Experimental discrimination of ion stopping models near the Bragg peak in highly ionized matter

W. Cayzac (), A. Frank, A. Ortner, V. Bagnoud, M. M. Basko, S. Bedacht, C. Bläser, A. Blažević, S. Busold, O. Deppert, J. Ding, M. Ehret, P. Fiala, S. Frydrych, D. O. Gericke, L. Hallo, J. Helfrich, D. Jahn, E. Kjartansson, A. Knetsch, D. Kraus, G. Malka, N. W. Neumann, K. Pépitone, D. Pepler, S. Sander, G. Schaumann, T. Schlegel, N. Schroeter, D. Schumacher, M. Seibert, An. Tauschwitz, J. Vorberger, F. Wagner, S. Weih, Y. Zobus and M. Roth
Additional contact information
W. Cayzac: Université Bordeaux-CEA-CNRS, Centre Lasers Intenses et Applications
A. Frank: Helmholtz-Institut Jena
A. Ortner: Institut für Kernphysik, Technische Universität Darmstadt
V. Bagnoud: GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH
M. M. Basko: Keldysh Institute of Applied Mathematics (KIAM)
S. Bedacht: Institut für Kernphysik, Technische Universität Darmstadt
C. Bläser: Institut für Kernphysik, Technische Universität Darmstadt
A. Blažević: GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH
S. Busold: GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH
O. Deppert: Institut für Kernphysik, Technische Universität Darmstadt
J. Ding: Institut für Kernphysik, Technische Universität Darmstadt
M. Ehret: Institut für Kernphysik, Technische Universität Darmstadt
P. Fiala: Institut für Kernphysik, Technische Universität Darmstadt
S. Frydrych: Institut für Kernphysik, Technische Universität Darmstadt
D. O. Gericke: Centre for Fusion, Space and Astrophysics, University of Warwick
L. Hallo: CEA-Cesta
J. Helfrich: Institut für Kernphysik, Technische Universität Darmstadt
D. Jahn: Institut für Kernphysik, Technische Universität Darmstadt
E. Kjartansson: Institut für Kernphysik, Technische Universität Darmstadt
A. Knetsch: Institut für Kernphysik, Technische Universität Darmstadt
D. Kraus: University of California
G. Malka: Université Bordeaux-CEA-CNRS, Centre Lasers Intenses et Applications
N. W. Neumann: Institut für Kernphysik, Technische Universität Darmstadt
K. Pépitone: CEA-Cesta
D. Pepler: STFC Rutherford Appleton Laboratory
S. Sander: Institut für Kernphysik, Technische Universität Darmstadt
G. Schaumann: Institut für Kernphysik, Technische Universität Darmstadt
T. Schlegel: Helmholtz-Institut Jena
N. Schroeter: Institut für Kernphysik, Technische Universität Darmstadt
D. Schumacher: GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung GmbH
M. Seibert: Institut für Kernphysik, Technische Universität Darmstadt
An. Tauschwitz: Goethe-Universität Frankfurt am Main
J. Vorberger: Institute of Radiation Physics, Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf
F. Wagner: Institut für Kernphysik, Technische Universität Darmstadt
S. Weih: Institut für Kernphysik, Technische Universität Darmstadt
Y. Zobus: Institut für Kernphysik, Technische Universität Darmstadt
M. Roth: Institut für Kernphysik, Technische Universität Darmstadt

Nature Communications, 2017, vol. 8, issue 1, 1-7

Abstract: Abstract The energy deposition of ions in dense plasmas is a key process in inertial confinement fusion that determines the α-particle heating expected to trigger a burn wave in the hydrogen pellet and resulting in high thermonuclear gain. However, measurements of ion stopping in plasmas are scarce and mostly restricted to high ion velocities where theory agrees with the data. Here, we report experimental data at low projectile velocities near the Bragg peak, where the stopping force reaches its maximum. This parameter range features the largest theoretical uncertainties and conclusive data are missing until today. The precision of our measurements, combined with a reliable knowledge of the plasma parameters, allows to disprove several standard models for the stopping power for beam velocities typically encountered in inertial fusion. On the other hand, our data support theories that include a detailed treatment of strong ion-electron collisions.

Date: 2017
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