Generation of high-energy (>15 MeV) neutrons using short pulse high intensity lasers

Physics of Plasmas

Volumn 19, Issue 9, 2012, Pages

  Petrov, G M ^a   Higginson, D P ^b,c   Davis, J ^a   Petrova, Tz B ^a   McNaney, J M ^c   McGuffey, C ^b   Qiao, B ^b   Beg, F N ^b  

^a NAVAL RESEARCH LABORATORY   (United States)

^b UNIVERSITY OF CALIFORNIA   (United States)

^c LAWRENCE LIVERMORE NATIONAL LABORATORY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

3D MONTE CARLO; D(D , N); DETECTION LIMITS; ENERGETIC NEUTRONS; EXPERIMENTAL VERIFICATION; HIGH ENERGY; HIGH INTENSITY LASERS; HIGH-ENERGY NEUTRON; ION ACCELERATIONS; ION BEAM ENERGY; ION ENERGIES; LASER PARAMETERS; MONOENERGETIC ION BEAMS; NEUTRON FLUENCES; NEUTRON SPECTRA; PEAK INTENSITY; PROPAGATION DIRECTION; PULSE DURATIONS; QUANTITATIVE ESTIMATES; ROADMAP; SHORT PULSE; SHORT-PULSE LASERS; TARGET DESIGN;

DEUTERIUM; IONS; NUCLEAR PHYSICS; OPTIMIZATION;

NEUTRONS;

EID: 84867026473     PISSN: 1070664X     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1063/1.4751460     Document Type: Article

References (77)

