We study the plasma expansion dynamics in over-picosecond relativistic laser-foil interactions using one-dimensional particle-in-cell (PIC) simulations. A new expansion mode 'isofield expansion' appears after the well-known isothermal expansion due to the continuous energy input from the laser light to the plasma. The blowout of the heated plasma at the front surface triggers the transition from the isothermal mode to the new mode. In the new expansion mode, electrons and ions expand quasi-neutrally with a constant sheath electric field, and a large scale low density plasma is formed where superthermal electrons are produced efficiently. A two-dimensional PIC simulation confirms the appearance of the isofield expansion mode after the plasma blowout for a large focal spot laser.
我々は、一次元粒子インセル（PIC）シミュレーションを用いて、ピコ秒を超える相対論的レーザー・フォイル相互作用におけるプラズマ膨張ダイナミクスを研究する。レーザー光からプラズマへの連続的なエネルギー注入により、よく知られた等温膨張の後に、新たな膨張モードである「等電場膨張」が現れる。加熱されたプラズマの前面でのブローアウトが、等温モードから新モードへの遷移を引き起こす。新モードでは、電子とイオンは一定のシース電場を伴って準中性に膨張し、超熱電子が効率的に生成される大規模な低密度プラズマが形成される。二次元PICシミュレーションは、大焦点スポットレーザーに対するプラズマブローアウト後の等電場膨張モードの出現を確認する。