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における背景ガスイオンの加速

Acceleration of background gas ions due to the interaction of intense laser pulses with cluster-gas targets

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; Scullion, C.*; Smyth, A. G.*; Alejo, A.*; Doria, D.*; Borghesi, M.*; 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; Scullion, C.*; Smyth, A. G.*; Alejo, A.*; Doria, D.*; Borghesi, M.*; Oda, Keiji*; Yamauchi, Tomoya*; Kishimoto, Yasuaki; Fukuda, Yuji

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って発生するイオンは、クーロン爆発によって等方的に加速される低エネルギー成分(数MeV/n)に加え、高速電子に起因する磁気双極子渦の運動によってレーザー進行方向に加速される高エネルギー成分(数MeV/n)が存在する。これまで、低エネルギー成分の中でも、特に背景ガスイオンの特性についてはほとんど調べられてこなかった。そこで本研究では、背景ガスイオンの加速メカニズムを明らかにすることを主な目的とし、クラスターを構成するイオンと背景ガスイオンのエネルギースペクトルをそれぞれ評価した。また、粒子コードシミュレーションと比較することで、クラスターがクーロン爆発する際に生成される電場によって背景ガスイオンが加速されるということを明らかにした。

In the laser-driven ion acceleration using cluster-gas targets, consisting of a few hundreds nanometer sized clusters and the background gas, the energy spectrum of accelerated ions has two components. The lower energy component is produced by the Coulomb explosions of clusters and the higher one is accelerated by electric fields created by the magnetic vortex. In this study, in order to reveal the acceleration mechanism of the background gas ions, we have measured the ion energy spectra for the background gas and for clusters separately. Based on the experimental results, the acceleration mechanism of background gas ions induced by Coulomb explosion of clusters is discussed with the help from numerical simulations.