Laser-driven ion acceleration by intense, ultra-short, laser pulse has received increasing attention in recent years, and the availability of much compact and versatile ions sources motivates the study of laser-driven sources of energetic neutral atoms. We demonstrate the production of a neutral and directional beam of hydrogen and carbon atoms up to 200 keV per nucleon, with a peak flow of atom s−1. Laser accelerated ions are neutralized in a pulsed, supersonic argon jet with tunable density between cm−3and cm−3. The neutralization efficiency has been measured by a time-of-flight detector for different argon densities. An optimum is found, for which complete neutralization occurs. The neutralization rate can be explained only at high areal densities (> cm−2) by single electron charge transfer processes. These results suggest a new perspective for the study of neutral production by laser and open discussion of neutralization at a lower density.
レーザー駆動イオン加速は、高強度・超短パルスレーザーによって近年大きな注目を集めており、よりコンパクトで多用途なイオン源の利用可能性が、高エネルギー中性原子のレーザー駆動源の研究を促進している。我々は、核子あたり最大200 keVの水素および炭素からなる、指向性を有する中性原子ビームの生成を実証した。そのピークフラックスは atom s⁻¹ である。レーザー加速イオンは、パルス状の超音速アルゴンジェット中で中性化され、その密度は cm⁻³ から cm⁻³ の範囲で調整可能である。中性化効率は、飛行時間型検出器を用いて異なるアルゴン密度に対して測定された。完全な中性化が生じる最適条件が見出された。中性化率は、高い面密度（> cm⁻²）においてのみ、単一電子捕獲過程によって説明可能である。これらの結果は、より低密度でのレーザー駆動による中性粒子生成と中性化の研究に対する新たな展望を示すものである。