1. T. E. Mason, Phys. Today 59 (5), 44 (2006). 10.1063/1.2216961
2. L. J. Perkins, B. G. Logan, M. D. Rosen, M. D. Perry, T. Diaz de la Rubia, N. M. Ghoniem, T. Ditmire, P. T. Springer, and S. C. Wilks, Nucl. Fusion 40, 1 (2000). 10.1088/0029-5515/40/1/301
3. K. L. Lancaster, S. Karsch, H. Habara, F. N. Beg, E. L. Clark, R. Freeman, M. H. Key, J. A. King, R. Kodama, K. Krushelnick, K. W. D. Ledingham, P. McKenna, C. D. Murphy, P. A. Norreys, R. Stephens, C. Stoeckl, Y. Toyama, M. S. Wei, and M. Zepf, Phys. Plasmas 11, 3404 (2004). 10.1063/1.1756911
4. M. Strobl, I. Manke, N. Kardjilov, A. Hilger, M. Dawson, and J. Banhart, J. Phys. D 42, 243001 (2009) 10.1088/0022-3727/42/24/243001
5. A. Buffler, Radiat. Phys. Chem. 71, 853 (2004). 10.1016/j.radphyschem. 2004.04.110
6. P. C. Womble, F. J. Schultz, and G. Vourvopoulos, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B 99, 757 (1995). 10.1016/0168-583X(95)00326-6
7. W. von Lensa, R. Nabbi, and M. Rossbach, Red-Impact (Forschungszentrum Julich GmbH, 2008).
8. D. R. Slaughter, M. R. Accatino, A. Bernstein, A. D. Dougan, J. M. Hall, A. Loshak, D. R. Manatt, B. A. Pohl, R. S. Walling, D. L. Weirup, and S. G. Prussin, IEEE Sens. J. 5, 560 (2005). 10.1109/JSEN.2005.851013
9. R. C. Byrd, J. M. Moss, W. C. Priedhorsky, C. A. Pura, G. W. Richter, K. J. Saeger, W. R. Scarlett, S. C. Scott, and R. L. Wagner, Jr., IEEE Sens. J. 5, 593 (2005). 10.1109/JSEN.2005.846376
10. B. A. Ludewigt, D. L. Bleuel, M. D. Hoff, J. W. Kwan, D. Li, A. Ratti, J. W. Staples, S. P. Virostek, and R. P. Wells, Nuclear Instrum. Methods Phys. Res. B 261, 303 (2007). 10.1016/j.nimb.2007.04.136
11. D. P. Higginson, J. M. McNaney, D. C. Swift, T. Bartal, D. S. Hey, R. Kodama, S. Le Pape, A. Mackinnon, D. Mariscal, H. Nakamura, N. Nakanii, K. A. Tanaka, and F. N. Beg, Phys. Plasmas 17, 100701 (2010). 10.1063/1.3484218
12. A. L. Velikovich, R. W. Clark, J. Davis, Y. K. Chong, C. Deeney, C. A. Coverdale, C. L. Ruiz, G. W. Cooper, A. J. Nelson, J. Franklin, and L. I. Rudakov, Phys. Plasmas 14, 022701 (2007). 10.1063/1.2435322
13. C. A. Coverdale, C. Deeney, A. L. Velikovich, R. W. Clark, Y. K. Chong, J. Davis, J. Chittenden, C. L. Ruiz, G. W. Cooper, A. J. Nelson, J. Franklin, P. D. LePell, J. P. Apruzese, J. Levine, J. Banister, and N. Qi, Phys. Plasmas 14, 022706 (2007). 10.1063/1.2446177
14. D. R. Welch, D. V. Rose, C. Thoma, R. E. Clark, C. B. Mostrom, W. A. Stygar, and R. J. Leeper, Phys. Plasmas 18, 056303 (2011). 10.1063/1.3562536
15. M. V. Roshan, P. Lee, Z. Pan, R. Verma, R. S. Rawat, and S. V. Springham, IEEE Trans. Plasma Sci. 38, 2434 (2010). 10.1109/TPS.2010.2056940
16. J. A. Frenje, C. K. Li, F. H. Seguin, D. G. Hicks, S. Kurebayashi, R. D. Petrasso, S. Roberts, V. Yu. Glebov, D. D. Meyerhofer, T. C. Sangster, J. M. Soures, C. Stoeckl, C. Chiritescu, G. J. Schmid, and R. A. Lerche, Rev. Sci. Instrum. 73, 2597 (2002). 10.1063/1.1487889
17. A. Taylor, M. Dunne, S. Bennington, S. Ansell, I. Gardner, P. Norreys, T. Broome, D. Findlay, and R. Nelmes, Science 315, 1092 (2010). 10.1126/science.1127185
18. D. Strickland and G. Mourou, Opt. Commun. 56, 219 (1985). 10.1016/0030-4018(85)90120-8
19. E. W. Gaul, M. Martinez, J. Blakeney, A. Jochmann, M. Ringuette, D. Hammond, T. Borger, R. Escamilla, S. Douglas, W. Henderson, G. Dyer, A. Erlandson, R. Cross, J. Caird, C. Ebbers, and T. Ditmire, Appl. Opt. 49, 1676 (2010). 10.1364/AO.49.001676
