Laser prepulse dependency of proton-energy distributions in ultraintense laser-foil interactions with an online time-of-flight technique

オンライン飛行時間分析法による高強度レーザー加速陽子線エネルギー分布のレーザープリパルス依存性

余語 覚文; 大道 博行; 福見 敦*; Li, Z.*; 小倉 浩一; 匂坂 明人; Pirozhkov, A. S.; 中村 衆*; 岩下 芳久*; 白井 敏之*; 野田 章*; 大石 祐嗣*; 名雪 琢弥*; 藤井 隆*; 根本 孝七*; Choi, I. W.*; Sung, J. H.*; Ko, D.-K.*; Lee, J.*; 金田 実*; 伊藤 秋男*

Yogo, Akifumi; Daido, Hiroyuki; Fukumi, Atsushi*; Li, Z.*; Ogura, Koichi; Sagisaka, Akito; Pirozhkov, A. S.; Nakamura, Shu*; Iwashita, Yoshihisa*; Shirai, Toshiyuki*; Noda, Akira*; Oishi, Yuji*; Nayuki, Takuya*; Fujii, Takashi*; Nemoto, Koshichi*; Choi, I. W.*; Sung, J. H.*; Ko, D.-K.*; Lee, J.*; Kaneda, Minoru*; Ito, Akio*

集光強度W/cmの短パルスレーザーを厚さ5mの銅薄膜に照射することで発生する高速プロトンのエネルギー分布を、新規に開発したオンライン飛行時間分析器を用いて行った。レーザー主パルスの9ns前に入射するfs-時間幅のプリパルスの強度が10から10W/cmへ上昇するとともに、高速プロトンの最大エネルギーが増加する実験結果が得られた。二波長干渉計測定から、プリパルスによって薄膜の表面に生じるプラズマ膨張のスケール長は15m以下であった。このような密度勾配の急峻なプラズマの発生は、その後に入射する主パルスの吸収効率を高める効果があり、これがプロトンのエネルギーを上昇させると考えられる。

Fast protons are observed by a newly-developed time-of-flight spectrometer, which provides proton-energy distributions immediately after the irradiation of a laser pulse having an intensity of W/cm onto a 5-m-thick copper foil. The maximum proton energy is found to increase when the intensity of a fs-prepulse arriving 9 ns before the main pulse increases from 10 to 10 W/cm. Interferometric measurement indicates that the preformed-plasma expansion at the front surface is smaller than 15 m, which corresponds to the spatial resolution of the diagnostics. This sharp gradient of the plasma makes a beneficial effect on increasing the absorption efficiency of the main-pulse energy, resulting in the increase in the proton energy. This is supported by the result that the X-ray intensity from the laser plasma clearly increases with the prepulse intensity.