サブミクロンサイズの水素クラスター媒質と高強度レーザーとの相互作用による非等方電場の形成と100MeV級プロトンの前方加速

Formation of an anisotropic electric field and longitudinal acceleration of 100-MeV protons triggered by intense laser irradiation of submicron-size H cluster media

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*

相対論的電磁粒子コードEPIC3Dを用いて、クラスター媒質(サブミクロンサイズの水素クラスターと背景水素ガスで構成)と最大集光強度が1.010 W/cmに達する高強度レーザーとの相互作用を模擬する三次元数値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、等方的なクーロン爆発電場に加え、ローレンツ力の磁場成分JB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非等方的なシース電場が形成され、これらの重ねあわせによる非等方なクーロン爆発電場により、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。

In order to examine energy distributions of ions, by using the particle based integrated code, EPIC3D, we performed a 3D numerical simulation concerning an interaction between the high power laser and cluster media, where submicron-size H cluster is embedded in a background H gas at a laser intensity of 1.010 W/cm. 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, JB. As a result, ions are accelerated forward up to approximately 100 MeV by the anisotropic electric field of Coulomb explosion which is the superposition of the symmetric electric field and the asymmetric sheath field.