Одним из важных объектов физики сверхсильных полей является взаимодействие релятивистски интенсивного лазерного излучения с веществом. В данном направлении проводятся активные теоретические исследования взаимодействия релятивистски сильных лазерных полей с плазмой. В ИПФ РАН в этом направлении получен ряд важных результатов:

– Предсказан новый режим взаимодействия сверхмощного лазерного излучения с закритической плазмой, когда проникновение в плотную среду осуществляется за счет эффекта релятивистской самоиндуцированной прозрачности, приводящего к формированию кавитационных плазменных структур и проникновению лазерной энергии лишь на конечную глубину, определяемую параметрами падающего импульса. На рис. 1 показан типичный сценарий взаимодействия релятивистски сильного лазерного импульса с плотной дейтериевой плазмой.

– Развита теория релятивистской самофокусировки и генерации мегагауссных магнитных полей в условиях релятивистского самоканалирования. Показано, что при мощности излучения, превышающей критическую мощность для самофокусировки, когда процесс каналирования протекает в режиме электронной кавитации, происходит формирование узких нейтральных токовых слоев, разделяющих области с противоположно направленными магнитными полями мегагауссного уровня. На рис. 2 представлены типичные распределения интенсивности лазерного излучения, квазистатического продольного магнитного поля и плотности электронов в условиях релятивистского самоканалирования.

– Дан анализ распространения интенсивных релятивистских потоков электронов через диэлектрическую конденсированную среду применительно к проблеме создания источников ускоренных частиц при взаимодействии сверхмощных лазерных импульсов с твердотельными мишенями. Показано, что распространение интенсивных потоков электронов связано с эффектом прямой ионизации среды полем разделения зарядов, обеспечивающим создание плазмы с необходимыми параметрами для компенсации заряда и тока. Найдена ионизационная неустойчивость фронта распространения, приводящая к поперечному расслоению электронного пучка на субпикосекундном временном интервале, и определены оптимальные параметры диэлектрических слоев, необходимые для генерации высококоллимированных интенсивных пучков протонов.