Highly-efficient ion acceleration in laser plasma via interaction of intense laser pulse with cluster-gas target

高強度レーザーとクラスターターゲットとの相互作用により生成したプラズマ中での高効率イオン加速

福田 祐仁; 反保 元伸; 神門 正城; 林 由紀雄; 川瀬 啓悟*; Faenov, A. Ya.*; Pikuz, T. A.*; 中村 龍史; 榊 泰直; Pirozhkov, A. S.; 下村 拓也; 桐山 博光; 金崎 真聡; 山内 知也*; 兒玉 了祐*; 近藤 公伯; Bulanov, S. V.

Fukuda, Yuji; Tampo, Motonobu; Kando, Masaki; Hayashi, Yukio; Kawase, Keigo*; Faenov, A. Ya.*; Pikuz, T. A.*; Nakamura, Tatsufumi; Sakaki, Hironao; Pirozhkov, A. S.; Shimomura, Takuya; Kiriyama, Hiromitsu; Kanasaki, Masato; Yamauchi, Tomoya*; Kodama, Ryosuke*; Kondo, Kiminori; Bulanov, S. V.

高強度フェムト秒レーザーを集光して物質に照射することにより、ミクロン程度の空間内に極めて強い電磁場(テラボルト/メートル,メガガウス)が生成する。このような強力な電磁場を用いることによるレーザー駆動のイオン加速は、粒子線がん治療装置の小型化,低価格化の観点から注目を集めている。しかし、レーザー駆動イオンビームの医学利用のためには、イオンビームの高エネルギー化と単色化,レーザー装置の高繰り返し化,レーザー駆動イオンビームの特徴に即したビーム伝送・照射系の最適化など、解決すべき多くの課題がある。われわれは、ナノ粒子である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、イオンビームの高エネルギー化に成功した。講演では、40fs, 1Jのレーザーシステムを用いた最新の実験結果についても報告する。

We present substantial enhancement of accelerated ion energies up to 10-20 MeV per nucleon by utilizing the unique properties of the cluster-gas target irradiated with 40-fs laser pulse of only 150 mJ energy, corresponding to approximately tenfold increase in ion energies compared to previous experiments using thin foil targets. A particle-in-cell (PIC) simulation infers 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 sub-critical density plasmas. The latest experimental results of ion acceleration using the cluster-gas target with 40-fs laser pulses of 1-J energy will be also presented in the presentation.