An analytical model for heating matter in the semi-infinite space by a high-energy ion flow is presented. The obtained solution obtained describes the temporal evolution of the thermodynamics and hydrodynamics of plasma in the heated region. It counts for the general stopping power dependence on plasma temperature. While the matter is heated, the mean free path of heating ions changes functionally with temperature. Namely, it does not depend on the plasma temperature at the beginning and increases with the temperature after it passes a thermal threshold. At this threshold, the thermal velocity of plasma electrons is equal to the velocity of the ions in the heating beam. The solution shows that the most advantageous regime for the initialization of the quasi-stationary shock wave realizes when the ion energy is equal to the thermal threshold. This regime corresponds to the maximum shock pressure and the slowest subsequent pressure decay with time. Special attention is devoted to the powerful shock wave driven by the laser-accelerated fast ion beam. For example, a Gbar shock pressure may be achieved by heating an aluminum target by a proton beam with intensity of about and particle energy of about 4 MeV.
高エネルギーイオンビームによる半無限空間内の物質の加熱に関する解析モデルを提示する。得られた解は、加熱領域におけるプラズマの熱力学および流体力学の時間発展を記述する。この解は、プラズマ温度に対する一般的な阻止能の依存性を考慮している。物質が加熱される間、加熱イオンの平均自由行程は温度とともに機能的に変化する。すなわち、初期段階ではプラズマ温度に依存せず、熱しきい値を超えると温度とともに増加する。このしきい値において、プラズマ電子の熱速度は加熱ビーム中のイオンの速度に等しくなる。この解は、準定常衝撃波の形成に最も有利な領域が、イオンエネルギーが熱しきい値に等しいときに実現されることを示している。この領域は、最大衝撃圧力およびその後の圧力の最も遅い時間減衰に対応する。レーザー加速高速イオンビームによって駆動される強力な衝撃波に特に注目する。例えば、約4 MeVの粒子エネルギーを持つ陽子ビームでアルミニウムターゲットを加熱することにより、約Gbarの衝撃圧力が達成され得る。