Laser lights with relativistic intensities and pulse lengths exceeding the picosecond (ps) have been recently made available. Laser–plasma interactions with such a parameter regime belong to the mesoscale between kinetic and fluid regimes, and thus theories developed for sub-ps laser–plasma interactions are not straightforwardly applicable to those for the multi-ps regime. We here study the generation of high-energy electrons in ps relativistic laser–foil interactions by using the particle-in-cell (PIC) simulation. We show that the dynamics of the laser hole boring, which stops during over-ps laser irradiation, is a key to generate the high energy electrons. An energy distribution with a high-energy tail cannot be fitted by a single Maxwellian function, and is likely to be a nonthermal distribution through a stochastic interaction via the recirculation of electrons in the expanding foil plasma. The present study of superthermal electron generation can be a basis for ps laser applications such as fast ignition-based laser fusion, laser ion acceleration, and short-pulse x-ray generation.
相対論的強度とピコ秒(ps)を超えるパルス長を持つレーザー光が近年利用可能となっている。このようなパラメータ領域におけるレーザー・プラズマ相互作用は、運動論的領域と流体領域の間のメソスケールに属するため、サブpsレーザー・プラズマ相互作用のために開発された理論は、マルチps領域のものに直接適用することはできない。我々はここで、粒子インセル(PIC)シミュレーションを用いて、ps相対論的レーザー・フォイル相互作用における高エネルギー電子の生成を研究する。我々は、psを超えるレーザー照射中に停止するレーザーホールボーリングのダイナミクスが、高エネルギー電子を生成する鍵であることを示す。高エネルギー尾部を持つエネルギー分布は、単一のマクスウェル関数によって適合することができず、膨張するフォイルプラズマ中での電子の再循環を介した確率的相互作用による非熱的分布である可能性が高い。超熱電子生成に関する本研究は、高速点火方式レーザー核融合、レーザーイオン加速、短パルスX線生成などのpsレーザー応用の基礎となり得る。