Interaction of high-power lasers with solid targets is in general strongly affected by the limited contrast available. The laser pre-pulse ionizes the target and produces a pre-plasma which can strongly modify the interaction of the main part of the laser pulse with the target. This is of particular importance for future experiments which will use laser intensities above 1021 W cm−2 and which are subject to the limited contrast. As a consequence the main part of the laser pulse will be modified while traversing the pre-plasma, interacting with it partially. A further complication arises from the fact that the interaction of a high-power pre-pulse with solid targets very often takes place under nonlocal transport conditions, i.e. the characteristic mean-free-path of the particles and photons is larger than the characteristic scale-lengths of density and temperature. The classical diffusion treatment of radiation and heat transport in the hydrodynamic model is then insufficient for the description of the pre-pulse physics. These phenomena also strongly modify the formation of the pre-plasma which in turn affects the propagation of the main laser pulse. In this paper nonlocal radiation-hydrodynamic simulations are carried out and serve as input for subsequent kinetic simulations of ultra-high intensity laser pulses interacting with the plasma in the ultra-relativistic regime. It is shown that the results of the kinetic simulations differ considerably whether a diffusive or nonlocal transport is used for the radiation-hydrodynamic simulations.
高出力レーザーと固体ターゲットとの相互作用は、一般に、利用可能なコントラスト比によって強く影響を受ける。レーザーのプレパルスがターゲットを電離させ、プレプラズマを生成し、これがメインレーザーパルスのターゲットとの相互作用を強く変質させ得る。これは、10²¹ W/cm²を超えるレーザー強度を用いる将来の実験において特に重要であり、そこでは利用可能なコントラスト比が重要な制約となる。その結果、メインレーザーパルスはプレプラズマ中を伝搬する際に変調を受け、部分的にしか相互作用しない。さらに複雑な問題として、高出力プレパルスと固体ターゲットとの相互作用は、非常に多くの場合、非局所輸送条件下で生じる。すなわち、粒子および光子の平均自由行程が、密度および温度の特性スケール長よりも大きくなる。このような状況では、流体力学モデルにおける放射および熱輸送の古典的拡散近似は、プレパルス物理の記述には不十分となる。これらの現象はまた、プレプラズマの形成を強く変調し、その結果、メインレーザーパルスの伝搬にも影響を及ぼす。本論文では、非局所輻射流体力学シミュレーションを実施し、その結果を、超高強度レーザーパルスがプラズマと相互作用する超相対論的領域における後続の運動論的シミュレーションへの入力として用いる。輻射流体力学シミュレーションにおいて拡散輸送を用いるか非局所輸送を用いるかによって、運動論的シミュレーションの結果が大きく異なることが示される。