A signal of $106\ifmmode\pm\else\textpm\fi{}14$ positrons above background has been observed in collisions of a low-emittance 46.6 GeV electron beam with terawatt pulses from a Nd:glass laser at 527 nm wavelength in an experiment at the Final Focus Test Beam at SLAC. The positrons are interpreted as arising from a two-step process in which laser photons are backscattered to GeV energies by the electron beam followed by a collision between the high-energy photon and several laser photons to produce an electron-positron pair. These results are the first laboratory evidence for inelastic light-by-light scattering involving only real photons.

Studies of multiphoton ionization of noble gases have been carried out using 1-\ensuremath{\mu}m, 1-ps laser pulses with intensities up to the mid- ${10}^{16}$ W/${\mathrm{cm}}^{2}$. To our knowledge, this work represents the first study of the production of highly ionized noble-gas ions done exclusively in the tunneling regime. It is found in this regime that the ionization at a given intensity depends on both the ionization potential and the charge state of the species. The onset of ionization occurs when the sum of the Coulomb and laser electric potentials causes the electron to be unbound.

Point design targets have been specified for the initial ignition campaign on the National Ignition Facility [G. H. Miller, E. I. Moses, and C. R. Wuest, Opt. Eng. 443, 2841 (2004)]. The targets contain D-T fusion fuel in an ablator of either CH with Ge doping, or Be with Cu. These shells are imploded in a U or Au hohlraum with a peak radiation temperature set between 270 and 300 eV. Considerations determining the point design include laser-plasma interactions, hydrodynamic instabilities, laser operations, and target fabrication. Simulations were used to evaluate choices, and to define requirements and specifications. Simulation techniques and their experimental validation are summarized. Simulations were used to estimate the sensitivity of target performance to uncertainties and variations in experimental conditions. A formalism is described that evaluates margin for ignition, summarized in a parameter the Ignition Threshold Factor (ITF). Uncertainty and shot-to-shot variability in ITF are evaluated, and sensitivity of the margin to characteristics of the experiment. The formalism is used to estimate probability of ignition. The ignition experiment will be preceded with an experimental campaign that determines features of the design that cannot be defined with simulations alone. The requirements for this campaign are summarized. Requirements are summarized for the laser and target fabrication.

Nonlinear Compton scattering has been observed in the collision of a low-emittance 46.6-GeV electron beam with terawatt pulses from a Nd:glass laser at 1054 and 527 nm wavelengths in an experiment at the Final Focus Test Beam at SLAC. Peak laser intensities of ${10}^{18}\phantom{\rule{0ex}{0ex}}\mathrm{W}/{\mathrm{cm}}^{2}$ have been achieved, corresponding to a value of 0.6 for the parameter $\ensuremath{\eta}\phantom{\rule{0ex}{0ex}}=\phantom{\rule{0ex}{0ex}}e{E}_{\mathrm{rms}}/m{\ensuremath{\omega}}_{0}c$. Results are presented for multiphoton Compton scattering in which up to four laser photons interact with an electron, in agreement with theoretical calculations.

Laser ionization of noble gases was studied with a 1.053-μm, 1-psec Nd:glass laser. A systematic scan of intensities from mid-1013 W/cm2 to mid-1016 W/cm2 was performed, resulting in the production of charge states as high as Xe12+. Ionization occurs exclusively in the tunneling regime. We compare experimental ion production rates with those predicted by several different theories. Agreement between experimental ion-production curves and theoretical predictions is good for two theoretical models: (1) an elaboration of the Keldysh tunneling model, developed by Ammosov et al. [ Sov. Phys. JETP64, 1191 ( 1986)] and (2) a much more primitive model, based on Coulomb-barrier suppression, in which tunneling and other quantum-mechanical effects are ignored completely. The success of the more primitive model suggests that a new term, barrier-suppression ionization, rather than tunneling or multiphoton ionization, may be the most appropriate at this wavelength and in this range of intensities.

