Unraveling the ultrafast plasma dynamics giving rise to the measured evolution filamentary structures using high-resolution X-ray Imaging

Descripción del proyecto

Dinámica ultrarrápida del plasma mediante obtención de imágenes de rayos X de alta resolución

Los últimos avances en los sistemas láser ópticos de intensidad ultraalta y los láseres de electrones libres han abierto nuevas posibilidades para el estudio de plasmas calientes y densos. En experimentos realizados en el láser Linac Coherent Light Source, se han observado filamentos de plasma a escala submicrométrica formados por láseres de alta intensidad. Estos resultados permiten comprender mejor los mecanismos físicos relacionados con los fenómenos astrofísicos y las tecnologías basadas en el plasma. El equipo del proyecto PLAXI, financiado con fondos europeos, pretende profundizar en este conocimiento utilizando diagnósticos y simulaciones numéricas avanzadas para investigar los procesos físicos que subyacen a la inestabilidad relativista de la filamentación del plasma. Mediante la integración de imágenes avanzadas de rayos X con la física de alta energía-densidad, el proyecto permitirá la visualización de procesos ultrarrápidos en plasmas de densidad sólida. Los resultados del proyecto permitirán comprender mejor el transporte de energía en los estallidos de rayos γ y los plasmas de ignición rápida.

Objetivo

Recent progress in Ultra-High Intensity optical laser systems together with the advent of Free Electron Lasers has enabled the possibility to experimentally study hot dense plasmas with unprecedented spatial and temporal resolution. This early state of the plasma is prone to several ultrafast phenomena relevant for astrophysical scenarios – such as Gamma-Ray Bursts - and plasma-based technologies – such as Inertial Fusion Energy. Recently, thanks to the a novel high-resolution X-ray imaging system, an experimental campaign hosted at the Linac Coherent Light Source has resolved for the first time the sub-micron scale plasma filaments originated in the interaction of a high intensity laser with a thin solid target. These results open a unique opportunity to unravel the underlying physical mechanisms behind the formation and evolution of these filaments of relevance to the aforementioned scenarios. The proposed PLasma Advanced X-ray Imaging project will leverage these recent developments with improved diagnostics and the help of advanced numerical simulations that will transform the exploration and quantitave identification of the main physical processes that dictate the onset and non-linear evolution of the relativistic plasma filamentation instability. This project will bring together the fields of advanced X-ray imaging and High Energy Density Physics, and is expected to enable the visualization of ultra-fast processes in solid-density plasmas in a similar way as optical imaging is now-a-days routinely used in underdense plasmas. The outcomes of the PLAXI project will shed light on the extreme processes that control energy transport in gamma-ray bursts and fast igniting plasmas, which so far could only be assessed theoretically, paving the way to new plasma-based applications.