クラスターのクーロン爆発による背景ガスイオンの加速

Acceleration of background gas ions induced by Coulomb explosion of clusters

金崎 真聡; 神野 智史*   ; 榊 泰直; Faenov, A.*; Pikuz, T. A.*; 西内 満美子; 桐山 博光; 神門 正城; 近藤 公伯; 松井 隆太郎; 森島 邦博*; Scullion, C.*; Smyth, A. G.*; Alonso, A.*; Doria, D.*; Borghesi, M.*; 渡辺 幸信; 小田 啓二*; 山内 知也*; 岸本 泰明; 福田 祐仁

Kanasaki, Masato; Jinno, Satoshi*; Sakaki, Hironao; Faenov, A.*; Pikuz, T. A.*; Nishiuchi, Mamiko; Kiriyama, Hiromitsu; Kando, Masaki; Kondo, Kiminori; Matsui, Ryutaro; Morishima, Kunihiro*; Scullion, C.*; Smyth, A. G.*; Alonso, A.*; Doria, D.*; Borghesi, M.*; Watanabe, Yukinobu; Oda, Keiji*; Yamauchi, Tomoya*; Kishimoto, Yasuaki; Fukuda, Yuji

クラスターターゲットを用いたイオン加速実験では、これまで高エネルギーイオンにのみ着目した計測が行われてきた。そこで本研究では、これまでほとんど調べられてこなかった低エネルギー成分のイオン計測を行い、背景ガスイオンの加速メカニズムの解明を目指した。磁場を用いたスペクトロメータにCR-39固体飛跡検出器を組み合わせ、計測体系を工夫することで、クラスターを構成する炭素及び酸素イオンと背景ガスイオンであるプロトンを完全に分離した計測に成功し、炭素及び酸素イオンが1MeV/n付近で急激に個数が減少するのに対して、プロトンは高エネルギー側に裾を引く形で1.6MeVまで加速されていることを明らかにした。また粒子コードを用いた数値計算も実験と同様の傾向を示しており、クラスターのクーロン爆発で生成される電場によって背景ガスイオンが加速されることが明らかとなった。

In the previous laser-driven ion acceleration experiment using cluster-gas target, we have only focused on the high energy ions with energies of multi-tens of MeV. In order to reveal synergetic interplay between the Coulomb explosion of clusters and the background gas ions, we have measured protons (background gas ions) separately from carbon and oxygen ions (clusters) by using magnetic spectrometer with CR-39 track detectors. We have found that the number of carbon and oxygen ions decrease sharply at 1 MeV/n. On the other hand, the protons show the Maxwell-Boltzmann energy distribution. Based on the experimental results, the acceleration mechanism of background gas ions induced by Coulomb explosion of clusters can be discussed with the help from numerical simulations.