20. Y. Kitagawa, Y. Sentoku, S. Akamatsu, M. Mori, Y. Tohyama, R. Kodama, K. A. Tanaka, H. Fujita, H. Yoshida, S. Matsuo, T. Jitsuno, T. Kawasaki, S. Sakabe, H. Nishimura, Y. Izawa, K. Mima, and T. Yamanaka, Phys. Plasmas 9, 2202 (2002). 10.1063/1.1458588
21. M. Siebold, J. Hein, M. Hornung, S. Podleska, M. C. Kaluza, S. Bock, and R. Sauerbrey, Appl. Phys. B 90, 431 (2008). 10.1007/s00340-007-2907-0
22. P. A. Norreys, A. P. Fews, F. N. Beg, A. R. Bell, A. E. Dangor, P. Lee, M. B. Nelson, H. Schmidt, M. Tatarakis, and M. D. Cable, Plasma Phys. Controlled Fusion 40, 175 (1998). 10.1088/0741-3335/40/2/001
23. L. Disdier, J.-P. Garconnet, G. Malka, and J.-L. Miquel, Phys. Rev. Lett. 82, 1454 (1999). 10.1103/PhysRevLett.82.1454
24. A. Youssef, R. Kodama, H. Habara, K. A. Tanaka, Y. Sentoku, M. Tampo, and Y. Toyama, Phys. Plasmas 12, 110703 (2005). 10.1063/1.2131847
25. D. Hilscher, O. Berndt, M. Enke, U. Jahnke, P. V. Nickles, H. Ruhl, and W. Sandner, Phys. Rev. E 64, 016414 (2001). 10.1103/PhysRevE.64.016414
26. H. Habara, P. A. Norreys, R. Kodama, C. Stoeckl, and V. Yu. Glebov, Fusion Sci. Technol. 49, 517 (2006).
27. G. Pretzler, A. Saemann, A. Pukhov, D. Rudolph, T. Schatz, U. Schramm, P. Thirolf, D. Habs, K. Eidmann, G. D. Tsakiris, J. Meyer-ter-Vehn, and K. J. Witte, Phys. Rev. E 58, 1165 (1998). 10.1103/PhysRevE.58.1165
28. H. Habara, K. L. Lancaster, S. Karsch, C. D. Murphy, P. A. Norreys, R. G. Evans, M. Borghesi, L. Romagnani, M. Zepf, T. Norimatsu, Y. Toyama, R. Kodama, J. A. King, R. Snavely, K. Akli, B. Zhang, R. Freeman, S. Hatchett, A. J. MacKinnon, P. Patel, M. H. Key, C. Stoeckl, R. B. Stephens, R. A. Fonseca, and L. O. Silva, Phys. Rev. E 70, 046414 (2004). 10.1103/PhysRevE.70.046414
29. V. S. Belyaev, V. I. Vinogradov, A. P. Matafonov, V. P. Krainov, V. S. Lisitsa, V. P. Andrianov, and G. N. Ignatyev, Laser Phys. 16, 1647 (2006). 10.1134/S1054660X06120097
30. M. H. Key, M. D. Cable, T. E. Cowan, K. G. Estabrook, B. A. Hammel, S. P. Hatchett, E. A. Henry, D. E. Hinkel, J. D. Kilkenny, J. A. Koch, W. L. Kruer, A. B. Langdon, B. F. Lasinski, R. W. Lee, B. J. MacGowan, A. MacKinnon, J. D. Moody, M. J. Moran, A. A. Offenberger, D. M. Pennington, M. D. Perry, T. J. Phillips, T. C. Sangster, M. S. Singh, M. A. Stoyer, M. Tabak, G. L. Tietbohl, M. Tsukamoto, K. Wharton, and S. C. Wilks, Phys. Plasmas 5, 1966 (1998). 10.1063/1.872867
31. A. Youssef and R. Kodama, Nucl. Fusion 50, 035010 (2010). 10.1088/0029-5515/50/3/035010
32. H. Habara, R. Kodama, Y. Sentoku, N. Izumi, Y. Kitagawa, K. A. Tanaka, K. Mima, and T. Yamanaka, Phys. Rev. E 69, 036407 (2004). 10.1103/PhysRevE.69. 036407
33. N. Izumi, Y. Sentoku, H. Habara, K. Takahashi, F. Ohtani, T. Sonomoto, R. Kodama, T. Norimatsu, H. Fujita, Y. Kitagawa, K. Mima, K. A. Tanaka, and T. Yamanaka, Phys. Rev. E 65, 036413 (2002). 10.1103/PhysRevE.65.036413
34. C. Toupin, E. Lefebvre, and G. Bonnaud, Phys. Plasmas 8, 1011 (2001). 10.1063/1.1344919
35. Y. T. Li, Z. M. Sheng, Y. Y. Ma, Z. Jin, J. Zhang, Z. L. Chen, R. Kodama, T. Matsuoka, M. Tampo, K. A. Tanaka, T. Tsutsumi, T. Yabuuchi, K. Du, H. Q. Zhang, L. Zhang, and Y. J. Tang, Phys. Rev. E 72, 066404 (2005). 10.1103/PhysRevE.72.066404
