高強度レーザーとクラスター媒質との相互作用と粒子加速・輻射特性,2

Interaction between high power laser and cluster medium, and associated particle acceleration and radiation characteristics, 2

岸本 泰明; 杉山 裕一*; 岩田 夏弥*; 内田 智之*; 福田 祐仁

Kishimoto, Yasuaki; Sugiyama, Yuichi*; Iwata, Natsuyo*; Uchida, Tomoyuki*; Fukuda, Yuji

原子力機構関西光科学研究所の福田らが行ったクラスターターゲットを用いたイオン加速実験を再現することを目的に、原子・衝突緩和過程を取り入れた粒子コード(EPIC3D)を用いて、ヘリウム背景ガス中での炭素クラスター媒質と高強度レーザーとの相互作用シミュレーションを行い、クラスター媒質中でのレーザーの伝播・吸収特性、粒子加速特性の詳細について解析した。その結果、(1)クーロン爆発による炭素イオンの加速、(2)クーロン爆発電場による背景ヘリウムイオンの圧縮・加速、媒質裏面近傍に形成される(3)磁気渦、及び、(4)シーズ電場による加速、などが多段的・相乗的に起こり、その結果、裏面から指向性を持った高エネルギーイオンが生成されることが示された。

In order to investigate the laser-driven ion acceleration experiments using cluster-gas targets (CO clusters + background He gas) conducted by Y. Fukuda et al., we have done a series of simulations using the EPIC3D code, which includes the effects of atomic and collisional relaxation processes. We have analyzed the laser propagation, the absorption of laser light, and the particle acceleration processes inside the targets. As a result, we have found that collimated high energy ions are generated from the rear surface of the targets through a multistep-synergistic manner, such as (1) acceleration of carbon ions due to Coulomb explosion, (2) compression and acceleration of the background helium ions due to electric fields of Coulomb explosion, and ion accelerations due to (3) a magnetic vortex and (4) a sheath field, both of which are formed near the rear surface of the target.