It is possible to generate the low-divergence ion bunches through the interaction of equally or slightly different counter-propagating laser pulses. In this paper, in the framework of plasma beat wave, we have numerically simulated the simultaneous acceleration of carbon/hydrogen ion beams. Using a two-dimensional particle-in-cell simulation, we have shown that in an HC plasma mixture with an optimal hydrogen ratio of 1:5, the laser reflectivity coefficient reduces up to about 4.6%. This condition may provide the acceleration of low-divergence H+ and C4+ ions beam. The cut-off energy for protons and C4+ ions are about 27 MeV and 410 MeV, respectively at nH = 0.2 nC. The values increase by about 15.6% for protons and 21% for C4+ at nH = 0.7 nC. In the presence of an axial magnetic field, the energy absorption arrives at its maximum at the values of Ωs/ωp = 0.1, where Ωs and ωp are the gyro-frequency and plasma frequency, respectively. Here, the average kinetic energy of the accelerated ions raises by 17.9% and 7.3% for carbon and proton ions, respectively. Compared to the magnetic field-free case, divergence angles were suppressed at approximately 24.2% and 20.3% for the carbon ions and hydrogen ions, respectively.
等しいかわずかに異なる対向伝搬レーザーパルスの相互作用により、低発散イオンバンチを生成することが可能である。本論文では、プラズマビート波の枠組みにおいて、炭素/水素イオンビームの同時加速を数値シミュレーションにより調べた。二次元パーティクルインセルシミュレーションを用いることで、水素比率が最適な1:5のHCプラズマ混合気体中では、レーザー反射率が約4.6%まで低減することを示した。この条件は、低発散のH+イオンおよびC4+イオンビームの加速を提供し得る。陽子およびC4+イオンのカットオフエネルギーは、nH = 0.2 nCにおいてそれぞれ約27MeVおよび410MeVである。この値は、nH = 0.7 nCでは陽子で約15.6%、C4+で約21%増加する。軸方向磁場の存在下では、エネルギー吸収はΩs/ωp = 0.1の値で最大に達する。ここで、Ωsとωpはそれぞれジャイロ周波数とプラズマ周波数である。ここでは、加速されたイオンの平均運動エネルギーは、炭素イオンと陽子イオンでそれぞれ17.9%と7.3%上昇する。磁場がない場合と比較して、発散角は炭素イオンで約24.2%、水素イオンで約20.3%抑制された。