Approach towards quasi-monoenergetic laser ion acceleration with doped target

ドープドターゲットによる準単色なレーザーイオン加速へのアプローチ

守田 利昌

Morita, Toshimasa

レーザーイオン加速において、炭素と水素を含んだ物質からなる円盤ターゲットを用いた場合について、3次元PICシミュレーションを用いて調査した。620TW, 5W/cmのレーザーパルスを用い、200MeVの陽子が得られることが示される。ポリエチレン(CH)のターゲットにおいて、陽子と炭素イオンは、radiation pressure accelerationの効果により2層に分離する。この2層に分離した状況での各層の激しいクーロン爆発と各層間の電荷反発力の効果で高エネルギー陽子が生成される。炭素の円盤に水素をドープさせたドープドターゲットは、ダブルレイヤーターゲットを形成する。そして、準単色の陽子ビームを生成する。

Ion acceleration by using a laser pulse irradiating a disk target which includes hydrogen and carbon is examined using three-dimensional particle-in-cell simulations. It is shown that over 200 MeV protons can be generated by using a 620 TW, 5 W/cm laser pulse. In a polyethylene (CH) target, protons and carbon ions separate and form two layers by radiation pressure acceleration. A strong Coulomb explosion in this situation and Coulomb repulsion of each layer generates high energy protons. A doped target, low density hydrogen within a carbon disk, becomes a double layer target which is comprised of a thin and low density hydrogen disk on the surface of a high- atom layer. This then generates a quasi-monoenergetic proton beam.