We study the interaction of an ultra-high intensity laser pulse with plastic nano-layered flat-top cone targets by performing particle-in-cell simulations. Also, we analyze the spatio-temporal dynamics of the electromagnetic field based on the finite-difference time-domain method in order to isolate the geometric effects which affect the incoming laser-plasma interaction. We consider an ultra-high intensity laser pulse with linear and circular polarization. We have determined the optimum diameter of the nanospheres for a given nano-layer foil thickness for which it can be obtained beams of very energetic protons with low angular divergence. We point out that the protons are accelerated by a hybrid mechanism composed of target normal sheath acceleration and radiation pressure acceleration. This numerical study will allow to prepare and optimize first laser ion acceleration experiments on Extreme Light Infrastructure-Nuclear Physics and other PW laser facilities.
我々は、パーティクルインセルシミュレーションを実行することにより、超高強度レーザーパルスとプラスチック製ナノ層状平坦コーンターゲットとの相互作用を研究する。また、有限差分時間領域法に基づいて電磁場の時空間ダイナミクスを解析し、入射レーザーとプラズマの相互作用に影響を与える幾何学的効果を分離する。我々は、直線偏光および円偏光の超高強度レーザーパルスを考慮する。所定のナノ層フォイル厚さに対して、低角度発散を有する高エネルギー陽子ビームを得ることができるナノ球の最適直径を決定した。陽子は、ターゲット法線シース加速と放射圧加速からなるハイブリッド機構によって加速されることを指摘する。この数値研究により、ELI-NP（Extreme Light Infrastructure-Nuclear Physics）およびその他のペタワット級レーザー施設における最初のレーザーイオン加速実験の準備と最適化が可能になる。