Laser plasma created by intense light interaction with matter plays an important role in high-energy density fundamental studies and many prospective applications. Terawatt laser-produced plasma related to the low collisional and relativistic domain may form supersonic flows and is prone to the generation of strong spontaneous magnetic fields. The comprehensive experimental study presented in this work provides a reference point for the theoretical description of laser-plasma interaction, focusing on the hot electron generation. It experimentally quantifies the phenomenon of hot electron retention, which serves as a boundary condition for most plasma expansion models. Hot electrons, being responsible for nonlocal thermal and electric conductivities, are important for a large variety of processes in such plasmas. The multiple-frame complex-interferometric data providing information on time resolved spontaneous magnetic fields and electron density distribution, complemented by particle spectra and x-ray measurements, were obtained under irradiation of the planar massive Cu and plastic-coated targets by the iodine laser pulse with an intensity of above 1016 W cm−2. The data shows that the hot electron emission from the interaction region outside the target is strongly suppressed, while the electron flow inside the target, i.e. in the direction of the incident laser beam, is a dominant process and contains almost the whole hot electron population. The obtained quantitative characterization of this phenomenon is of primary importance for plasma applications spanning from ICF to laser-driven discharge magnetic field generators.
強烈な光と物質の相互作用によって生成されるレーザープラズマは、高エネルギー密度の基礎研究や多くの将来応用において重要な役割を果たす。低衝突・相対論的領域に関連するテラワットレーザー生成プラズマは、超音速流を形成し得るとともに、強い自発磁場の発生を起こしやすい。本研究で提示される包括的な実験研究は、ホットエレクトロン生成に焦点を当てたレーザー・プラズマ相互作用の理論的記述のための基準点を提供する。これは、ほとんどのプラズマ膨張モデルの境界条件として機能するホットエレクトロンの保持現象を実験的に定量化する。ホットエレクトロンは、非局所的な熱伝導率と電気伝導率に寄与し、そのようなプラズマにおける多種多様なプロセスにとって重要である。多フレーム複素干渉計測データは、時間分解された自発磁場と電子密度分布に関する情報を提供し、粒子スペクトルおよびX線測定によって補完され、10^16 W cm^-2 以上の強度のヨウ素レーザーパルスによる平面状の厚いCuおよびプラスチック被覆ターゲットの照射下で得られた。データは、ターゲット外部の相互作用領域からのホットエレクトロン放出が強く抑制される一方、ターゲット内部、すなわち入射レーザービームの方向への電子流が支配的なプロセスであり、ほぼ全てのホットエレクトロン集団を含むことを示している。得られたこの現象の定量的特性評価は、ICFからレーザー駆動放電磁場発生装置に至るプラズマ応用にとって最も重要である。