Many laser-based high-energy-density science (HEDS) facilities have one or more short-pulse (sub- to few-picosecond) laser beams for diagnostics. For the past decade, we have been developing a novel x-ray probing capability using such picosecond lasers interacting with an underdense plasma to produce relativistic electrons. The ultimate goal of these experiments is to demonstrate a new type of x-ray backlighter using the short-pulse ARC laser at the National Ignition Facility (NIF). Before this diagnostic is fielded at the NIF, it is critical to demonstrate the viability and reproducibility of the x-ray source on comparable high-power short-pulse laser systems. We present experiments that were carried out with the OMEGA EP laser at the University of Rochester’s laboratory for laser energetics. In these experiments, high-energy electrons are produced through a combination of the self-modulation instability and direct laser acceleration in an underdense gas jet. These electrons generate directional x-rays with characteristic energies up to several tens of keV as they execute betatron motion in the ion channel, and the inverse Compton scattering process generates even harder x-rays, with characteristic photon energies of 60–240 keV. When implemented on the OMEGA EP laser(s), this x-ray source yields results that are comparable to those obtained recently on the short-pulse Titan laser at the Jupiter Laser Facility at Lawrence Livermore National Laboratory, after accounting for differences in laser energy, peak intensity, focusing f/#, and plasma source. Applications of such an x-ray source for HEDS experiments are discussed.
多くのレーザーを用いた高エネルギー密度科学（HEDS）施設には、診断用の1本以上の短パルス（サブピコ秒から数ピコ秒）レーザービームが備わっている。過去10年にわたり、我々はこのようなピコ秒レーザーをアンダーデンスプラズマと相互作用させて相対論的電子を生成する、新しいX線プロービング機能を開発してきた。これらの実験の最終目標は、国立点火施設（NIF）の短パルスARCレーザーを用いた新しいタイプのX線バックライターを実証することである。この診断法がNIFで実用化される前に、同等の高出力短パルスレーザーシステムにおいてX線源の実現可能性と再現性を実証することが極めて重要である。我々は、ロチェスター大学のレーザーエネルギー研究所にあるOMEGA EPレーザーを用いて実施された実験を報告する。これらの実験では、アンダーデンスガスジェット中での自己変調不安定性と直接レーザー加速の組み合わせにより、高エネルギー電子が生成される。これらの電子は、イオンチャネル内でベータトロン運動を行う際に、特徴的なエネルギーが数十keVに及ぶ指向性X線を生成し、逆コンプトン散乱過程は、特徴的な光子エネルギーが60～240 keVのさらに硬いX線を生成する。このX線源は、OMEGA EPレーザーに実装された場合、レーザーエネルギー、ピーク強度、集光f/#、プラズマ源の違いを考慮した上で、ローレンス・リバモア国立研究所のJupiter Laser Facilityにある短パルスTitanレーザーで最近得られた結果に匹敵する結果をもたらす。このようなX線源のHEDS実験への応用について議論する。