We report on measurements of quantum electrodynamic processes in an intense electromagnetic wave, where nonlinear effects (both multiphoton and vacuum polarization) are prominent. Nonlinear Compton scattering and electron-positron pair production have been observed in collisions of 46.6 GeV and 49.1 GeV electrons of the Final Focus Test Beam at SLAC with terawatt pulses of 1053 nm and 527 nm wavelengths from a Nd:glass laser. Peak laser intensities of $\ensuremath{\approx}0.5\ifmmode\times\else\texttimes\fi{}{10}^{18}{\mathrm{W}/\mathrm{c}\mathrm{m}}^{2}$ have been achieved, corresponding to a value of $\ensuremath{\approx}0.4$ for the parameter $\ensuremath{\eta}{=eE}_{\mathrm{rms}}/m{\ensuremath{\omega}}_{0}c$ and to a value of $\ensuremath{\approx}0.25$ for the parameter ${\ensuremath{\Upsilon}}_{e}{=E}_{\mathrm{rms}}^{\ensuremath{\star}}{/E}_{\mathrm{crit}}{=eE}_{\mathrm{rms}}^{\ensuremath{\star}}\ensuremath{\Elzxh}{/m}^{2}{c}^{3},$ where ${E}_{\mathrm{rms}}^{\ensuremath{\star}}$ is the rms electric field strength of the laser in the electron rest frame. We present data on the scattered electron spectra arising from nonlinear Compton scattering with up to four photons absorbed from the field. A convolved spectrum of the forward high energy photons is also given. The observed positron production rate depends on the fifth power of the laser intensity, as expected for a process where five photons are absorbed from the field. The positrons are interpreted as arising from the collision of a high-energy Compton scattered photon with the laser beam. The results are found to be in agreement with theoretical predictions.

We measure up to 2x10;{10} positrons per steradian ejected out the back of approximately mm thick gold targets when illuminated with short ( approximately 1 ps) ultraintense ( approximately 1x10;{20} W/cm;{2}) laser pulses. Positrons are produced predominately by the Bethe-Heitler process and have an effective temperature of 2-4 MeV, with the distribution peaking at 4-7 MeV. The angular distribution of the positrons is anisotropic. Modeling based on the measurements indicate the positron density to be approximately 10;{16} positrons/cm;{3}, the highest ever created in the laboratory.

Measurements of the neutron spectrum from the T(t,2n)4He (tt) reaction have been conducted using inertial confinement fusion implosions at the OMEGA laser facility. In these experiments, deuterium-tritium (DT) gas-filled capsules were imploded to study the tt reaction in thermonuclear plasmas at low reactant center-of-mass (c.m.) energies. In contrast to accelerator experiments at higher c.m. energies (above 100 keV), these results indicate a negligible n + 5He reaction channel at a c.m. energy of 23 keV.

This work provides a numerical study of how double shell capsule deformations caused by drive asymmetries and fabrication imperfections affect implosion symmetry and neutron yield. Hydrodynamics simulations are performed in two dimensions and focus on low-mode deformations that are caused by corresponding asymmetries in the Hohlraum drive, component offsets, and ablator joint gaps. By providing a parameter study of these features, our goal is to understand the dominant sources for inner shell deformation and yield degradation. The discussed capsules are composed of an aluminum ablator with a chromium inner shell. The latter encloses a carbon-deuterium foam ball that serves as fuel. We find that for clean capsules, even-numbered low-mode asymmetries in the drive are imprinted on the ablator and smoothly transferred to the inner shell during shell collision. The resulting deformation of the inner shell is more pronounced with larger fuel radius, while the yield is inversely proportional to the amplitude of the drive asymmetry and varies by factors ≤4 in comparison with clean simulations. Capsule component offsets in the vertical direction and ablator thickness nonuniformity result in p1-type deformations of the imploding inner shell. Finally, joint gaps have the largest effect in deforming the ablator and inner shell and degrading yield. While small gap widths (1 μm) result in prolate inner shells, larger gap widths (4 μm) cause an oblate deformation. More importantly, capsules with a small outer gap (1 μm) experience a dramatic drop in yield, typically <3% of a clean simulation.