High energy density plasma formation from intense laser-irradiated foam targets composed of disordered carbon nanowires is investigated using three-dimensional particle-in-cell simulations. It is shown that due to the unprecedentedly high laser energy absorption rate of the foam target, approximately three times larger as compared with simple solid targets, the plasma energy density reaches an unexplored TJ cm−3 regime at 1023 W cm−2 laser irradiation. In addition, nanowire thermal expansion caused by prepulse heating is considered. We find that after expansion, the target becomes relativistically transparent to the main pulse. The average value of particle energy density decreases slightly and its distribution tends to resemble that of solid targets. Furthermore, energy density scaling with laser intensities is given. It suggests that an even more extreme plasma state is reachable using ultraintense lasers, as the energy loss to photons caused by quantum electrodynamics effects is rather negligible.
高強度レーザー照射による、無秩序なカーボンナノワイヤーで構成されたフォームターゲットからの高エネルギー密度プラズマ生成を、三次元粒子セルシミュレーションを用いて調査した。フォームターゲットのレーザーエネルギー吸収率は、単純な固体ターゲットと比較して約3倍という前例のない高い値であり、その結果、10^23 W cm^-2のレーザー照射において、プラズマエネルギー密度は未踏のTJ cm^-3領域に達することが示された。さらに、プレパルス加熱によるナノワイヤーの熱膨張を考慮した。膨張後、ターゲットはメインパルスに対して相対論的に透明になることが分かった。粒子のエネルギー密度の平均値はわずかに減少し、その分布は固体ターゲットのそれに類似する傾向を示す。さらに、レーザー強度に対するエネルギー密度のスケーリング則が示された。これは、量子電磁気学効果による光子へのエネルギー損失がかなり無視できるため、超高強度レーザーを用いることで、さらに極端なプラズマ状態に到達可能であることを示唆している。