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L'accelerazione di ioni, diversamente da quella di elettroni, è ottenuta focalizzando un intenso impulso laser su un bersaglio solido sottile (spessore micrometrico). Il plasma ottenuto dalla ionizzazione del materiale ha una densità superiore a quella critica per un'onda EM di lunghezza d'onda ottica (lambda micron). Una radiazione elettromagnetica non può propagarsi attraverso un plasma sovracritico. L'interazione laser-plasma avviene essenzialmente sulla superficie del bersaglio e tramite diversi meccanismi una parte importante dell'energia dell'impulso laser viene assorbita dagli elettroni del plasma che scaldandosi violentemente espandono attorno al bersaglio dando luogo ad intensi campi elettrici di carica spaziale. I campi elettrostatici così generati sono principlamente diretti lungo la normale alla superficie del bersaglio e sono in grado di accelerare gli ioni presenti sulle superfici fino a decine di MeV per nucleone.
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