Coulomb implosion mechanism of negative ion acceleration in laser plasmas

クーロン爆縮によるレーザー負イオン加速

中村 龍史; 福田 祐仁; 余語 覚文; 反保 元伸; 神門 正城; 林 由紀雄; 亀島 敬; Pirozhkov, A. S.; Esirkepov, T. Z.; Pikuz, T. A.*; Faenov, A. Y.; 大道 博行; Bulanov, S. V.

Nakamura, Tatsufumi; Fukuda, Yuji; Yogo, Akifumi; Tampo, Motonobu; Kando, Masaki; Hayashi, Yukio; Kameshima, Takashi; Pirozhkov, A. S.; Esirkepov, T. Z.; Pikuz, T. A.*; Faenov, A. Y.; Daido, Hiroyuki; Bulanov, S. V.

高強度レーザー生成プラズマからMeV程度の高エネルギー負イオンが観測された。その加速機構を説明するクーロン爆縮モデルを提案する。クラスターターゲットに高強度レーザーを照射するとクーロン爆発が起こる。そこに少量の負イオンが存在した場合、それらはターゲット中心に向かって加速される。クーロン爆発を表す自己相似解を利用し、負イオンダイナミクスを表す解析解を導出した。この結果を粒子シミュレーションにより検証し、その妥当性が確認された。このモデルにより負イオンのエネルギースペクトル及び最大エネルギーを予測することが可能となった。

Coulomb implosion mechanism of the negatively charged ion acceleration in laser plasmas is proposed. When a cluster target is irradiated by an intense laser pulse and the Coulomb explosion of positively charged ions occurs, the negative ions are accelerated inward. The maximum energy of negative ions is several times lower than that of positive ions. We present the theoretical description and Particle-in-Cell simulation results of the Coulomb implosion mechanism, and show the evidence of the negative ion acceleration in the experiments on the high intensity laser pulse interaction with the cluster targets are presented.