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Spectroscopic characterization of an ultrashort-pulse-laser-driven Ar cluster target incorporating both Boltzmann and particle-in-cell models

ボルツマン方程式とPICコードとの融合モデルを用いた極短パルスレーザー照射Arクラスターから発生したX線スペクトルの解析

Sherrill, M. E.*; Abdallah, J. Jr.*; Csanak, G.*; Dodd, E. S.*; 福田 祐仁; 赤羽 温; 青山 誠; 井上 典洋*; 上田 英樹*; 山川 考一; Faenov, A. Y.*; Magunov, A. I.*; Pikuz, T. A.*; Skobelev, I. Y.*

Sherrill, M. E.*; Abdallah, J. Jr.*; Csanak, G.*; Dodd, E. S.*; Fukuda, Yuji; Akahane, Yutaka; Aoyama, Makoto; Inoue, Norihiro*; Ueda, Hideki*; Yamakawa, Koichi; Faenov, A. Y.*; Magunov, A. I.*; Pikuz, T. A.*; Skobelev, I. Y.*

電子と原子のキネティクスを連立して解くモデルを用いて、極短パルスレーザー照射Arクラスターから発生したK殼X線スペクトル(He$$_alpha$$線)の解析を行った。このモデルでは、非平衡電子エネルギー分布関数はPICコードを用いて生成したものを用いた。その結果、X線は極めて非平衡な状態にある高密度プラズマから発生しており、その時間スケールは約5.7psであることがわかった。また、さらに固体密度に近い10$$^{21}$$cm$$^{-3}$$を超えるイオン密度のクラスタープラズマの生成が可能となった場合には、X線発生のタイムスケールはフェムト秒となることが明らかとなった。

A model that solves simultaneously both the electron and atomic kinetics was used to generate synthetic He$$_alpha$$ X-ray spectra to characterize a high intensity ultrashort laser driven Ar cluster target experiment. In particular, level populations were obtained from a detailed collisional-radiative model where collisional rates were computed from a time varying electron distribution function obtained from the solution of the zero dimensional Boltzmann equation. In addition, aparticle-in-cell simulation was used to model the laser interaction with the cluster target and provided the initial electron energy distribution function (EEDF) for the Boltzmann solver. This study suggests that the high density plasma contribution to the time-integrated He$$_alpha$$ spectrum was in a highly non-equilibrium state in both the EEDF and the ion level populations and provides a prediction of 5.7 ps for the average cluster integrity time for this high density state.

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分野:Physics, Fluids & Plasmas

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