Efficient cascaded proton acceleration driven by an intense Laguerre–Gaussian (LG) laser is realized in combined three-dimensional particle-in-cell simulations and CST STUDIO SUITE (CST) simulations. CST simulations show that there is no divergent force component in the transverse direction in the coil center. Therefore, the collimated proton beam driven by the LG laser in the first stage benefits from the uniform beam acceleration in the second stage. By contrast, the proton beam with larger divergence disperses to the outside of the coil because of the divergent force near the coil wire in the Gaussian laser case. Finally, a quasi-monoenergetic proton beam with a higher flux is generated by the LG laser, which is much better than the Gaussian laser case. The obtained proton beam can potentially be used in some special applications, such as proton radiography, fast ignition of fusion targets, biomedical applications, and production of warm dense matter.
高強度ラゲールガウス（LG）レーザーによって駆動される高効率なカスケード陽子加速が、三次元粒子インセルシミュレーションとCST STUDIOシミュレーションを組み合わせることで実現される。CST STUDIOシミュレーションは、コイル中心の横方向に発散力成分が存在しないことを示している。したがって、第一段階でLGレーザーによって駆動される集束陽子ビームは、第二段階での一様な加速の恩恵を受ける。対照的に、ガウスレーザーの場合、より大きな発散を有する陽子ビームは、コイル近傍の発散力によりコイル外部へ分散する。最終的に、LGレーザーによって準単色でより高いフラックスを有する陽子ビームが生成され、これはガウスレーザーの場合よりもはるかに優れている。得られた陽子ビームは、陽子ラジオグラフィー、核融合ターゲットの高速点火、生物医学応用、および温かい高密度物質の生成などの特定の応用に潜在的に使用できる。