Interaction of high contrast laser pulse with foam-attached target

高強度・高コントラストレーザーとフォームターゲットとの相互作用

中村 龍史; 反保 元伸; 兒玉 了祐*; Bulanov, S. V.; 神門 正城

Nakamura, Tatsufumi; Tampo, Motonobu; Kodama, Ryosuke*; Bulanov, S. V.; Kando, Masaki

レーザーからプラズマへのエネルギー変換効率の増加を目的に、高コントラストレーザーとフォームターゲットとの相互作用の解明を粒子シミュレーションコードを用いて行った。レーザーと物質との相互作用領域には、プレパルスにより生成される膨張プラズマが存在する。この相互作用領域のプラズマ密度分布を制御するために、密度が固体密度に比べ23桁程度低いフォームターゲットを利用することを提案する。フォームによるプラズマ密度分布の制御には、同時に高コントラストレーザーを使う必要がある。このため、レーザー・フォーム相互作用においてはメインパルスによるターゲットのイオン化プロセスが重要な過程となる。シミュレーションの結果、イオン化によりイオン密度の周期構造が現れることが明らかとなった。また、フォームターゲットを体積加熱する結果、高エネルギー電子の発生量が増大し、エネルギー変換効率が大幅に増加することがわかった。フォームターゲットのパラメターを適切に選ぶことで、レーザー加速イオンのエネルギーの増大が可能であることを示した。

Interactions of high contrast laser pulses with foam-attached targets are investigated via Particle-in-Cell (PIC) simulations in order to enhance the energy coupling from laser to plasmas. A foam layer whose mass density is much lower than that of the solid state is used for controlling the plasma density distribution of the laser irradiation region with the aid of the high contrast laser pulses. The ionization process plays a role in the laser and foam interaction, which results in the formation of periodic structure of ion charge density. The bulk electrons inside the foam layer are heated by the laser pulse, which results in the generation of abundant MeV electrons and higher energy coupling from laser to plasma. These features are utilized for laser ion acceleration by using a foam-attached thin foil target. It is shown that the laser accelerated ion energy is enhanced by properly choosing the foam parameters.