The generation of energetic electron and proton beams was studied from the interaction of high intensity laser pulses with pre-drilled conical targets. These conical targets are laser machined onto flat targets using 7–180 µJ pulses whose axis of propagation is identical to that of the main high intensity pulse. This method significantly relaxes requirements for alignment of conical targets in systematic experimental investigations and also reduces the cost of target fabrication. These experiments showed that conical targets increase the electron beam charge by up to 44 ± 18% compared with flat targets. We also found greater electron beam divergence for conical targets than for flat targets, which was due to escaping electrons from the surface of the cone wall into the surrounding solid target region. In addition, the experiments showed similar maximum proton energies for both targets since the larger electron beam divergence balances the increase in electron beam charge for conical targets. 2D particle in cell simulations were consistent with the experimental results. Simulations for conical target without preplasma showed higher energy gain for heavy ions due to 'directed coulomb explosion'. This may be useful for medical applications or for ion beam fast ignition fusion.
高強度レーザーパルスと事前に穴あけされた円錐ターゲットとの相互作用から、高エネルギー電子ビームおよび陽子ビームの生成について研究した。これらの円錐ターゲットは、主高強度パルスの伝播軸と同一の軸を有する7〜180µJのパルスを用いて、平坦なターゲット上にレーザー加工により作製した。この方法により、系統的な実験研究における円錐ターゲットの位置合わせの要件が大幅に緩和され、ターゲット作製コストも削減される。これらの実験により、円錐ターゲットは平坦ターゲットと比較して電子ビーム電荷を最大44±18%増加させることが示された。また、円錐ターゲットでは平坦ターゲットよりも電子ビームの発散が大きいことが見出されたが、これは円錐壁表面から周囲の固体ターゲット領域への電子の漏出によるものである。さらに、実験では両ターゲットにおいて陽子最大エネルギーが類似していることが示されたが、これは円錐ターゲットにおける電子ビーム発散の増大が電子ビーム電荷の増加を相殺するためである。2次元粒子インセルシミュレーションは実験結果と一致した。事前プラズマのない円錐ターゲットのシミュレーションでは、「指向性クーロン爆発」による重イオンの高エネルギー獲得が示された。これは医療応用やイオンビーム高速点火核融合に有用である可能性がある。