Energy increase in multi-MeV ion acceleration in the interaction of a short pulse laser with a cluster-gas target

極短パルスレーザーとクラスターターゲットとの相互作用によるイオン加速の高エネルギー化

福田 祐仁; Faenov, A. Y.; 反保 元伸; Pikuz, T. A.*; 中村 龍史; 神門 正城; 林 由紀雄; 余語 覚文; 榊 泰直; 亀島 敬*; Pirozhkov, A. S.; 小倉 浩一; 森 道昭; Esirkepov, T. Z.; Koga, J. K.; Boldarev, A. S.*; Gasilov, V. A.*; Magunov, A. I.*; 山内 知也*; 兒玉 了祐*; Bolton, P.; 加藤 義章* ; 田島 俊樹*; 大道 博行; Bulanov, S. V.

Fukuda, Yuji; Faenov, A. Y.; Tampo, Motonobu; Pikuz, T. A.*; Nakamura, Tatsufumi; Kando, Masaki; Hayashi, Yukio; Yogo, Akifumi; Sakaki, Hironao; Kameshima, Takashi*; Pirozhkov, A. S.; Ogura, Koichi; Mori, Michiaki; Esirkepov, T. Z.; Koga, J. K.; Boldarev, A. S.*; Gasilov, V. A.*; Magunov, A. I.*; Yamauchi, Tomoya*; Kodama, Ryosuke*; Bolton, P.; Kato, Yoshiaki*; Tajima, Toshiki*; Daido, Hiroyuki; Bulanov, S. V.

小型極短パルスレーザーとクラスターターゲットを用いた新しいイオン加速手法を提案する。この手法では、従来手法よりも小さな発散角(3.4)で、イオンの加速エネルギー1020MeV/uを達成した。この加速エネルギーは、固体ターゲットを用いた従来手法の約10倍増に相当する。粒子コードによるシミュレーションにより、クラスターターゲット裏面の臨界密度プラズマ中で成長する強力な電磁場構造が、高エネルギーイオン発生に重要な役割を果たしていることが示唆されている。

A new approach for accelerating ions, based on the use of a cluster-gas target and a compact ultrashort pulse laser, is presented. It is shown that ions with energy 10-20 MeV per nucleon having a small divergence (full angle) of 3.4 are generated, corresponding to an approximately tenfold increase in the ion energies compared to previous experiments using solid targets. It is inferred from a particle-in-cell code simulation that the high energy ions are generated at the rear side of the target due to the formation of a strong dipole vortex structure in near-critical density plasmas.