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水素クラスターターゲットと高強度レーザーとの相互作用による100MeV級プロトンの前方加速

Forward acceleration of 100-MeV protons triggered by intense laser irradiation of H$$_{2}$$ cluster targets

松井 隆太郎; 福田 祐仁; 川人 大希*; 岸本 泰明*

Matsui, Ryutaro; Fukuda, Yuji; Kawahito, Daiki*; Kishimoto, Yasuaki*

最大集光強度が1.0$$times$$10$$^{22}$$ W/cm$$^{2}$$に達する高強度レーザーと、半径600 nmの水素クラスターターゲットとの相互作用を模擬する三次元PICシミュレーションを行い、得られるイオンのエネルギーについて調べた。その結果、クーロン爆発電場に加え、ローレンツ力の磁場成分J$$times$$Bにより前方へ加速された電子により、イオンを前方へ加速させるシース電場が形成され、これらの電場によりプロトンが前方へ約100MeVにまで加速されることを見いだした。この結果は、サブミクロンサイズの水素クラスターとJ-KAREN-Pレーザーを用いることで、100MeVに達するプロトンが得られることを示唆している。

In order to examine energy distributions of ions, we performed a 3D PIC simulation concerning an interaction between the high power laser and H$$_{2}$$ cluster targets with a radius of 600 nm, at a laser intensity of 1.0$$times$$10$$^{22}$$ W/cm$$^{2}$$. The simulation results shows that in addition to symmetric electric fields by the Coulomb repulsive force, asymmetric sheath electric fields are generated due to electrons pushed forward by the Lorenz force, J$$times$$B. As a result, ions are accelerated forward up to 100 MeV by the anisotropic electric field of Coulomb explosion which consists of the symmetric electric fields and the asymmetric sheath fields. These results suggest that by using J-KAREN-P laser and submicron-size H$$_{2}$$ cluster targets, protons with energies of 100 MeV can be produced.

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