Characterization of cluster-gas targets and its application to laser-driven particle acceleration experiments

クラスターガスターゲットの特性評価とレーザー駆動イオン加速実験への応用

神野 智史   ; 福田 祐仁; 榊 泰直; 金崎 真聡; 近藤 公伯; Faenov, A. Ya.*; Skobelev, I. Yu.*; Pikuz, T.; Boldarev, A. S.*; Gasilov, V. A.*

Jinno, Satoshi; Fukuda, Yuji; Sakaki, Hironao; Kanasaki, Masato; Kondo, Kiminori; Faenov, A. Ya.*; Skobelev, I. Yu.*; Pikuz, T.; Boldarev, A. S.*; Gasilov, V. A.*

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実験において、数十MeVのイオン加速を実現している。その加速メカニズムの解明には、ターゲットの初期状態を理解することが重要である。そこで、ターゲットであるCO/HeおよびCO/H混合ガス中に存在するCOクラスターのサイズをミー散乱法により評価した。その結果、COクラスターのサイズはそれぞれ0.22mおよび0.25mであった。また、ターゲットのガス密度分布を干渉法により評価した。さらに、J-KARENレーザー(1.010W/cm)をターゲットに照射し、それにより発生する電子のエネルギースペクトルをターゲットへの照射位置を変えながら測定した。このようにして得られる電子エネルギースペクトルはリアルタイム検出可能であり、イオン加速の最適条件探索のための指標になる。結果として、電子エネルギースペクトルは照射位置に強く依存していることが分かった。このことはイオン加速に適した照射位置が存在することを示唆している。発表では電子エネルギースペクトルとターゲット初期状態との相関について考察する。

We have achieved ion generations of several tens MeV in the laser driven ion acceleration using cluster-gas targets. The detailed knowledge of the initial target parameters is the key to understanding the acceleration mechanism. In present study, we have evaluated the sizes of CO clusters, which formed in the supersonic expansion of CO/He and CO/H mixed-gases, by measuring angular distributions of Mie scattered light from the clusters. The gas density profiles of the targets were also evaluated with an interferometry. Moreover, we have observed the energy spectra of generating electrons from the target irradiated by the J-KAREN laser in real time since the spectra can be a guide for searching the optimal condition of the ion acceleration. As a result, we found that the spectra vary significantly depending on the focal positions inside the target. We consider the correlation between the target initial condition and the electron energy spectra.