Structure of electric field and dynamics of contact surface due to the interaction between cluster and background gas irradiated by high power lasers

レーザー照射されたクラスターと背景ガスとの相互作用による接触面の電場構造とダイナミックス

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*

クラスター媒質(COクラスターと背景水素ガスで構成)と最大集光強度が10 W/cmの高強度レーザーとの相互作用によるイオン加速実験において、1.6MeVにまで加速された背景ガスイオンが得られた。本研究では、この実験を模擬したパラメータ領域で、二次元、および、三次元PICシミュレーションを行い、背景ガスイオンの加速メカニズムについて調べた。その結果、クラスターの膨張面、および、背景ガスの圧縮面に形成される電場が背景ガスイオンを加速することを見いだした。また、実験結果とよく似た傾向を示すイオンのエネルギースペクトルが得られた。

In the recent experiment concerning high power laser-cluster interaction, composed of CO clusters and background hydrogen gas, conducted at JAEA-KPSI, high energy background hydrogen ions, accelerated up to 1.6 MeV, have been observed. In order to examine the acceleration mechanism of the background gas ions, we have performed 2D and 3D PIC simulations in the parameter regime relevant to the experiment. The simulation results shows that at the contact surface area, the asymmetric electric field of Coulomb explosion from cluster and the additional electric field from background gas are generated and these electric fields contribute to the acceleration of background gas ions. From energy spectra of ions, the simulation results well support experimental ones.