Improving parameters of laser-driven proton and ion beams becomes one of the most important goals in the field of laser acceleration in order to fulfill requirements of foreseen applications. This work presents parametric 2D and 3D particle-in-cell simulations of various target designs in order to reduce proton beam divergence without significant drop in maximum energies or in proton number. The optimal target design proved to be a channel-like target which produces not only a long-lasting focusing transverse electric field in contrast to a flat foil, but also a magnetic quadrupole with strong octupole component inside the guiding channel. A combination of both electric and magnetic features results in a strong proton beam divergence reduction, accompanied by a higher uniformity of the beam, which is studied as a function of proton energy.
レーザー駆動陽子・イオンビームのパラメータ向上は、想定される応用の要件を満たすために、レーザー加速の分野における最も重要な目標の一つとなっている。本研究では、最大エネルギーや陽子数の大幅な低下を伴わずに陽子ビームの発散を低減するため、様々なターゲット設計のパラメトリックな2次元および3次元パーティクルインセルシミュレーションを提示する。最適なターゲット設計はチャネル状ターゲットであることが実証され、これは平坦なフォイルとは対照的に、長持続する集束性の横方向電場を生成するだけでなく、ガイドチャネル内部に強い八重極成分を伴う磁気四重極も生成する。電場と磁場の両方の特性の組み合わせにより、陽子ビーム発散の大幅な低減がもたらされ、それに伴ってビームの均一性が向上する。これは陽子エネルギーの関数として調べられる。