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Ion accelerations via the interaction of intense lase pulses with cluster targets

高強度レーザーパルスとクラスタータゲットとの相互作用によるイオン加速

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

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

クラスターターゲットを用いたイオン加速実験において、クラスターを構成する炭素イオンと背景ガスの水素イオンとを分別したエネルギー分布計測に成功し、それぞれ、1.1MeV/nと1.6MeVまで加速されていることを明らかにした。実験で得られたエネルギー分布形状を粒子コードシミュレーション結果と比較し、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ていることを明らかにした。また、冷却機構付パルスバルブを用いた水素クラスターターゲット生成装置を開発し、Mie散乱を用いて生成した水素クラスターのサイズ計測を行った。現在までに背圧6MPa、温度25Kと50Kにおいて、直径400-2000nmの水素クラスターの存在を確認している。

In order to understand the synergetic interplay between the Coulomb explosion of clusters and the background gas dynamics, an energy spectrum of carbon/oxygen ions from the CO$$_2$$ clusters and that of protons from the background hydrogen gas are measured separately at 1$$times$$10$$^{19}$$ W/cm$$^2$$ with a careful analysis of etch pit structures on CR-39. The maximum energies of carbon/oxygen ions and protons are determined as 1.1 MeV/n and 1.6 MeV, respectively. Moreover, we present a development of submicron-size hydrogen cluster targets using a cryogenic conical nozzle and their characterization with the Mie scattering method. Above 10$$^22$$ W/cm$$^2$$, the anisotropic Coulomb explosion of submicron-size hydrogen clusters could produce directional proton beams with energies of several tens of MeV, quite advantageous to the future applications, since they are inherently impurity-free, high rep.rate, and robust.

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