By driving hot electrons between two metal plates connected by a wire loop, high power lasers can generate multi-tesla, quasi-static magnetic fields in miniature coil targets. Many experiments involving laser-coil targets rely on proton deflectometry directed perpendicular to the coil axis to extract a measurement of the magnetic field. In this paper, we show that quantitative measurements using perpendicular probing are complicated by the presence of GV m−1 electric fields in the target that develop on sub-ns timescales. Probing parallel to the coil axis with fiducial grids is shown to reliably separate the electric and magnetic field measurements, giving current estimates of I ≈ 5 kA in 1 mm- and 2 mm-diameter wire loops. An analytic model of proton deflection in electric and magnetic fields is used to benchmark results from the particle-in-cell code and help deconvolve the magnetic and electric field deflections. Results are used to motivate a new experimental scheme that combines a single-plate target with axial proton probing and direct current measurements. This scheme has several important advantages over the traditional target and diagnostic set-up, enabling the robust measurement of coil magnetic fields and plasma properties, as well as making it easier to validate different theoretical models at a range of laser intensities.
高出力レーザーは、ワイヤーループで接続された2枚の金属板の間で高温電子を駆動することにより、小型コイルターゲット内に数テスラ規模の準静磁場を発生させることができる。レーザーコイルターゲットを用いた多くの実験は、コイル軸に垂直な方向への陽子偏向計測に依存して、磁場の測定値を抽出している。本論文では、垂直方向のプロービングを用いた定量的測定は、サブナノ秒の時間スケールでターゲット内に発生するGV m−1オーダーの電場の存在によって複雑化されることを示す。コイル軸に平行なプロービングとフィデューシャルグリッドを組み合わせることで、電場と磁場の測定を確実に分離でき、直径1mmおよび2mmのワイヤーループにおいてI ≈ 5 kAの電流推定値が得られることを示す。電場および磁場中の陽子偏向の解析モデルを用いて、粒子インセルコードの結果を検証し、磁場および電場による偏向の分離に役立てる。これらの結果は、単一プレートターゲットと軸方向陽子プロービングおよび直接電流測定を組み合わせた新しい実験スキームの動機付けとなる。このスキームは、従来のターゲットおよび診断装置の構成に比べていくつかの重要な利点を有し、広範囲のレーザー強度におけるコイル磁場およびプラズマ特性の堅牢な測定を可能にするとともに、異なる理論モデルの検証を容易にする。