Transition Radiation Field Enhanced Laser Proton Acceleration Employing Near-Critical-Density Foam
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Abstract Laser-driven protons with ultrafast temporal properties attract great interest in fields ranging from flash radiation oncology to compact accelerators. High-efficiency energy coupling of protons from laser-induced accelerating fields is complex, hybrid acceleration mechanisms that combine multiple field contributions prove critical for optimizing proton energy. Here, we report a laser proton acceleration scheme in which proton energy can be enhanced by a transition radiation field (TRF) built by high-energy and large-charged electron bunches. Using near-critical-density plasmas, we experimentally produce electron beams with charges up to ~30 nC (>13 MeV). As these electrons exit the target, they emit intense TRF with energy up to 0.6 J in 0.1-15 THz range, corresponding to an acceleration field of 10 12–13 V m –1 . When superposed with the charge-separation field (CSF), proton cut-off energy is boosted by more than a factor of two, reaching 90 MeV. The resulting spectra exhibit a distinctive plateau-shaped feature in the high-energy regime. Multi-dimensional kinetic simulations confirm the synergistic role of the TRF and CSF in both enhancing the proton energy and shaping the spectral structure. This scheme provides new insights into the coupling between relativistic electron beams and acceleration fields and facilitates more efficient laser-driven proton acceleration.
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Le contrôle bibliographique ouvert
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- Titre Crossref
- Transition Radiation Field Enhanced Laser Proton Acceleration Employing Near-Critical-Density Foam
- Date Crossref
- 15/06/2026
- Éditeur
- Springer Science and Business Media LLC
- Type
- journal-article
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Où se fait cette recherche
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Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics pays non établi dans la noticeStructure de recherche
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Laser Research Institute pays non établi dans la noticeStructure de recherche
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University of Chinese Academy of Sciences Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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Shanghai Zhangjiang Laboratory pays non établi dans la noticeStructure de recherche
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Zhangjiang Laboratory pays non établi dans la noticeStructure de recherche
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Shanghai Normal University Department of Physics pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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ShanghaiTech University pays non établi dans la noticeUniversité ou école supérieure
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State Key Laboratory of Ultra-intense Laser Science and Technology pays non établi dans la noticeStructure de recherche
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CAS Center for Excellence in Ultra-intense Laser Science pays non établi dans la noticeInstitution
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