36. L. Willingale, G. M. Petrov, A. Maksimchuk, J. Davis, R. R. Freeman, A. S. Joglekar, T. Matsuoka, C. D. Murphy, V. M. Ovchinnikov, A. G. R. Thomas, L. Van Woerkom, and K. Krushelnick, Phys. Plasmas 18, 083106 (2011). 10.1063/1.3624769
37. C. L. Ellison and J. Fuchs, Phys. Plasmas 17, 113105 (2010). 10.1063/1.3497011
38. J. Davis and G. M. Petrov, Plasma Phys. Controlled Fusion 50, 065016 (2008). 10.1088/0741-3335/50/6/065016
39. J. M. Yang, P. McKenna, K. W. D. Ledingham, T. McCanny, L. Robson, S. Shimizu, R. P. Singhal, M. S. Wei, K. Krushelnick, R. J. Clarke, D. Neely, and P. A. Norreys, J. Appl. Phys. 96, 6912 (2004). 10.1063/1.1814421
40. A. Youssef, R. Kodama, and M. Tampo, Phys. Plasmas 13, 030701, 030702 (2006). 10.1063/1.2183707
41. T. Zagar, J. Galy, J. Magill, and M. Kellett, New J. Phys. 7, 253 (2005). 10.1088/1367-2630/7/1/253
42. K. A. Flippo, J. Workman, D. C. Gautier, S. Letzring, R. P. Johnson, and T. Shimada, Rev. Sci. Instrum. 79, 10E534 (2008). 10.1063/1.2987678
43. R. A. Snavely, M. H. Key, S. P. Hatchett, T. E. Cowan, M. Roth, T. W. Phillips, M. A. Stoyer, E. A. Henry, T. C. Sangster, M. S. Singh, S. C. Wilks, A. MacKinnon, A. Offenberger, D. M. Pennington, K. Yasuike, A. B. Langdon, B. F. Lasinski, J. Johnson, M. D. Perry, and E. M. Campbell, Phys. Rev. Lett. 85, 2945 (2000). 10.1103/PhysRevLett.85.2945
44. D. P. Higginson, J. M. McNaney, D. C. Swift, G. M. Petrov, J. Davis, J. A. Frenje, L. C. Jarrott, R. Kodama, K. L. Lancaster, A. J. Mackinnon, H. Nakamura, P. K. Patel, G. Tynan, and F. N. Beg, Phys. Plasmas 18, 100703 (2011). 10.1063/1.3654040
45. J. Davis, G. M. Petrov, Tz. Petrova, L. Willingale, A. Maksimchuk, and K. Krushelnick, Plasma Phys. Controlled Fusion 52, 045015 (2010). 10.1088/0741-3335/52/4/045015
46. H. Liskien and A. Paulsen, At. Data Nucl. Data Tables 15, 57 (1975). 10.1016/0092-640X(75)90004-2
47. C. H. Poppe, J. D. Anderson, J. C. Davic, S. M. Grimes, and C. Wong, Phys. Rev. C 14, 438 (1976). 10.1103/PhysRevC.14.438
48. T. E. Ward, C. C. Foster, G. E. Walker, J. Rapaport, and C. A. Goulding, Phys. Rev. C 25, 762 (1982). 10.1103/PhysRevC.25.762
49. S. P. Simakov, U. Fischer, and P. Pereslavtsev, Fusion Eng. Des. 84, 1770 (2009). 10.1016/j.fusengdes.2008.11.066
50. J. B. Marion and J. L. Fowler, Fast Neutron Physics (Interscience, New York, 1960), p. 73.
51. H. Liskien and A. Paulsen, At. Data Nucl. Data Tables 11, 569 (1973). 10.1016/S0092-640X(73)80081-6
52. J. E. Brolley, Jr., T. M. Putnam, and L. Rosen, Phys. Rev. 107, 820 (1957). 10.1103/PhysRev.107.820
53. A. B. Jones, Aust. J. Phys. 33, 203 (1980).
54. G. M. Petrov, L. Willingale, J. Davis, Tz. Petrova, A. Maksimchuk, and K. Krushelnick, Phys. Plasmas 17, 103111 (2010). 10.1063/1.3497002
55. J. Fuchs, Y. Sentoku, S. Karsch, J. Cobble, P. Audebert, A. Kemp, A. Nikroo, P. Antici, E. Brambrink, A. Blazevic, E. M. Campbell, J. C. Fernandez, J.-C. Gauthier, M. Geissel, M. Hegelich, H. Pepin, H. Popescu, N. Renard-LeGalloudec, M. Roth, J. Schreiber, R. Stephens, and T. E. Cowan, Phys. Rev. Lett. 94, 045004 (2005). 10.1103/PhysRevLett.94.045004
56. J. Fuchs, Y. Sentoku, E. dHumières, T. E. Cowan, J. Cobble, P. Audebert, A. Kemp, A. Nikroo, P. Antici, E. Brambrink, A. Blazevic, E. M. Campbell, J. C. Fernández, J.-C. Gauthier, M. Geissel, M. Hegelich, S. Karsch, H. Popescu, N. Renard-LeGalloudec, M. Roth, J. Schreiber, R. Stephens, and H. Pépin, Phys. Plasmas 14, 053105 (2007). 10.1063/1.2720373
