Interaction between high power laser and clustered medium; Propagation, acceleration, and radiation

強度レーザーとクラスター媒質との相互作用と粒子加速・輻射特性

岸本 泰明; 杉山 裕一*; 岩田 夏弥*; 内田 智之*; 福田 祐仁

Kishimoto, Yasuaki; Sugiyama, Yuichi*; Iwata, Natsuyo*; Uchida, Tomoyuki*; Fukuda, Yuji

近年、医療応用等を目的に、レーザーとクラスターとの相互作用を利用した高エネルギー粒子加速が注目されている。原子力機構関西光科学研究所の福田等は、HeとCOの混合高圧ガスの噴霧によって直径が数100nmに及ぶクラスターが生成され、そのようなクラスター媒質に高強度レーザーを照射する と、核子あたり10-20MeVに及ぶ高エネルギーイオンが発生すること、そのようなクラスター媒質中をレーザーは自己集束をしながら長距離伝播することなどを見いだしている。本研究では、原子・衝突緩和過程を取り入れた粒子コード(EPIC3D)を用いて、福田等と同じパラメータ領域において、高強度レーザーに照 射されたC(炭素)及びCOクラスターのダイナミックスを解析した。相互作用は、クラスターの平均半径、空間充填率、その条件下でのクラスターのランダムな確率配置などに依存した期待値として与えられ、実験と同レベルの高 エネルギーイオンの生成が観測された。クラスターの崩壊に伴い、揺らぎレベルの高い分布が臨界密度近傍で生成され、興味深いレーザー伝播・吸収及び電磁波放射特性を示すことが明らかとなった。

Recently, signatures of high energy ion acceleration with 10-20 MeV per nucleon were observed in a clustered medium. A channeling over Rayleigh length was also detected. Here, we studied the characteristics of clustered medium irradiated by high power lasers using a particle based integrated code, EPIC3D, where key physical processes such as ionization, collisional relaxation, radiation damping, etc. are taken into account. The interaction is dominated not only by the averaged quantities, e.g. averaged cluster size and packing fraction, but also by their probabilistic configuration. The generation of high energy ions which range is the same order as the experiments was observed. We also study the propagation dynamics of laser regulated by the cluster expansion and associated complex density profile with high fluctuation level.