This paper presents the results of detailed numerical studies of the properties of ion beams generated by a laser from targets with various atomic numbers under conditions relevant for ion fast ignition (IFI) of inertial fusion. The interaction of a 200 kJ 1 ps infrared (1.05 μm) laser with Li, C, Al, Ti, Cu and CH2 flat targets with the same areal mass density was numerically simulated using an advanced 2D3V particle-in-cell code. For each target, a set of ion beam characteristics important for IFI was determined. A detailed quantitative comparison of the IFI-relevant parameters of Li, C, Al, Ti and Cu ion beams and the proton beam (from the CH2 target) was made. The laser-accelerated Cu ion beam was found to achieve significantly higher values of beam intensity, fluence and 'useful' energy (for IFI), having a smaller angular divergence and a narrower energy spectrum than the beam of light ions or protons. Thus, it is shown for the first time that laser-accelerated heavy ion beams can achieve IFI-relevant parameters higher than light ion or proton beams and can potentially meet IFI requirements.
本論文は、イオン高速点火（IFI）による慣性核融合に関連する条件下で、様々な原子番号を持つターゲットからレーザー生成されたイオンビームの特性に関する詳細な数値研究の結果を提示する。同一の面密度を有するLi、C、Al、Ti、CuおよびCH2平板ターゲットに対する200 kJ、1 ps、赤外（1.05 μm）レーザーの相互作用を、高度な2D3V粒子インセルコードを用いて数値シミュレーションした。各ターゲットについて、IFIに重要なイオンビーム特性のセットを決定した。Li、C、Al、Ti、Cuイオンビームと（CH2ターゲットからの）陽子ビームのIFI関連パラメータの詳細な定量的比較を行った。レーザー加速Cuイオンビームは、軽イオンや陽子ビームよりも小さな角度発散と狭いエネルギー分布を有し、ビーム強度、フルエンス、および（IFIのための）「有効」エネルギーの値が有意に高いことが判明した。これにより、レーザー加速重イオンビームが軽イオンや陽子ビームよりも高いIFI関連パラメータを達成でき、IFI要件を満たす可能性があることが初めて示された。