We demonstrate experimentally that the proton beam filamentation in dense plasma can be controlled in multi-layered (Al–CH–Al) sandwich targets. We observe up to three-fold reduction in the MeV proton beam divergence (~12°) from these targets as a result of decrease in filamentary structures in the proton beam profile. Strong self-generated resistive magnetic fields in targets with a high-Z transport layer are mainly responsible for this observed effect. Enhancement in the proton flux and energy is also observed from these targets. Supported by a matching 2D particle-in-cell (PIC) simulation and theoretical considerations, we suggest that these targets can be very effectively implemented to collimate proton beams useful for ion oncology applications or advanced fast igniter approach of inertial confinement fusion (ICF).
我々は、陽子ビームのフィラメント化が多層（Al–CH–Al）サンドイッチ標的において制御可能であることを実験的に実証した。これらの標的を用いることで、陽子ビームプロファイルにおけるフィラメント構造の減少により、MeV陽子の発散角（約12°）が最大3倍低減することを観測した。高Z輸送層を有する標的における強い自己生成抵抗性磁場が、この効果の主な要因である。また、これらの標的から陽子フラックスとエネルギーの増大も観測された。2次元粒子インセル（PIC）シミュレーションおよび理論的考察によって裏付けられた結果から、これらの標的は、イオン腫瘍学応用や先進的高速点火方式による慣性核融合（ICF）に有用な陽子ビームをコリメートするために極めて効果的に実装可能であることが示唆される。