In the past two decades, laser-accelerated ion sources and their applications have been intensely researched. Recently, it has been shown through experiments that proton beams with characteristics comparable to those obtained with solid targets can be obtained from gaseous targets. By means of particle-in-cell simulations, this paper studies in detail the effects of a near-critical density gradient on ion and electron acceleration after the interaction with ultra high intensity lasers. We can observe that the peak density of the gas jet has a significant influence on the spectrum features. As the gas jet density increases, so does the peak energy of the central quasi-monoenergetic ion bunch due to the increase in laser absorption while at the same time having a broadening effect on the electron angular distribution.
過去20年にわたり、レーザー加速イオン源とその応用について盛んに研究が行われてきた。近年、固体ターゲットから得られるものと同等の特性を持つ陽子ビームが、ガスターゲットから得られることが実験により示されている。本論文では、粒子インセルシミュレーションを用いて、超高強度レーザーとの相互作用後のイオンおよび電子加速に対する準臨界密度勾配の影響を詳細に調べる。ガスジェットのピーク密度がスペクトル特性に有意な影響を与えることが観察される。ガスジェット密度が増加すると、レーザー吸収の増大により中央の準単色イオンバンチのピークエネルギーも増加する一方で、電子の角度分布には広がりが生じる。