The ion temperature in laser-heated foam materials can be considerably higher than the electron temperature due to the internal collisions of the plasma flows originating from the heterogeneous foam microstructure. Recently, we have developed a novel hybrid multiscale model for laser-foam interaction that successfully reproduces the experimentally measured heat front propagation in laser-heated subcritical foams of various densities. However, when applied to undercritical foams with average density closer to critical, the hybrid model simulations predict an ion–electron temperature ratio much larger than in any previously reported measurements and suggest that the influence of foam microstructure is more impactful for larger average densities. For such foams, the laser-driven heat front velocity was measured many times, but the ion temperature received much less attention. To investigate the ion temperature, the laser interaction with 10 mg undercritical chlorine-doped TMPTA foams has been studied at the PALS facility, using an extended diagnostic complex emphasizing the x-ray time-resolved studies of the plasma wave propagation inside the foam and the distribution of macroscopic plasma parameters via high-resolution x-ray spectroscopy. The ion and electron temperatures have been measured from Doppler broadening and the relative intensity ratio of chlorine x-ray spectral lines. The averaged ion and electron temperature ratio ranges from 2 to 4 depending on the laser pulse energy. The simulations agree reasonably well with the experimental results.
レーザー加熱されたフォーム材料中のイオン温度は、不均一なフォーム微細構造に由来するプラズマ流の内部衝突により、電子温度よりもかなり高くなり得る。最近、我々はレーザー-フォーム相互作用のための新しいハイブリッドマルチスケールモデルを開発し、様々な密度のレーザー加熱された未臨界フォームにおいて実験的に測定された熱波面伝播を首尾よく再現した。しかし、平均密度が臨界に近い未臨界フォームに適用した場合、ハイブリッドモデルシミュレーションは、これまでに報告されたいかなる測定値よりもはるかに大きいイオン-電子温度比を予測し、フォーム微細構造の影響が平均密度が大きいほどより顕著であることを示唆する。そのようなフォームについては、レーザー駆動熱波面速度は何度も測定されてきたが、イオン温度はあまり注目されていない。イオン温度を調査するために、PALS施設において、10 mg の未臨界塩素ドープTMPTAフォームとのレーザー相互作用が研究された。そこでは、フォーム内部のプラズマ波伝播のX線時間分解研究と、高分解能X線分光法による巨視的プラズマパラメータの分布に重点を置いた拡張診断複合体を使用した。イオン温度と電子温度は、ドップラー広がりと塩素X線スペクトル線の相対強度比から測定された。平均化されたイオンと電子の温度比は、レーザーパルスエネルギーに依存して2から4の範囲である。シミュレーションは実験結果と合理的に良く一致している。