Optical generators of strong magnetic fields based on the laser-driven-coil target concept are considered to be useful tools for studies of magnetized plasmas in particular, for the study of implosion of magnetized fusion targets in inertial fusion research and astrophysical applications. This paper presents the results of the research directed at an investigation of the plasma properties in a laser-induced magnetic field. In the experiment carried out on the kilojoule PALS laser facility, a generator of the magnetic field was a disc-coil (DC) target composed of a Cu disk coupled to a single-turn coil irradiated by a 1ω laser beam with an energy of 500 J. The attention was focused on examining the influence of the magnetic field on properties of the hot electron (HE) flux emitted from the front surface of the irradiated target. The three-frame complex interferometry and four-frame x-ray camera combined with the measurements of the HE population and energy using a multi-channel magnetic electron spectrometer and 2D-resolved imaging of the induced Cu Kα line emission were applied to characterize the ablative plasma and the generated particles. Based on the measured angular distributions of the electron energy spectra, 3D simulations have been performed to visualize the effect of the magnetic field on the HE flux and to provide information on space-time distribution of the electron and current density both without and with the presence of an axial magnetic field. The obtained results confirmed the possibility of generating magnetic fields above 5 T using the proposed DC target design as well as the significant impact of these fields on properties of the ablative plasma and the HE emission.
レーザー駆動コイルに基づく強磁場発生装置は、磁化プラズマの研究、特に慣性核融合における磁化ターゲットの爆縮研究や天体物理学への応用において有用であると考えられている。本論文は、レーザー誘起磁場中のプラズマ特性の調査を目的とした研究の結果を報告するものである。実験はキロジュール級のPALSレーザー施設で実施され、磁場発生装置として、銅ディスクに単巻きコイルを結合したディスクコイルターゲットを用い、1ωレーザービームを500Jのエネルギーで照射した。本研究では、照射ターゲット表面から放出される高速電子束の特性に対する磁場の影響を調べることに焦点を当てた。アブレーションプラズマと生成粒子の特性評価には、3フレーム複素干渉計と4フレームX線カメラを併用し、さらに多チャンネル磁気電子分光器による高速電子のエネルギー分布と個数の測定、および誘起されたCu Kα線の発光の2次元空間分布イメージングを行った。測定された電子エネルギー分布の角度依存性に基づき、3次元シミュレーションを実施して、磁場が高速電子束に及ぼす影響を可視化し、軸方向磁場の有無による電子密度および電流密度の時空間分布の変化を明らかにした。その結果、提案したディスクコイルターゲット設計により5Tを超える磁場の生成が可能であることが確認され、さらにこれらの磁場がアブレーションプラズマの特性と高速電子の放出に有意な影響を及ぼすことが実証された。