledsaget af udvidelsen af den dannede elektronsky langt ud over målet. Udvidelsen fører til fremkomsten af et elektrostatisk ladningsadskillelsesfelt, som igen accelererer ionerne.
For at opnå kvasi-monoenergetiske spektre af accelererede ioner blev det foreslået at bruge sammensatte mål, som er tynde folier af et tungmetal ( guld , platin osv.) med et ultratyndt lag af lette atomer aflejret på overfladen - brint eller kulstof . Under interaktionen forbliver tunge ioner praktisk talt ubevægelige, mens lettere accelereres effektivt og danner en ionstråle med omtrent samme energi.
Et alternativt accelerationsskema er lettryksacceleration [2] . Dens idé er, at når en ultratynd (ca. 10 nm ) folie bestående af lette elementer (f.eks. brint og/eller kulstof) bestråles, kan lystrykket, der udøves af fokuserede laserimpulser med en effekt på mere end 10 TW være tilstrækkeligt til at effektivt accelerere målet som helhed. Denne metode, der blev foreslået i 2004 [3] , blev først eksperimentelt implementeret i 2009 . Et eksperiment udført på Max Born Institute brugte en højkontrast 20 TW laserpuls til at bestråle kulstoffilm i tykkelse fra 2,9 nm til 40 nm. Det optimale resultat blev opnået for en film med en tykkelse på 5,3 nm: der blev registreret seks ladede carbonioner, som havde en energi på omkring 30 MeV [4] .