An effort to achieve high-energetic ion beams from the interaction of ultrashort laser pulses with a plasma, volumetric acceleration mechanisms beyond target normal sheath acceleration have gained attention. A relativistically intense laser can turn a near critical density plasma slowly transparent, facilitating a synchronized acceleration of ions at the moving relativistic critical density front. While simulations promise extremely high ion energies in this regime, the challenge resides in the realization of a synchronized movement of the ultra-relativistic laser pulse ( 30) driven reflective relativistic electron front and the fastest ions, which imposes a narrow parameter range on the laser and plasma parameters. We present an analytic model for the relevant processes, confirmed by a broad parameter simulation study in 1D- and 3D-geometry. By tailoring the pulse length and plasma density profiles at the front side, we can optimize the proton acceleration performance and extend the regions in parameter space of efficient ion acceleration at the relativistic density surface.
超短パルスレーザーとプラズマの相互作用から高エネルギーイオンビームを得るための取り組みとして、ターゲット法線シース加速を超えた体積加速メカニズムが注目を集めている。相対論的に強いレーザーは、臨界密度に近いプラズマをゆっくりと透明化させ、移動する相対論的臨界密度フロンティアにおけるイオンの同期加速を促進することができる。この領域ではシミュレーションにより極めて高いイオンエネルギーが予測されるが、その実現には、超相対論的レーザーパルス（30）によって駆動される反射性相対論的電子フロントと最速イオンの同期した移動が必要であり、レーザーおよびプラズマパラメータに狭い範囲が課される。我々は、関連するプロセスに対する解析モデルを提示し、1次元および3次元ジオメトリにおける広範囲のシミュレーション研究によってその妥当性を確認する。パルス長とプラズマ密度プロファイルをフロント側で調整することにより、陽子加速性能を最適化し、相対論的密度表面における効率的なイオン加速のパラメータ空間領域を拡大することができる。