57. L. Willingale, G. M. Petrov, A. Maksimchuk, J. Davis, R. R. Freeman, T. Matsuoka, C. D. Murphy, V. M. Ovchinnikov, L. Van Woerkom, and K. Krushelnick, Plasma Phys. Controlled Fusion 53, 014011 (2011). 10.1088/0741-3335/53/1/014011
58. R. D. Evans, The Atomic Nucleus (McGraw-Hill, 1955), p. 414.
59. L. Willingale, P. M. Nilson, A. G. R. Thomas, S. S. Bulanov, A. Maksimchuk, W. Nazarov, T. C. Sangster, C. Stoeckl, and K. Krushelnick, Phys. Plasmas 18, 056706 (2011). 10.1063/1.3563438
60. Y. Uwamino, T. S. Soewarsono, H. Sugita, Y. Uno, T. Nakamura, T. Shibata, M. Imamura, and S. Shibata, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A 389, 463 (1997). 10.1016/S0168-9002(97)00345-8
61. C. E. Nelson, F. O. Purser, P. von Behren, and H. W. Newson, Phys. Med. Biol. 23, 39 (1978). 10.1088/0031-9155/23/1/003
62. R. Serber, Phys. Rev. 72, 1008 (1947). 10.1103/PhysRev.72.1008
63. P. Pereslavtsev, U. Fischer, S. Simakov, and M. Avrigeanu, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B 266, 3501 (2008). 10.1016/j.nimb.2008.05.014
64. A. Yu. Konobeyev, Yu. A. Korovin, and P. E. Pereslavtsev, Nucl. Sci. Eng. 139, 1 (2001).
65. U. Fischer, M. Avrigeanu, P. Pereslavtsev, S. P. Simakov, and I. Schmuck, J. Nucl. Mater. 367-370, 1531 (2007). 10.1016/j.jnucmat.2007.04.038
66. M. Hagiwara, T. Itoga, N. Kawata, N. Hirabayashi, T. Oishi, T. Yamauchi, M. Baba, M. Sugimoto, and T. Muroga, Fusion Sci. Technol. 48, 1320 (2005).
67. T. Ye, Y. Watanabe, and K. Ogata, Phys. Rev. C 80, 014604 (2009). 10.1103/PhysRevC.80.014604
68. T. Ceccotti, A. Levy, H. Popescu, F. Reau, P. DOliveira, P. Monot, J. P. Geindre, E. Lefebvre, and Ph. Martin, Phys. Rev. Lett. 99, 185002 (2007). 10.1103/PhysRevLett.99.185002
69. T. Ceccotti, A. Levy, F. Reau, H. Popescu, P. Monot, E. Lefebvre, and Ph. Martin, Plasma Phys. Controlled Fusion 50, 124006 (2008). 10.1088/0741-3335/50/ 12/124006
70. B. Hou, J. A. Nees, Z. He, G. Petrov, J. Davis, J. H. Easter, A. G. R. Thomas, and K. M. Krushelnick, Phys. Plasmas 18, 040702 (2011). 10.1063/1.3574532
71. J. T. Morrison, C. Willis, P. Belencourt, E. McCary, R. L. Daskalova, E. Chowdhary, M. Storm, K. Akli, L. V. Woerkom, R. R. Freeman, S. H. Feldman, G. Dyer, A. Bernste, and T. Ditmire, Bull. Am. Phys. Soc. 56 (12), 197 (2011).
72. S. Kitwanga, P. Leleux, P. Lipnik, and J. Vanhorenbeeck, Phys. Rev. C 42, 748 (1990). 10.1103/PhysRevC.42.748
73. R. W. Michelmann, J. Krauskopf, J. D. Meyer, and K. Bethge, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B 51, 1 (1990). 10.1016/0168-583X(90)90530-8
74. M. L. Firouzbakht, D. J. Scholyer, and A. P. Wolf, Radiochim. Acta 55, 1 (1991).
75. M. Al-Abyad, I. Spahn, and S. M. Qaim, Appl. Rad. Isot. 68, 2393 (2010). 10.1016/j.apradiso.2010.06.013
76. G. M. Petrov and J. Davis, Phys. Plasmas 15, 073109 (2008). 10.1063/1.2956996
77. T. Bartal, M. E. Foord, C. Bellei, M. H. Key, K. A. Flippo, S. A. Gaillard, D. T. Offermann, P. K. Patel, L. C. Jarrott, D. P. Higginson, M. Roth, A. Otten, D. Kraus, R. B. Stephens, H. S. McLean, E. M. Giraldez, M. S. Wei, D. C. Gautier, and F. N. Beg, Nat. Phys. 8, 139 (2012). 10.1038/nphys2153