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クラスターターゲットを用いたレーザー駆動イオン加速

Ion acceleration in the interaction of a short pulse laser with a cluster-gas target

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; 本間 隆之; 川瀬 啓悟; 小瀧 秀行; 余語 覚文; 榊 泰直; 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.*; 兒玉 了祐*; 山内 知也*; 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; Homma, Takayuki; Kawase, Keigo; Kotaki, Hideyuki; Yogo, Akifumi; Sakaki, Hironao; Pirozhkov, A. S.; Ogura, Koichi; Mori, Michiaki; Esirkepov, T. Z.; Koga, J. K.; Boldarev, A. S.*; Gasilov, V. A.*; Magunov, A. I.*; Kodama, Ryosuke*; Yamauchi, Tomoya*; Bolton, P.; Kato, Yoshiaki; Tajima, Toshiki; Daido, Hiroyuki; Bulanov, S. V.

レーザー駆動の粒子加速は、従来の加速器では実現できないフェムト$$sim$$ピコ秒の極短パルスの量子ビーム生成が可能、といった特長を有する。われわれは、サブ臨界密度プラズマ中で生成する磁気渦に起因する加速電界により、イオンが高エネルギーに加速される、という磁場イオン加速モデルに基づいた従来とは異なる手法によるレーザー駆動イオン加速の高エネルギー化に取り組んでいる。本研究では、サブ臨界密度プラズマを生成させるために、世界に先駆けて、クラスターを含むガスターゲットをイオン加速研究に導入し、核子あたりの最大エネルギーが10$$sim$$20MeV/nという、従来の同規模クラスのレーザー装置を用いた場合の約10倍の加速エネルギーを得ることに成功した。

An approach for accelerating ions, with the use of a cluster-gas target and an ultrashort pulse laser of 150-mJ energy and 40-fs duration, is presented. Ions with energy 10-20 MeV per nucleon having a small divergence (full angle) of 3.4$$^{circ}$$ are generated in the forward direction, corresponding to approximately tenfold increase in the ion energies compared to previous experiments using solid targets. It is inferred from a particle-in-cell 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 subcritical density plasmas.

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